專利名稱：繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及繼電保護裝置中的一個模塊，具體是說是一種繼電保護裝置中的 60HZ以下的低頻交流信號測量模塊。
背景技術(shù)：
多種型號的繼電保護裝置都需要對交流信號進行頻率測量，以實現(xiàn)如低周保護、 過頻保護或者低頻解列等保護功能。電力系統(tǒng)繼電保護裝置測量的電壓電流量通常都是低 頻信號，頻率在60HZ以下，而保護測量裝置本身運算量大，任務(wù)繁重，因此，設(shè)計一種硬件 開銷小、抗干擾能力強、簡單易行且精度較高的低頻信號測量回路是非常有意義的。目前主要采取的測頻辦法有軟件測頻和硬件測頻兩類。軟件測頻通常是對交流輸 入量進行DFT變換，計算出給定的交流量的向量，通過計算其向量的實部或虛部值的2個相 鄰?fù)较蜃兓倪^零點之間的時間，計算其周期和頻率。軟件測頻精度高但需要高密度的 采樣點，且DFT變換計算量大復(fù)雜程度高；硬件測頻，目前常用的方法是對交流電量進行硬 件采樣，然后記錄過零點的時刻，從而計算信號的頻率。但當(dāng)信號輸入回路空載時或者信號 有較大的諧波量時，往往有較多的過零干擾，造成測量精度下降。且現(xiàn)有電路通常需要如施 密特門一類的整形電路將交流信號轉(zhuǎn)化為脈沖波形，增加了電路的復(fù)雜度。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的本實用新型主要針對電力系統(tǒng)繼電保護裝置對60HZ以下的低頻交流 信號的測量要求，設(shè)計了一種繼電保護裝置中的低頻信號頻率測量模塊，解決了現(xiàn)有技術(shù) 中回路復(fù)雜、抗干擾能力弱、且精度較低的缺陷。本實用新型是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的一種繼電保護裝置中的低 頻交流信號測量模塊，它包括二階阻容濾波回路，所述的二階阻容濾波回路并聯(lián)兩個反向 串接的二極管，再與三號電阻并聯(lián)，并與電壓跟隨器相連；電壓跟隨器的輸出端連接二號運 算放大器的反相輸入端，二號運算放大器的8腳和4腳分別接+15V和-15V電源，二號運算 放大器的同相輸入端與一個小電壓形成回路相連；二號運算放大器的輸出端連接方形波整 形回路。本實用新型中，所述的電壓跟隨器為一號運算放大器，二階阻容濾波回路與一號 運算放大器的反相輸入端3腳相連；一號運算放大器的8腳和4腳分別接+15V和-15V電 源，一號運算放大器的同相輸入端2腳和輸出端1腳相連，一號運算放大器的1腳與二號運 算放大器的反相輸入端3腳相連。本實用新型中，所述的方形波整形回路包括光電耦合器，二號運算放大器的輸出 端1腳接到光電耦合器的發(fā)光二極管負(fù)端2腳，光電耦合器的1腳通過五號電阻接到+15V 電源；光電耦合器的3腳接地，4腳通過六號電阻接到CPU供電電源正端，同時4腳接到CPU 的輸入捕捉管腳上。本實用新型中，所述的小電壓形成回路由四號電阻、二極管組成，二極管的負(fù)端接地，正端經(jīng)四號電阻連接到+15V電源上，同時二極管正端連接到二號運算放大器的同相輸 入端2腳上。本實用新型中，所述的二階阻容濾波回路包括一號電阻，一號電阻分別與一號電 容和二號電阻連接，二號電阻連接二號電容，一號電容、二號電容接地。本實用新型中，所述的三號電阻的電阻為1ΜΩ。本實用新型的工作原理二次PT 輸入的保護信號VA經(jīng)過二階阻容濾波，濾去高頻成分后，通過一個運放構(gòu)成的電壓跟隨電 路，進入到比較器中，與一個小電壓形成回路形成的約為0. 7V左右的小電壓比較，比較器 根據(jù)VA的輸入值和0. 7V的比較結(jié)果輸出+15V或者-15V，使與之相連的光耦截止或者導(dǎo) 通，進而引起光耦受光器正端電平的跳變，CPU的輸入捕獲管腳將可以捕獲到此電平的跳 變，從而得到輸入信號的過零點，根據(jù)兩次電平跳變的時間差即可計算到輸入信號的頻率 值。有益效果本實用新型將低頻交流信號的輸入量，經(jīng)過二階阻容濾波后，通過比較 器與設(shè)定的小電壓比較輸出不同的電平，然后驅(qū)動光耦生成方波信號，使得CPU能夠簡單 的得到輸入信號過零點，從而計算到輸入信號的頻率。二階阻容濾波回路可以濾去高頻干 擾，提高計算精度；設(shè)定的小電壓門檻可以有效的防止信號輸入回路空載時的過零干擾； 比較器和光耦的運用直接實現(xiàn)了交流信號到方波波形的轉(zhuǎn)換，可以很大程度的減少CPU的 計算負(fù)擔(dān)，光耦同時起到了很好的隔離作用，電路簡單實用?？傊镜皖l交流信號的頻率測量回路硬件開銷小、抗干擾能力強、簡單易行且精
度較高。

圖示為本實用新型的電路圖。
具體實施方式
圖示是本實用新型電路原理示意圖，
