矿用高压配电装置的信号采集设计.pdf

2 0 0 9 年 第1 期 东 堪晨 科技 9 1 矿 用 高压配 电装置的信号 采集设 计 张宏伟 ， 吕洪生， 颜之静 兖矿贵州能化有限公司， 贵州贵阳5 5 0 0 0 3 摘要该文主要介绍 了一种矿用配 电装置 的信号采集设计 ， 该设计采用 了 L M3 2 4为 主的信号采 集电路 ， 较好解决 了信号采集 中的稳定， 安 全， 可靠和灵敏性。 关键词高压配 电信号采集设计 中图分类号 T I 6 1 1 ． 3 文献标识码B 矿用高压配电装置主要对额定电压互感器 1 0 k V 、 6 k V 、 额定频率 5 0 H z 、 额定电流至 6 3 0 A的中性点不直接 接地的三相交流供电系统进行控制、 保护和测量。该 高压配电装置具全数字化、 液晶汉显、 故障 自诊等智能 自动化功能 ， 其信号采集工作采用了 L M 3 2 4芯片为主 的信号采集 电路 。而且最具 特色的选择性漏 电功能也 是采用 了 L M 3 2 4芯片， 功 率计 量 则使用 了 晶振加 B L 0 9 5 2计量芯片。 1 系统总体 设计方案 采集信号输出要求干扰少、 波形稳定的特点， 以方 便 P L C 采用本 电路 P I E控制 采 样与判 断 ， 因此 电压 电流信号经采 样变压 器 、 互感 器采 样然后 经过整 流滤 波送入 L M 3 2 4 芯片 ， 再 由 M 3 2 4放大整流 ， 然后送到控 制系统 P I E 。 2 硬件设计 2 ． 1 芯片的选择 2． 1 ． 1 U 2 4 U V I 3 2 4 是 四运放集 成 电路 ， 它采用 1 4脚双列 直插 塑料封装， 内部包含四组形式完全相同的运算放大器， 除电源共用外 ， 四组运 放相 互独 立。每一组运 算放 大 器可用图 I a 所示的符号来表示， 它有 5 个引出脚， 其 中“ ” 、 “ 一” 为两个信号输人端， “ v” 、 “ V一” 为正、 负电源端， “ v 0 ” 为输出端。两个信号输入端中， V i 一 *收稿 日期 2 o 0 8 一l 21 5 作者 简介 张宏伟 1 9 6 8 一 ， 男 ， 大学学历 ， 中国传媒大学 ， 兖矿贵州 能化有限公司投 资部副部长 ， 主要工作方 向 投资管理 ， 造价控 制等。 一 为反相输入端 ， 表示运放输出端 v 0 的信号与该输 人端的相位相反； V i 为同相输入端 ， 表示运放输 出端 v 0 的信号与该输入端的相位相同。见图 1 b 。 a 运算放大器符号 b 1．1 t 3 2 4 g l 脚排列 图1 芯片引脚 1 同相交流放大器 见 图 2 。同相交流放大器的 特点是输入阻抗高。其中的R 1 、 R 2 组成 1 ／ 2 V分压电 路 ， 通过 R 3 对运放进行偏 置。 图2同相交流放 大器 电路的电压放大倍数 A v 也仅由外接电阻决定 A v l R f ／ R 4 ， 电路输入电阻为 R 3 。R 4的阻值范围为几 千欧姆到几十千欧姆 。 5 结语 第一套刨煤机 自动化控制系统设备经工作面调试 后， 用于 4个工作面的生产。试用和生产都很成功。 但也存在一些问题， 如更改过 M C U主控台操作软件和 K E 1 0 0 4开关程序， 冷却水流量开关多次出现故障， 端 头和过渡支架不能设计成 自动化控制等。这些问题 ， 经认真分析研究 ， 均 已在第 2套设备上进行 了完善和 改进。该刨煤机 自动化控制系统的应用， 为薄煤层合 理回采开创了一条安全、 经济、 高效、 高产的道路。 参考文献 [ 1 ] 陈引亮． 刨煤机组采煤技术[ M ] ． 徐州 中国矿业大学出版社， 1 9 9 7 ． [ 2 ] 刘占胜等． 国内外刨煤机发展状况及前景展望[ J ] ． 煤矿机械， 2 o 0 6 ] 0 ． [ 3 ] 李勃等． 德国刨煤机在薄煤层工作面开采中的应用[ J ] ． 煤矿机 械 ， 2 0 0 3 1 2 ． 92 东媳蔗 科技 2 0 0 9 年 第1 期 2 交流信号三分配放大器。