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  • 电流互感器采样电路
    千次阅读
    2020-07-04 16:47:33

    输出就是I*R.

    1:1000,就是次级电流与初级电流是1:1000的关系,初级10A,那次级就是0.01A,运放输出就是0.01*R.

    这两个二极管是在测量电路没有上电或故障状态提供保护,避免互感器输出端过压,避免磁心饱和/过热.

    这二个二极管是为了CT和运放的输入级,差分电压不能超过损坏输入级的电压,保固下CT输出级不能开路。当电流回路有开路状态时,时反馈电阻有问题或运放负反馈不成立时,CT就会输出高压,通过二极管进行限压,正常工作时,基本没有影响,测小电流时,UA级时,才要考量二极管的漏电流。

     

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    dd476790276af06fef32bcccf7cd5913.png

    我们知道,采样电流信号最简单的方法就是通过采样电阻将电流信号转换为电压信号,然后再进行放大、采样即可。直流信号一般都可以这样处理,但是对于电流互感器出来的交流信号,不能直接输入到单极性的AD进行采样。而如果用双极性输入的AD或运放进行信号调理,那就可能需要增加一个负电源,设计就要复杂很多。今天就来介绍几种简单常用的电流互感器的信号采集电路。

    1.二极管整流

    直接看电路:

    60d43dbbfa37b3007173a962cff19bec.png

    通过整流桥将双极性信号转换为单极性信号,再用采样电阻将电流转换为电压。电压信号可以通过一个大电容将交流转换为直流,再输入AD;也可以直接输入AD,高速采样,通过软件的方式计算信号的有效值。

    电流互感器输出的是电流,可以看做一个电流源,因此,一般情况下整流桥上二极管的压降不会影响采样电阻上的电压。但如果采样电阻和整流桥的位置反过来,先将电流转换成电压再整流就会有问题。电压信号经过整流桥产生压降,这个压降是不可忽视的,使采集的信号失真,导致产生较大误差。

    如果对成本敏感且对精度要求不高,也可以直接用一个二极管代替整流桥,做半波整流。

    2.运放整流

    二极管整流会产生压降,对于一些带载能力有限的互感器,这个压降就可能产生信号失真。这时可以用运放做精密整流电路(也就是绝对值电路)来实现双极性到单极性的转换。

    参见之前的文章《几种精密整流电路》中最后一种单电源精密整流电路。

    这种方式是对电压信号进行整流,因此需要先经过采样电阻再进行整流。

    3.提高偏置电压

    前面两种电路都是用整流的方式将双极性信号转换为单极性,还有一种方法,就是直接提供一个直流偏置,将双极性信号整体抬高到单极性AD的输入范围。如下图:

    c4df91b71677ceed10ce17dd9405103c.png

    U1B和电阻R1组成I/V转换电路,R2和C1起到一定滤波作用,D1、D2起保护作用。(如果要求不高,这部分可以直接用一个采样电阻代替)U1A提供一个1.65V的低阻抗直流偏置,作为电流互感器和U1B的参考。当电流为0时,ADC的电压为1.65V,当有电流时,ADC的电压是一个以1.65V为基准的交流信号。

    此时,可以通过高速采样,再通过软件计算信号的有效值、峰值等。

    软件计算的方法也有多种,可以通过FFT计算、DFT计算或者平均值等方式。其中,不同波形的有效值、平均值的关系不一样,可参见之前的文章。《峰峰值-峰值-平均值-有效值之间有什么关系?