以下結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案做 進一步的具體說明。如圖所示，由一號電阻R1、一號電容Cl、二號電阻R2、二號電容C2組成的二階阻容 濾波回路并聯(lián)兩個反向串接的二極管Z1、Z2后，再并聯(lián)一個1ΜΩ的三號電阻R3，之后與一 號運算放大器UlA的反相輸入端3腳相連，一號運算放大器UlA的8腳和4腳分別接+15V 和-15V電源，一號運算放大器UlA的同相輸入端2腳和輸出端1腳相連，構(gòu)成一個電壓跟 隨器。一號運算放大器UlA的1腳與二號運算放大器U2A的反相輸入端3腳相連，二號 運算放大器U2A的同相輸入端2腳(即P2點)分別連接四號電阻R4和二極管D1。四號電 阻R4 —端接+15V，另一端接二極管Dl正端，二極管Dl負(fù)端接地。二號運算放大器U2A的輸出端1腳連接到光電耦合器OCl的發(fā)光二極管負(fù)端2腳， 光電耦合器OCl的發(fā)光二極管正端經(jīng)過五號電阻R5連接到+15V電源，光電耦合器OCl的 3腳接地，光電耦合器OCl的4腳通過六號電阻R6接到CPU供電電源正端VCC，同時4腳接 到CPU的輸入捕捉管腳HSIO上圖中，一號電阻R1、一號電容Cl、二號電阻R2、二號電容C2組成二階阻容濾波回路；一號運算放大器UlA為一個電壓跟隨器；四號電阻R4、二極管Dl組成小電壓形成回路； 二號運算放大器U2A為電壓比較器；二號運算放大器U2A和光電耦合器0C1、五號電阻R5、 六號電阻R6 —起組成了方形波整形回路。交流輸入信號VA經(jīng)過二階阻容濾波回路濾去其中的高頻成分后輸入到電壓跟隨 器，即一號運算放大器UlA的3腳，一號運算放大器UlA輸出信號進入到電壓比較器即二號 運算放大器U2A的反相輸入端3腳。二極管Dl負(fù)端接地，正端經(jīng)電阻四號R4上接到+15V 電源上后，在二極管Dl上(圖中的P3點)將形成小的門檻比較電壓大小約為0. 7V。小門檻 電壓接入到電壓比較器二號運算放大器U2A的同相輸入端2腳上。當(dāng)二號運算放大器U2A 上的反向輸入電壓小于0. 7V時候，二號運算放大器U2A的輸出端1腳將輸出+15V電壓到 光電耦合器OCl的1腳，光電耦合器OCl的發(fā)光二極管不通，光耦截止，光電耦合器OCl的 4腳將因為通過六號電阻R6上拉到VCC而輸出高電平；當(dāng)二號運算放大器U2A上的反向輸 入電壓大于0. 7V時候，二號運算放大器U2A的輸出端1腳將輸出-15V電壓到光電耦合器 OCl的1腳，光電耦合器OCl的發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電耦合器OCl的4腳將因為光耦導(dǎo)通接 地而輸出低電平。因此，輸入電壓VA通過與小電壓形成回路生成的門檻電壓的比較在CPU 的輸入捕捉輸入點(P4點)上得到了對應(yīng)的方波電壓，CPU根據(jù)方波的上升或者下降沿很 方便的計算到輸入信號的頻率值。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于它包括二階阻容濾波 回路，所述的二階阻容濾波回路并聯(lián)兩個反向串接的二極管，再與三號電阻并聯(lián)，并與電壓 跟隨器相連；電壓跟隨器的輸出端連接二號運算放大器的反相輸入端，二號運算放大器的 8腳和4腳分別接+15V和-15V電源，二號運算放大器的同相輸入端與一個小電壓形成回路 相連；二號運算放大器的輸出端連接方形波整形回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于所 述的電壓跟隨器為一號運算放大器，二階阻容濾波回路與一號運算放大器的反相輸入端3 腳相連；一號運算放大器的8腳和4腳分別接+15V和-15V電源，一號運算放大器的同相輸 入端2腳和輸出端1腳相連，一號運算放大器的1腳與二號運算放大器的反相輸入端3腳 相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于所 述的方形波整形回路包括光電耦合器，二號運算放大器的輸出端1腳接到光電耦合器的發(fā) 光二極管負(fù)端2腳，光電耦合器的1腳通過五號電阻接到+15V電源；光電耦合器的3腳接 地，4腳通過六號電阻接到CPU供電電源正端，同時4腳接到CPU的輸入捕捉管腳上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于所 述的小電壓形成回路由四號電阻、二極管組成，二極管的負(fù)端接地，正端經(jīng)四號電阻連接到 +15V電源上，同時二極管正端連接到二號運算放大器的同相輸入端2腳上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于所 述的二階阻容濾波回路包括一號電阻，一號電阻分別與一號電容和二號電阻連接，二號電 阻連接二號電容，一號電容、二號電容接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，其特征在于所 述的三號電阻的電阻為IM Ω。
專利摘要本實用新型公開了一種繼電保護裝置中的低頻交流信號測量模塊，它包括二階阻容濾波回路，所述的二階阻容濾波回路并聯(lián)兩個反向串接的二極管，再與三號電阻并聯(lián)，并與電壓跟隨器相連；電壓跟隨器的輸出端連接二號運算放大器的反相輸入端，二號運算放大器的8腳和4腳分別接+15V和-15V電源，二號運算放大器的同相輸入端與一個小電壓形成回路相連；二號運算放大器的輸出端連接方形波整形回路。本實用新型對低頻交流信號的頻率測量，回路硬件開銷小、抗干擾能力強、簡單易行且精度較高。
文檔編號G01R23/02GK201859177SQ20102055464
公開日2011年6月8日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者楊曉渝, 高明 申請人:南京安能電氣控制設(shè)備有限公司