此电路可将输入交 流信号分成三路输 出， 三路信号可分别用作指示、 控 制 、 分析等用途 ， 而对信号源 的影响极小 。框图如图 3 。 因运放 输 入 电阻高 ， 运 放 A 1 ～A 4 均 把输 出端 直接接到负输入端， 信号输入至正输入端， 相当于同相 放大状态时 R f 0的情况， 故各放大器电压放大倍数 均为 1 ， 与分立元件组成的射极跟随器作用相同。 V i 图 3 交流 信号三分 配放大器 2． 1． 2 B“ 9 5 2 B L 0 9 5 2 集成 电路是三相 电子电度表的核心计量芯 片 ， 采用低功耗设计 ， 外 部采 用 1 ． 8 M H z ～3 ． 5 6 M H z 的 晶体振荡器， 芯片静态功耗 3 5 m w 典型值 ， 因此可以 采用三相阻容分压电源， 大大降低了生产成本。基于 此芯片设计 的三相 电子 电度 表具有外 围 电路简单 、 精 度高 、 稳定性好等特点 ， 适用 于三相三线和三相四线电 力用户的电能计量 。 系统原理 图如图 4 nnSRf vnn 图 4 B I_ D 9 5 2系统原理 图 B L 0 9 5 2 是基于数字信号处理的 电能计量芯片 ， 有 测量正向和负向有功功率的功能。它可以通过选择采 用绝对值或代数和相加之一 的方式来计量有功功率 和。C F输出较高频率的脉冲， 用于校验和计算机数据 处理， F 1和 F 2输出较低频率的脉冲用于驱动脉冲电 机， 间接驱动机械字轮计度器计算功率， 记录用电量。 片内电源检测电路可以进行掉电检测， 当电源低于4 V 时， 将关闭 c F 、 F l 、 的输出。片内电路结构完全保证 电压和电流通道的信号在乘法器前的相位匹配。这就 保证了输入信号在 4 5 H z 6 5 H z 范围内的频率变化对 增益基本没有影响， 片内防潜动逻辑可以保证无潜动。 B L 0 9 5 2 着重 考虑 了校表 过程 中读数 误差 的稳定 性的需求 ， 成品测量数据表明输出校表脉冲信号有极 强的稳定度 c F的波动小于0 ． 1 ％ 。 2 ． 2 接线 图设计 1 选 择 [ M3 2 4进行采样 信号 的放大 整流滤 波工 作， 三相电流信号通过电流互感器各相采样到各 自独 立的 L M 3 2 4芯片， 由 I _ M3 2 4构成的同相交流放大器将 信号放大后整流滤波输入到 P L C控制系统。 2 电压信号是取自A B线电压经过变压器降压送 至交 流放大器 。 3 选择性 漏 电检测 的实现是 通过 L M 3 2 4构成 的 比较器 比较零序电压和零序电流之间的相位差 以及 这 两者各 自的采样信号送至 P L C三者全部符合条件 时即 动作， 这样保证了零序电压和零序 电流之间的相位关 系的决定 因素从而只有本支路漏电时才动作 的选择 性 得 以实现 。原理如图 5 。 零序电压 零序电流 比较器 交流放大器采样 交流放大器采样 P L C 图5 选 择性检据原理 4 功率计量 电路则是 三相电流和三 相 电压 由电 流互感 器或 变压器采样后 直接送 到 B L 0 9 5 2 芯 片的采 样脚 ， 然后 B L 0 9 5 2按照其 工作模 式计算 功率 ， 通 过 晶 振获得脉 冲信号 ， 以一定脉 冲信号输 出到 P L C ， P L C计 数输出数值从而得到功率计量数值。如图6 。 C F 亡 [ 圈 F 1 D G N D 匝 可 F 2 V D DI T 可S 1 R E V F 臣 可 S 0 ～ { A KP 臣 B L 0 9 5 2 可C L 1 0 tlT r丑 C “ l K I B P 匝 S O P 2 4 圈 S C F 臣 【 D D S B L ～t c N 面 圈 一 A G Iq 匝 V C P R E F 匝 日 V N 3 结论 图 7 功率计量 电路 此次设计的实验结果基本能够满足所作实验要 求， 且由于都采用了插拔式设计对于维护来说也相当 方便， 对故障的判断也比较明确， 对症下药即可。 肿 “ 卧 卯