线路电压频率监测仪电路

接线图 2024年02月06日 17:47 176 admin

　　检查交流线路频率和电压的长期变化。这是一个建设线路电压频率监测仪的项目。它不是一个完整的仪器，而是一个简单的测量适配器，旨在嵌入到带有 PC 或微控制器的某些测量系统中。

线路电压频率监测仪电路第1张

　　图1显示了内置线路电压频率监测器的原理图。它不需要任何外部电源，因为它由被测交流线路供电。测量电路仅消耗几毫安的电流，因此电源由电抗降压器（又名电容电源）组成，通常用于低功率应用。电抗降压器是一种并联稳压器，其不使用电阻而是使用电抗作为降压器元件。它可以降低电压，而降压器元件不会损失能量。
　　原理图中的 C1 是降压电容器，选择其电容来设置高于负载电流的电流（由 Vin/Xc 确定）。D1和D2用于半波整流，典型情况下不是全波整流，因为它需要将地电位固定到交流线路上以进行电压测量。半波整流所需的降压电容值是全波整流的两倍。齐纳二极管D1是一个并联元件，用于限制输出电压，超过的电流通过齐纳二极管旁路。R1是保护电阻，限制开机时的浪涌电流。如果输入断开时没有放电路径，则需要对C1进行高电阻放电，以免触电。
　　U2 是 Microchip ATtiny45 微控制器。输入电压经过电阻分压后输入到 ADC，无需缓冲放大器。这不会成为问题，因为根据戴维南定理，源阻抗约为 2.5 kΩ。为了消除校准，参考电压（LDO）和分压器（Ra/Rb/Rc）均采用1%高精度元件。　　测量数据以恒定间隔作为串行数据传输。串行接口通过光隔离器 U3 进行隔离，以便使用非隔离电源。当目标是微控制器时，使用几 kΩ 的上拉电阻将光隔离器输出连接到 UART RXD。

　　输入波形以 9.6 ksps 采样。由于ATtiny45 中没有UART，因此确定了采样频率的值，从而确定了软件实现串行传输的时序。
　　频率测量
　　在每次 AD 值过零时，都会在触发器中测量交流线路频率。交流线路频率的变化范围通常为标称值±200 mHz，并且至少需要以几mHz的分辨率进行测量。直接计数法频率测量的分辨率为1/Tg Hz，其中Tg为触发计数的门控时间。当以 5 秒为间隔测量频率时，分辨率变为 200 mHz。这根本不够。
　　对于低频测量，通常采用倒数法。它测量触发周期时间T ，然后通过f = 1/T计算频率。倒数法的频率分辨率为t/T? Hz，其中t是周期时间T的时间分辨率。在此项目中，t为 1/9.6k，输入频率为 50 Hz 时分辨率变为 200 mHz。这仍然不够。然而，倒数方法的实际实现测量周期数ncyc作为输入频率，分辨率变为t/T?/ncyc赫兹。在这个项目中，以5秒的间隔进行测量，分辨率在50Hz时约为1mHz，在60Hz时约为1.25mHz。
　　电压测量
　　电压通过“均方根”获得，用于真正的 RMS 测量。片上ADC的分辨率仅为10位，理论分辨率为400 mV。然而，100 mV 的分辨率是通过意义处理和输入噪声引起的抖动效应实现的。

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