通用型三相电采集设备及系统的制作方法
【专利摘要】本申请公开了一种通用型三相电采集设备及系统，通用型三相电采集设备包括：取样电路、放大电路、整形电路和采样电路，取样电路用于接收来自互感器的电流信号，将电流信号转换为电压信号且将电压信号传输至放大电路；放大电路用于对接收的电压信号进行放大，将电压信号调整至预定电压范围；整形电路用于将调整后的电压信号转换为方波信号，以供确定电流信号的频率；并且采样电路用于采集调整后的电压信号，以供确定电流信号的幅值。本申请还提供了一种通用型三相电采集系统，包括互感器、控制器以及上述通用型三相电采集设备。本申请提供的三相电采集设备及系统，具备通用性强、体积小、功耗低、稳定性高等特点，适用于各种场合的应用。
【专利说明】
通用型三相电采集设备及系统
技术领域
[0001]本公开涉及船舶电站中发电机组自动控制技术领域，尤其涉及一种通用型三相电采集设备及系统。
【背景技术】
[0002 ]随着船舶大型化、多功能化和节能化的发展，对船舶电力系统的要求越来越高。船舶电力系统是船舶最重要的系统之一，船舶电力系统的优劣直接关系到电站供电的连续性、经济性、电能质量，保证船舶电气设备安全可靠地工作，进而确保船舶、船上货物和人员安全。
[0003]船舶电力系统主要由电源、配电装置、电力网和用电设备组成。电源通常采用发电机组。目前，在船舶电力系统发电机组电力采集方面，现有的三相电采集模块只能采集一种信号，不能够同时适用于采集经过霍尔互感器转换或经过磁电互感器转换得到的信号，不具备通用性。
【实用新型内容】
[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种通用型三相电采集设备及系统。
[0005]—方面，本实用新型提供了一种通用型三相电采集设备，包括:取样电路、放大电路、整形电路和采样电路，所述取样电路用于接收来自互感器的电流信号，将所述电流信号转换为电压信号且将所述电压信号传输至所述放大电路;所述放大电路用于对接收的所述电压信号进行放大，将所述电压信号调整至预定电压范围；所述整形电路用于将调整后的电压信号转换为方波信号，以供确定所述电流信号的频率;并且所述采样电路用于采集所述调整后的电压信号，以供确定所述电流信号的幅值。
[0006]另一方面，本实用新型还提供了一种通用型三相电采集系统，包括互感器、控制器，还包括上述通用型三相电采集设备;所述互感器的输出端连接所述取样电路的输入端，三相正弦电信号经所述互感器传输至所述取样电路;所述控制器的输入端连接所述整形电路的输出端，用以采集所述三相正弦电信号的频率;所述控制器的输入端连接所述采样电路的输出端，用以采集所述三相正弦电信号的幅值。
[0007]本实用新型提供的通用型三相电采集设备及系统，通过设置放大电路以将输入的信号放大至预定的电压范围，能够在一套电路中兼容采集三相电信号(包括电流和电压)经两种互感器(霍尔互感器或磁电互感器)转换得到的信号，具备通用性强、体积小、功耗低、稳定性高等特点，适用于各种场合的应用。并且，可以选择差分或单端输入方式，以有效抑制不同场合的外部干扰。
【附图说明】
[0008]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0009]图1为本实用新型提供的通用型三相电采集系统的原理框图；
[0010]图2为本实用新型提供的放大电路的原理图；
[0011 ]图3为本实用新型提供的取样电路的原理图；
[0012]图4为本实用新型提供的整形电路的原理图；
[0013]图5为本实用新型提供的采样电路的原理图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关实用新型，而非对该实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与实用新型相关的部分。
[0015]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0016]本申请提供了一种通用型三相电采集设备，参考图1的虚线框内的部分，通用型三相电采集设备I包括:取样电路11、放大电路12、整形电路13和采样电路14，取样电路11用于接收来自互感器的电流信号，将电流信号转换为电压信号且将电压信号传输至放大电路12;放大电路12用于对接收的电压信号进行放大，将电压信号调整至预定电压范围;整形电路13用于将调整后的电压信号转换为方波信号，以供确定电流信号的频率;并且采样电路14用于采集调整后的电压信号，以供确定电流信号的幅值。