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  • STM32采集电流互感器电流互感器模块)数据

    1. 电流互感器简介
    在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊,从几安到几万安都有。为便于测量、保护和控制需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压一般都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用。

    2. 电流互感器模块
    电流互感器模块可以将交流电信号转换为电压信号,此时就能用stm32的ADC采集模块输出的AD信号。

    (1)模块介绍
    模块搭载ZMCT103c系列小型高精度电流互感器以及高精度运放电路,对信号做精确采样和适当补偿等功能。方便对5A以内的交流电进行信号采集。对应输出模拟交流信号可以调节,可根据电位器(调节放大比例,放大范围0-100倍)来调节所需输出电压,但是输出端(OUT)的最大电压不会超出1/2vCCo
    在这里插入图片描述
    (2)引脚说明
    在这里插入图片描述
    3. STM32采集电流互感器模块数据

    此处需要注意的问题是在用STM32采集时如果无交流电通过线圈,STM32的AD接到OUT引脚相当于悬空状态,此时会AD会返回一个STM32悬空的AD值,所以在实际使用时需要在OUT和GND之间加一个下拉电阻:
    在这里插入图片描述

    ADC配置代码如下:

     #include "adc.h"
     #include "delay.h"
    															   
    void  Adc_Init(void)
    { 	
    	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );	 
    	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  
    	
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
                          
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;	
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
    
    	ADC_DeInit(ADC1); 
    
    	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	
    	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	
    	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	 
    	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	
    	
    	ADC_ResetCalibration(ADC1);	
    	 
    	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	
    	
    	ADC_StartCalibration(ADC1);	 
     
    	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 	
    
    }				  
    
    u16 Get_Adc(u8 ch)   
    {
      
    	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );				    
      
    	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		
    	 
    	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));
    
    	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	
    }
    
    u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
    {
    	u32 temp_val=0;
    	u8 t;
    	for(t=0;t<times;t++)
    	{
    		temp_val+=Get_Adc(ch);
    		delay_ms(5);
    	}
    	return temp_val/times;
    } 	 
    

    主函数采集通过串口发送数据到上位机:

    #include "led.h"
    #include "delay.h"
    #include "sys.h"
    #include "usart.h"	  
    #include "adc.h"
    #include "common.h"
    #include "usart2.h"
    #include "usart3.h"
    #include <string.h>
     
    u8 mp3_set1[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x06,0xB9};
    u8 mp3_set2[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x05,0xB8};
     
     int main(void)
     {	 
        u16 adcx;
    	u8 re = 0;
    	 
    	delay_init();	      
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    	Adc_Init();	//ADC初始化	  		
    	usart2_init(9600);//串口2初始化
    	delay_ms(200);
     
    	while(1)
    	{
    			adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10);//ADC通道0采集电流互感器的输出值
    			u2_printf("%d\r\n",adcx);//通过串口发送出去			
    	}
    }
    

    实物图如下,用电风扇线作为测试,串口观察输出:
    在这里插入图片描述
    在风扇断电状态下输出为0:
    在这里插入图片描述
    在电风扇开启状态下便可采集到电流互感器模块的输出:
    在这里插入图片描述

    代码工程链接:https://pan.baidu.com/s/1Pdcm7M7UqIl-YyeDvcFCSA
    提取码:nigw

    展开全文
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    最近研发有用到剩余电流互感器,用到的剩余电流互感器的型号是Y-45,最大检测剩余电流为1A。一般供电回路的剩余电流达到1A的算是比较危险的
    测试剩余电流互感器的其中一个方便的方法是:使用交流220V两线制的用电器(功率大一点的),使火线穿过剩余电流互感器,注意零线不能穿过。这样火线通过的电流会“互感”剩余电流互感器,使其有信号输出。
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    方案1:使用电能计量芯片,如ATT7053BU等,需要外接单片机进行检测处理;
    方案2:使用运放搭建放大电路,使其输出正半波,屏蔽负半波,然后通过单片机ADC检测计算;
    方案3:使用真有效值转换芯片,如AD637、AD736等等。它可以将一定范围的复杂模型转换为一定比例的直流信号。
    以下是我使用AD637来检测剩余电流互感器的互感电流。如图所示电流连接:


    经测试,剩余电流为50mA~1000mA的均有对应的电压输出,其比例因子可以通过AD637或者实验数据可得出。输出电压范围为0V~约4.5V直流输出。

    展开全文
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空空如也

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