三相交流電轉換器的設計探討

周旋

摘 要：三相交流電路屬于較為常見的電路，而在這一電路中，一般都需要對三相交流電電路、電壓以及頻率等變化情況進行檢測，以對整個線路電壓波動情況進行監控，同時對降溫、升溫以及振動大小等情況進行控制。除此之外，另外還需要對三相負載的本身工作是否正常進行及時的了解和掌握，以對其進行調整，而為了更好地實現這一點，該文主要對三相交流電電流、電壓、頻率轉換器的設計進行了具體研究，設計出了一種較為實用的三相交流電電流、電壓、頻率轉換器，以確保三相交流電路的安全性、穩定性。

關鍵詞：三相交流電 轉換器 設計

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（c）-0112-02

該文按照需求設計出了一種轉換器，這一轉換器能夠將不同傳感器所采集的三相交流電的不同物理參數轉換為4～20 mA標準變送輸出，同時還能最大程度保證轉換精度小于或者是等于2%，這樣在今后測試過程中也會更加方便。對于轉換的物理參數則包括了利用電壓信號、電流信號以及頻率信號。其中，電壓信號是基于DVL系列傳感器的信號處理模塊采集下所產生的；電流信號則是基于DHR系列傳感器的信號處理模塊采集下所產生的；而頻率信號則是利用PIC18F97J60單片機接口電路、光藕傳感器，然后將采集的頻率信號轉換成計數脈沖信號，具體設計如下。

1 設計思路

隨著我國工業進程不斷加劇，三相交流電路情況也在不斷加劇，在這種情況下，工業生產一般情況下對三相交流電進行測試，大多會在現場進行，但是，對于控制、顯示設備進行控制的時候，大都會在控制室又或者是控制柜上，在工作過程中，兩者之間的距離一般都會在十幾米到百米范圍之內，在測試完成之后，測試結果如果其傳輸形式是以電壓進行，就會出現信號失真或減弱等問題，最終致使測試結果不夠準確；而傳輸形式如果是以電流來進行的話，就不會出現信號失真或減弱等問題，但是，這一傳輸方式比較適合遠距離傳輸。兩線制變送在應用過程中，存在其獨特的優點，具體是在使用過程中，現場變送器和控制室的儀表兩者之間的聯系只需要使用兩根導線就可以實現，這兩根導線不僅是信號輸出線，還是供給變送器工作的電源線，傳輸信號下限則是4 mA，不會和機械零點重合在一起，同時還能最大程度將晶體管電路的線性段利用起來，對各種故障也能進行有效的識別。而其傳輸信號上限則是20 mA，相較于0～10mA輸出方式要大整整一倍，這樣就能最大程度提高信號輸送效力以及其分辨能力。筆者所設計的電路是可以實現0～2.5 V電壓、0～125 mA、0～1 kHz轉化成4～20 mA標準變送輸出。

2 轉換器電路設計

V/I轉換器的設計，其電路是能夠實現將輸入的電壓信號轉換為電流信號輸出的，在設計過程中，如果A點大于OV的話，運放OP1輸出也就會隨之上升；如果Re兩端電壓出現增高現象，這個時候一旦有電流通過Re，其也會隨之變大，最后整體耗電情況也就會隨之上升。在這一電路系統，如果其想要正常的工作，其需要具備以下兩個條件，其一，其自身耗電量一定要很小，這樣才能將剩下的電流供給變送器、調理電路；其二，在電路工運放器件能夠在單電源情況下進行工作，并且在這一工作過程中，其輸入端從-0.3～1.5 V范圍內毒能夠正常工作，R5和U1則需要構成基準源并且還需要產生2.5 V穩定的基準電壓。