[0017]本申请中通过放大电路将来自互感器的电流信号进行放大处理，可以将不同的输入信号转化成近似范围内的信号，达到采集兼容的目的，从而使得本申请提供的三相电采集设备具有通用性。
[0018]作为一种可选的实施方式，放大电路包括增益选择端子，用于根据互感器的类型选择不同的增益倍数。
[0019]进一步地，放大电路包括:差分运放芯片，差分运放芯片包括:Ao引脚、A1引脚，A0弓丨脚和Adl脚用作增益选择端子，在外接跳线控制下选择低倍增益或高倍增益。如图2所示，差分运放芯片优选为AD8251ARMZ芯片，可支持差分或单端输入的方式，其中Ao引脚、A1引脚为增益选择端子，通过外接跳线的控制可选择不同逻辑关系的输入，从而选择不同增益的输出。
[0020]进一步地，本申请中低倍增益为I倍增益，高倍增益为8倍增益，目前常用的磁电互感器的最大输出为5mA，霍尔互感器的最大输出为30mA;当互感器为霍尔互感器时，选择低倍增益；当互感器为磁电互感器时，选择高倍增益。
[0021]进一步地，放大电路还包括:与差分运放芯片后端连接的第一低通滤波电路，用于对调整后的电压信号进行低通滤波处理。如图3所示，AD8251ARMZ芯片还包括OUT引脚，通过OUT引脚连接第一低通滤波电路101，第一低通滤波电路包括电阻R4和电容C3，OUT引脚连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接电容R3的一端，电容R3的另一端接地;其中，电阻R4优选为330 Ω，电容C3优选为0.luF。
[0022]作为一种可选的实施方式，参考图3，取样电路包括:跳线XI，用以选择单端或差分输入方式；以及采样电阻R3，用于将来自互感器的电流信号转换为电压信号。如图3所示，取样电路包括电流输入正端和电流输入负端，跳线连接在电流输入负端上，当Xl短接后，电流输入负端接地，为单端输入方式;当Xl断开时，为差分输入方式。电阻R3优选为200 Ω。
[0023]参考图3，取样电路还包括与采样电阻若并联的电容Cl，电容Cl优选为0.luF，电容Cl主要用来滤除高频杂波。
[0024]作为一种可选的实施方式，参照图4，整形电路包括:第二低通滤波电路102、钳位二极管V1、过零比较器和去抖动电阻R90;第二低通滤波电路102用于接收经放大电路调整后的电压信号并进行低通滤波;钳位二极管Vl用于将通过第二低通滤波电路的电压信号中的负电压限制在预定的电位上;过零比较器用于接收经第二低通滤波电路滤波后的电压信号并进行过零比较以转化为方波信号;去抖动电阻R90用于去除方波信号中的噪声。
[0025]如图4所示，第二低通滤波电路包括电阻R94和电容C93，电阻R94的一端连接电阻R4的另一端，电容C93的另一端接地;钳位二极管Vl的正端连接电容C93的另一端，钳位二极管Vl的负端连接电容C93的一端，通过钳位二极管Vl将通过第二低通滤波电路的电压信号中的负端信号钳位在-0.7上。此外，过零比较器优选为LM339比较器，当电压信号大于OV时，输出高电平，当电压信号小于OV时，输出低电平，这样可以将经过第二低通滤波电路滤波后的电压信号转化为方波信号，即对应的将来自互感器的电流信号转换为可被控制器采集的方波信号；并且在过零比较器LM339的同相输入端以及第一输出端的之间并联一去抖动电阻R90，用以去除方波信号中的噪声。
[0026]进一步地，为了保护LM339比较器的正常运行，在电阻R94的另一端与LM339比较器的同相输入端之间还设置有一电阻，用于限流降压，保护LM339比较器的正常工作。
[0027]作为一种可选的实施方式，采样电路包括:采集芯片，采集芯片通过SPI总线连接控制器;采集芯片具有四个CONVST引脚，用于将8路单端输入信号同步转换为4路差分输入信号。如图5所示，采集芯片优选为型号为ADS8258芯片，具有C0NVST_A、C0NVST_B、C0NVST_C、⑶NVSrU^个引脚，芯片ADS8258具有12BIT精度，8路单点输入可以同步转换为4路差分输入，具备SPI总线接口，可满足各种高精度场合的要求。其中，SPI总线接口即可以适用于大部分控制器，又可以方便的扩展多个设备，还可以在系统复位时保持住原有状态;CONVST引脚为控制转换管脚，通过控制器对该管脚的控制，可实现8路同步转换，可方便于控制器来计算三相电各相的相位关系。
[0028]此外，参考图1，本申请还提供了一种通用型三相电采集系统，包括互感器2、控制器3，以及上述介绍的通用型三相电采集设备；
