三相交流电转换器的设计探讨

周旋

摘 要：三相交流电路属于较为常见的电路，而在这一电路中，一般都需要对三相交流电电路、电压以及频率等变化情况进行检测，以对整个线路电压波动情况进行监控，同时对降温、升温以及振动大小等情况进行控制。除此之外，另外还需要对三相负载的本身工作是否正常进行及时的了解和掌握，以对其进行调整，而为了更好地实现这一点，该文主要对三相交流电电流、电压、频率转换器的设计进行了具体研究，设计出了一种较为实用的三相交流电电流、电压、频率转换器，以确保三相交流电路的安全性、稳定性。

关键词：三相交流电 转换器 设计

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0112-02

该文按照需求设计出了一种转换器，这一转换器能够将不同传感器所采集的三相交流电的不同物理参数转换为4～20 mA标准变送输出，同时还能最大程度保证转换精度小于或者是等于2%，这样在今后测试过程中也会更加方便。对于转换的物理参数则包括了利用电压信号、电流信号以及频率信号。其中，电压信号是基于DVL系列传感器的信号处理模块采集下所产生的；电流信号则是基于DHR系列传感器的信号处理模块采集下所产生的；而频率信号则是利用PIC18F97J60单片机接口电路、光藕传感器，然后将采集的频率信号转换成计数脉冲信号，具体设计如下。

1 设计思路

随着我国工业进程不断加剧，三相交流电路情况也在不断加剧，在这种情况下，工业生产一般情况下对三相交流电进行测试，大多会在现场进行，但是，对于控制、显示设备进行控制的时候，大都会在控制室又或者是控制柜上，在工作过程中，两者之间的距离一般都会在十几米到百米范围之内，在测试完成之后，测试结果如果其传输形式是以电压进行，就会出现信号失真或减弱等问题，最终致使测试结果不够准确；而传输形式如果是以电流来进行的话，就不会出现信号失真或减弱等问题，但是，这一传输方式比较适合远距离传输。两线制变送在应用过程中，存在其独特的优点，具体是在使用过程中，现场变送器和控制室的仪表两者之间的联系只需要使用两根导线就可以实现，这两根导线不仅是信号输出线，还是供给变送器工作的电源线，传输信号下限则是4 mA，不会和机械零点重合在一起，同时还能最大程度将晶体管电路的线性段利用起来，对各种故障也能进行有效的识别。而其传输信号上限则是20 mA，相较于0～10mA输出方式要大整整一倍，这样就能最大程度提高信号输送效力以及其分辨能力。笔者所设计的电路是可以实现0～2.5 V电压、0～125 mA、0～1 kHz转化成4～20 mA标准变送输出。

2 转换器电路设计

V/I转换器的设计，其电路是能够实现将输入的电压信号转换为电流信号输出的，在设计过程中，如果A点大于OV的话，运放OP1输出也就会随之上升；如果Re两端电压出现增高现象，这个时候一旦有电流通过Re，其也会随之变大，最后整体耗电情况也就会随之上升。在这一电路系统，如果其想要正常的工作，其需要具备以下两个条件，其一，其自身耗电量一定要很小，这样才能将剩下的电流供给变送器、调理电路；其二，在电路工运放器件能够在单电源情况下进行工作，并且在这一工作过程中，其输入端从-0.3～1.5 V范围内毒能够正常工作，R5和U1则需要构成基准源并且还需要产生2.5 V稳定的基准电压。

2.1 电压/电流转换电路设计

在对电压/电流转换电路进行设计的过程中，主要是利用莱姆电子下所产生的DVL系列传感器，将其所采集的0～2.5 V三相交流电直流电压信号利用起来，以此来确保输入转换电路真正能够实现4～20 mA的交流电输出。电压/电流的转换具体指的是将电压信号转换为随输入电压变化的电流信号，并且还需要确保其能够在一定的负载变化范围内保持较为稳定的输出电流，不能按照负载变化而产生变化。在设计过程中，其电路主要构成部分包括了一个BSS79B三极管、5个LT1078IN8运算放大器、其它辅助元件，在这一电路中，其所存在的运放电路在本质上就是一个检波电路，在输出端可以介入一个二极管，这样就能有效地实现对输入信号的检波效果，在这种情况下，如果输入信号属于正弦信号，它的输出信号就好比是加了绝对值的正弦信号，不会存在负半轴信号。另外，在这一电路中所存在的第二个运算电路则是跟随器，这一电路的作用就是隔离和缓冲，在运行过程中，电压放大器如果输出阻抗比较高的话，而后级输入阻抗比较小的话，这个时候信号会相当部分损耗在前级的输出电阻，电压跟随器就会开始缓冲，以此来对整个电路性能进行优化。在这一电路中，如果转换电路输入的电压是0，其输出电流就是4.073 mA；如果输入电压是2.5 V的话，其输出电流就是19.575 mA，所以说，这一电压/电流转换电路设计可以有效地满足输入信号是0～2.5 V电压信号，输出信号就是4～20 mA这一标准。

2.2 电流/电流转换电路设计

在对电流/电流转换电路进行设计的过程中，其主要是利用莱姆电子DHR系列传感器下所收集到的0～125 mA的三相交流电电流信号，输入转换电路则变成了4～20 mA的交流电输出。要想真正实现电流/电流转换电路设计，本研究中主要是将电压源并联到电阻接入电路中，然后将其接入整个电路中，这样就能有效地模拟出电流源的电流输入，之后就可以通过对实际电路、电路仿真分别进行调试工作，这样就能有效地实现输入信号是0～2.5 V电压信号，输出信号就是4～20 mA这一标准的交流电信号。

2.3 频率/电流转换电路的设计

在对进行频率/电流转换电路进行设计的过程中，要想有效地实现检测三相交流电的频率是否正常这一目的，主要是利用单片机接口电路、光藕传感器，然后将三相交流电的频率信号所转换成的计数脉冲信号，输入转换电路转换成4-20mA的交流电。在这一过程中，输入电压主要是对单片机接口电路将输入的频率信号转换成脉冲信号进行数模转换，这样就能成为电压信号之后就能作为电路输入信号，这样就能有效地实现输入信号为0～1 kHz的频率信号转化为0～2.5 V的电压输入到所设计的转换电路中，最后就能实现输入信号是0～2.5 V电压信号，输出信号就是4～20 mA这一标准的交流电信号。

3 结语

综上所述，在信息技术不断发展过程中，电力系统也得到了较大的发展，在这种情况下，电网容量也在不断上升，并且电网结构也更加复杂，所以电力部门对于电网运行也提出了更高的要求，希望它在实际运行过程中能夠更加的稳定，以此来提供较高品质的电能源。在这种情况下，电力系统就一定要实现采集电参量的实时性，这样才能对电网进行有效地远程监控以及调度，而其中所存在的电流、电压以及频率等电力参数等数据信息采集是其中较为重要的组成，只有做好了相应的工作，才能有效地实现自动化。为此，本文也设计了一个较为实用的电流、电压、频率转换器，希望能够真正实现三相交流电的电压、电流和三相频率等电参数的4～20 mA的标准变送输出，最终促进电力运行的稳定性和安全性。

参考文献

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