2.1 電壓/電流轉換電路設計

在對電壓/電流轉換電路進行設計的過程中，主要是利用萊姆電子下所產生的DVL系列傳感器，將其所采集的0～2.5 V三相交流電直流電壓信號利用起來，以此來確保輸入轉換電路真正能夠實現4～20 mA的交流電輸出。電壓/電流的轉換具體指的是將電壓信號轉換為隨輸入電壓變化的電流信號，并且還需要確保其能夠在一定的負載變化范圍內保持較為穩定的輸出電流，不能按照負載變化而產生變化。在設計過程中，其電路主要構成部分包括了一個BSS79B三極管、5個LT1078IN8運算放大器、其它輔助元件，在這一電路中，其所存在的運放電路在本質上就是一個檢波電路，在輸出端可以介入一個二極管，這樣就能有效地實現對輸入信號的檢波效果，在這種情況下，如果輸入信號屬于正弦信號，它的輸出信號就好比是加了絕對值的正弦信號，不會存在負半軸信號。另外，在這一電路中所存在的第二個運算電路則是跟隨器，這一電路的作用就是隔離和緩沖，在運行過程中，電壓放大器如果輸出阻抗比較高的話，而后級輸入阻抗比較小的話，這個時候信號會相當部分損耗在前級的輸出電阻，電壓跟隨器就會開始緩沖，以此來對整個電路性能進行優化。在這一電路中，如果轉換電路輸入的電壓是0，其輸出電流就是4.073 mA；如果輸入電壓是2.5 V的話，其輸出電流就是19.575 mA，所以說，這一電壓/電流轉換電路設計可以有效地滿足輸入信號是0～2.5 V電壓信號，輸出信號就是4～20 mA這一標準。

2.2 電流/電流轉換電路設計

在對電流/電流轉換電路進行設計的過程中，其主要是利用萊姆電子DHR系列傳感器下所收集到的0～125 mA的三相交流電電流信號，輸入轉換電路則變成了4～20 mA的交流電輸出。要想真正實現電流/電流轉換電路設計，本研究中主要是將電壓源并聯到電阻接入電路中，然后將其接入整個電路中，這樣就能有效地模擬出電流源的電流輸入，之后就可以通過對實際電路、電路仿真分別進行調試工作，這樣就能有效地實現輸入信號是0～2.5 V電壓信號，輸出信號就是4～20 mA這一標準的交流電信號。

2.3 頻率/電流轉換電路的設計

在對進行頻率/電流轉換電路進行設計的過程中，要想有效地實現檢測三相交流電的頻率是否正常這一目的，主要是利用單片機接口電路、光藕傳感器，然后將三相交流電的頻率信號所轉換成的計數脈沖信號，輸入轉換電路轉換成4-20mA的交流電。在這一過程中，輸入電壓主要是對單片機接口電路將輸入的頻率信號轉換成脈沖信號進行數模轉換，這樣就能成為電壓信號之后就能作為電路輸入信號，這樣就能有效地實現輸入信號為0～1 kHz的頻率信號轉化為0～2.5 V的電壓輸入到所設計的轉換電路中，最后就能實現輸入信號是0～2.5 V電壓信號，輸出信號就是4～20 mA這一標準的交流電信號。

3 結語

綜上所述，在信息技術不斷發展過程中，電力系統也得到了較大的發展，在這種情況下，電網容量也在不斷上升，并且電網結構也更加復雜，所以電力部門對于電網運行也提出了更高的要求，希望它在實際運行過程中能夠更加的穩定，以此來提供較高品質的電能源。在這種情況下，電力系統就一定要實現采集電參量的實時性，這樣才能對電網進行有效地遠程監控以及調度，而其中所存在的電流、電壓以及頻率等電力參數等數據信息采集是其中較為重要的組成，只有做好了相應的工作，才能有效地實現自動化。為此，本文也設計了一個較為實用的電流、電壓、頻率轉換器，希望能夠真正實現三相交流電的電壓、電流和三相頻率等電參數的4～20 mA的標準變送輸出，最終促進電力運行的穩定性和安全性。

參考文獻

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