[0029]其中，互感器的输出端连接取样电路的输入端，三相正弦电信号经互感器传输至取样电路;控制器的输入端连接整形电路的输出端，用以采集三相正弦电信号的频率;控制器的输入端连接采样电路的输出端，用以采集三相正弦电信号的幅值。
[0030]进一步地，互感器包括霍尔互感器或磁电互感器。本实用新型提供的三相电采集系统，其中包括的三相电采集设备包括的放大电路能够兼容经不同互感器转换后的信号，在一套电路中实现对两种信号的采集。
[0031]以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的实用新型范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述实用新型构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
【主权项】
1.一种通用型三相电采集设备，包括:取样电路、放大电路、整形电路和采样电路，其特征在于， 所述取样电路用于接收来自互感器的电流信号，将所述电流信号转换为电压信号且将所述电压信号传输至所述放大电路； 所述放大电路用于对接收的所述电压信号进行放大，将所述电压信号调整至预定电压范围； 所述整形电路用于将调整后的电压信号转换为方波信号，以供确定所述电流信号的频率;并且 所述采样电路用于采集所述调整后的电压信号，以供确定所述电流信号的幅值。2.根据权利要求1所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述放大电路包括增益选择端子，用于根据互感器的类型选择不同的增益倍数。3.根据权利要求2所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述放大电路包括:差分运放芯片，所述差分运放芯片包括:Ao引脚、A1引脚，所述A0引脚和所述^引脚用作所述增益选择端子，在外接跳线控制下选择低倍增益或高倍增益。4.根据权利要求3所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述低倍增益为I倍增益，所述高倍增益为8倍增益； 当互感器为霍尔互感器时，选择所述低倍增益； 当互感器为磁电互感器时，选择所述高倍增益。5.根据权利要求3所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述放大电路还包括:与所述差分运放芯片后端连接的第一低通滤波电路，用于对调整后的电压信号进行低通滤波处理。6.根据权利要求1所述的通用型三相电采集设备，其特征在于，所述取样电路包括: 跳线，用以选择单端或差分输入方式；以及 采样电阻，用于将来自互感器的电流信号转换为电压信号。7.根据权利要求1所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述整形电路包括:第二低通滤波电路、钳位二极管、过零比较器和去抖动电阻； 所述第二低通滤波电路用于接收经所述放大电路调整后的电压信号并进行低通滤波；所述钳位二极管用于将通过所述第二低通滤波电路的电压信号中的负电压限制在预定的电位上； 所述过零比较器用于接收经所述第二低通滤波电路滤波后的电压信号并进行过零比较以转化为方波信号； 所述去抖动电阻用于去除所述方波信号中的噪声。8.根据权利要求1所述的通用型三相电采集设备，其特征在于， 所述采样电路包括:采集芯片，所述采集芯片通过SPI总线连接控制器； 所述采集芯片具有四个CONVST引脚，用于将8路单端输入信号同步转换为4路差分输入信号。9.一种通用型三相电采集系统，包括互感器、控制器，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述的通用型三相电采集设备； 所述互感器的输出端连接所述取样电路的输入端，三相正弦电信号经所述互感器传输至所述取样电路； 所述控制器的输入端连接所述整形电路的输出端，用以采集所述三相正弦电信号的频率； 所述控制器的输入端连接所述采样电路的输出端，用以采集所述三相正弦电信号的幅值。10.根据权利要求9所述的通用型三相电采集系统，其特征在于，所述互感器包括霍尔互感器或磁电互感器。
【文档编号】G01R19/00GK205539133SQ201620040231
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】刘予学, 吴帆, 宋杰, 黄鹤, 马善伟, 庄浩然, 刘赟
【申请人】中国船舶重工集团公司第七研究所, 中国船舶重工集团公司第七一一研究所