YDE-U/I型交流电压/电流变送器方案设计

资源类型:pdf 资源大小:23.00KB 文档分类:工业技术 上传者:景嘉骅

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【作者】 虞菊英  汤晓宇 

【关键词】YDE-U/I 交流电压/电流 变送器 

【出版日期】2005-01-18

【摘要】通过工程实例,对一种引入精密全波整流电路的新型交流电压/电流变送器(YDE-U/I型交流电压/电流变送器)的设计思路及原理进行了探讨。

【刊名】科技广场

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0引言变送器和传感器在仪器、仪表和工业自动化领域中起着举足轻重的作用。变送器是将物理测量信号或普通电信号转换为标准电信号输出或能够以通讯协议方式输出的设备。一般分为:温度/湿度变送器、压力变送器、差压变送器、液位变送器、电流变送器、电量变送器、流量变送器及重量变送器等。与传感器不同的是,变送器除了能将非电量转换成可测量的电量外,还具有一定的放大作用。交流电压/电流变送器是一种电量变送器,它能将被测交流电压/电流转换成按线性比例输出的直流电压或直流电流的仪器,广泛应用于电力、邮电、石油、煤炭、冶金、铁道、市政等部门的电气装置、自动控制以及调度系统,通过对电流、电压的测量与监视,统一管理,保证系统工作的安全性与可靠性。1项目概况近年来,随着我国电力工业和仪器、仪表工业的长足发展,对电力系统参数的测量也提出了更高要求。传感、测量技术日新月异,各种新型测量仪器不断涌现,本文介绍了一种引入精密全波整流电路的新型交流电压/电流变送器(YDE-U/I型交流电压/电流变送器)的设计思路及原理。该产品为深圳雅爱达电子有限公司近年来研发的一种新产品。投放市场后,证明具有较好的市场适应能力。2YDE-U/I型交流电压/电流变送器设计原理2.1整体设计思路整个产品由整流电路、滤波电路、放大电路和输出电路四部分组成。原理框图如图一所示:图一系统原理框图整流电路可将交流变为直流。整流电路输出电压的脉动较大,为了减小脉动,可在负载两端并联电容,即构成滤波电路。为避免输出信号过小,在输出电路中加入由两个放大三极管构成的放大电路。2.2单元电路设计及参数设计2.2.1精密全波整流电路设计精密全波整流电路主要由运算放大器、整流二极管及电阻等元件构成,如图二所示:根据理想运算放大器的两个基本规则:①反相输入端和同相输入端的输入电流均为零(可称之为“虚断路” );②对公共端(地端)来说,同相输入端和反相输入端的电压相等(可称之为“虚短路”)。由此,可推论出以上引入运算放大器的整流电路工作情况如下:运算放大器UIB可实现同相比例运算,它的反相输入端经二极管D4接至输出端,不难看出:Uout=Uin此电路的输出电压完全“重复”输入电压,故可以视为电压跟随器。同理,运算放大器UIA可实现反相比例运算,即Uout=-Uin当输入信号为正弦波的正半周,即Uin>0时,运算放大器UIB的输出为正,整流二极管D3反向偏置,阻断了UIB至Uout的输出通道。而运算放大器U1A的输出为负,整流二极管D1正向偏置,输出电压Uout为:当输入信号为正弦波的负半周即Uin< 0时,运算放大器U1A的输出为正,二极管D1反向偏置,阻断了UIA至Uout的输出通道。而运算放大器U1B的输出为负,二极管D3正向偏置,所以电压跟随器UIB的输出Uout为:Uout=Uin所以,对应于一个完整的正弦波周期,精密全波整流电路的输出为:Uout=-│Uin│电路中,二极管D2、D4的作用是,在二极管D1、D3反偏时,给运放U1A、U1B提供电流回路。2.2.2有源低通滤波电路设计这部分电路的作用是将全波整流电路的整流波形滤波后输出直流电压。这里采用的是传统的正反馈二阶有源滤波电路。电路如图三所示:图三二阶有源低通滤波电路电路电容是一个储存电荷的元件,电荷改变的速度,取决于电容充放电的常数,常数越大,电荷改变得越慢,则电压变化也越慢,即交流分量越小,也就是滤除了交流分量。为此,合理选择一定的电路参数,即可决定电容滤波的性能。本电路滤波性能参数为:(截止角频率)(截止频率)Av=1(电压增益)2.2.3输出电路设计输入交流信号经前面的互感器变换、整流、滤波后进入输出电路,输出电路的功能是把信号放大,对应于输入为0和满刻度时,线性输出0-5V电压。电路如图四所示:图四输出电路图四中,2.5V稳压电源经电阻R5、R11分压后得到一稳定电压U0,输出U2计算如下:U-=U+图二精密全波整流电路YDE-U/I型交流电压/电流变送器方案设计由于R7+RP1=100K所以:所以:适当选定R3、R6、R8的阻值,并适当调整可调电阻RP1、RP2的阻值,即可得到0-5V输出。另外,为增大负载能力,运放UIB的输出端接两个三极管Q2、Q3作提升电流用。稳压管Z1用作输出保护,使输出电压限定在5.1V以内。3技术参数精度等级:0.2级输入电压:0-500V,或输入电流0-5A输入频率:50Hz±5Hz响应时间:≤350mS输出负载:RL≤2KΩ共频耐压:AC2KV/min绝缘电阻:≥20MΩ4效果评价YDE-U/I型交流电压/电流变送器的整流电路由于采用了精密全波整流电路,可避免原电路因电阻、二极管不匹配而产生的误差。输出电压为0-5V电压。这种交流电压/电流变送器具有单路、三路组合结构形式,其优点为:(1)准确度高。(2)整个量程范围都有极高的线性度。(3)集成化程度高,结构简单,有利于简化工艺和工序。(4)具有优良的温度特性和长期工作稳定性,可靠性好,使变送器免于定期校验。(5)整流电路的输入采用互感器与外电路隔离,安全性高。但是,由于采用了电容滤波,这种产品的应用也具有一定的局限性。例如:电路外特性较差,即输出电压随负载电流变化而变化幅度较大。因此,只对负载电流不大或变化较小的场合较为适宜。YDE-U/I型交流电压/电流变送器方案设计@虞菊英$南昌工程学院机电系!南昌330029 @汤晓宇$深圳雅爱达电子有限公司!深圳518040YDE-U/I;;交流电压/电流;;变送器通过工程实例,对一种引入精密全波整流电路的新型交流电压/电流变送器(YDE-U/I型交流电压/电流变送器)的设计思路及原理进行了探讨。[1]《电工电子实验技术》,重庆大学出版社,作者:李雪瑶 [2]《电子电路实验及仿真》,清华大学出版社作者:路勇、佟毅等 [3]《模拟电路与数字电路》,电子工业出版社作者:寇戈、蒋立平 [4]《电子测量技术》,重庆大学出版社,作者:杨龙麟 [5]《电子技术》,高等教育出版社,主编:付植桐 [6]《电路》,高等教育出版社,主编:邱关源

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