专利名称：三相四线电路的电压、电流采样电路及电压、电流采样方法
技术领域：
本发明涉及一种电路及采样方法，更具体地说涉及一种三相四线电路的电压、电 流采样电路及电压、电流采样方法。
背景技术：
随着电力电子技术的日趋成熟，同时价格竞争越来越激烈，在不减少产品性能的 前提下，如何最大程度的减少成本成了各大厂商关注的焦点。现在很多厂商之所以成本越 来越高，首先是目前材料成本价格年年上涨。比如在中国市场上刚刚兴起的小功率有源电 力滤波器(APF)，主要是IOA以下的小电流，电压电流采样要求响应时间很短，精度也很高， 很多厂家采用的都是霍尔元件，而霍尔元件成本很高(70元左右)，一般情况下要用6个以 上，仅仅在这一项上成本就高达400元人民币以上，在没有更好的技术方法去实现这些功 能的前提下，只能被迫采用这种材料。现有技术中一般的采样方式如图1所示，市电一般都 是三相四线，电压等级为400V，电流不大于10A，电压、电流均采用霍尔传感器。例如选用茶 花电子的VSM025A霍尔传感器，要求在额定电压下，保持输入电流为10mA，所以将电压传感 器直接通过40K/10W的电阻串联到输入侧，然后并联到三相电压上，同时还要给霍尔传感 器提供士 15V电源，输出为电流信号，并接一个电阻60欧姆拉到地上，这样电流信号就变 成采样电压信号Va、Vb、Vc，采样电压信号的大小就随着市电电压的大小而线性变化，线性 度能达到0. 2%，响应时间不大于1US。同样，电流传感器的接法更简单，选择茶花电子的 CSM050LA，通常它有一个环，把要测的三相电流线路穿过这个环，在电流有效值为IOA的情 况下，输出电流为50mA，只要并联一个60欧的电阻拉到地上既可。三相采样信号Ia、Ib、Ic 随着输入电流的变化而线性变化，线性度为0. 2%，响应时间不大于luS。这种方法目前虽 然采用较多，但是成本昂贵，针对小功率APF是一种能源浪费，需要开发一种新型的电压电 流采样电路及采样方法，在不失性能的前提下，降低其成本，并能进一步提高其可靠性。
发明内容
本发明很好的解决了上述现有技术中存在的不足问题，提供了一种三相四线电路 的电压采样电路及电压采样方法，该电路和方法简单方便成本低。另外本发明还提供三相四线电路的电流采样电路及电流采样方法，该电路和方法 简单方便成本低，同时可靠性高。本发明的技术方案如下本发明的采样电路和方法中，电压信号的采样纯粹是用电压分压的方式来完成，由于采用了多个电阻串联的方法，能把热量分散，这里的电阻都是正温度系数，所以采样的 信号不会随着电阻温度的变化而变化。电流采样信号，因为电流和串联在线路上的电阻电 压成正比，所以就以电流线路上电阻电压的变化为出发点，通过与电压采样一样的方法得 到采样信号，用这个采样信号与上面的电压信号进行减法计算，得到的电压信号就是我们 所要的采样信号，这个采样信号与输入电流的大小成正比例关系，用它来表示三相电流将是非常准确，可靠性非常高。本发明的三相四线电路的电压采样电路，是将η个同型号的电阻串联后一端并接到A相，另一端接到N线上，用η个同型号的串联电阻分别并联到B相和C相上，另一端接 到N线上，其中η为整数且20 < η < 100 ；使用方便，成本低廉，同时可靠性也比较高，另外 为了便于计算，本发明电路中η优选为25。本发明上述的三相四线电路的电压采样电路的电压采样方法，主要包括以下步 骤以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va ；以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb ；以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc ；根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc。本发明的电压采样方法中，如果三相电压分别为A、B、C，电压采样电路中η个电阻 的阻值均为mK，所述的采样电压信号如下Va = A*mK/ (n*mK) = Α/ηVb = B*mK/(n*mK) = Β/ηVc = OKmK/(η 氺 mK) = C/ru本发明的电压采样方法中，优选η = 25，m = 4K，其中所述的样电压信号如下Va = A*4K/(25*4K) = A*4/100 = 0. 025AVb = B*4K/(25*4K) = B*4/100 = 0. 025BVc = C*4K/(25*4K) = C*4/100 = 0. 025C,由公式也可以看出使用非常简单方便清晰。 本发明的三相四线电路的电流采样电路，其包括上述的电压采样电路，然后在三 相电压采样信号点下端各串接r欧的电阻，再按照电压采样电路，分别把η个同型号的电阻 串联后，分别并接到Α、B、C三相线上r欧电阻的下端，另一端一起连接到N线上，再在靠近 N线的电阻上端各连接一个LM124四运算精密运算放大器；使用方便，成本低廉，同时可靠 性也比较高，另外为了便于计算，本发明电路中所述的η优选为25，r优选0. 1欧々Off。本发明的上述三相四线电路的电流采样电路的电流采样方法，主要包括以下步 骤以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va ；以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb ；以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc ；根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc ；以A相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ia ；以B相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ib ；以C相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ic。本发明的上述电流采样方法中
三相电压分别为A、B、C，电压采样电路中η个电阻的阻值均为mK，所述的采样电压 信号如下Va = A*mK/ (n*mK) = Α/ηVb = B*mK/ (n*mK) = B/nVc = C*mK/ (n*mK) = C/n ；其中如果三相电流为IA、IB、IC，电压被r欧电阻分压后，三相电压分别为A1、A2 和A3，则所述的电阻分压后三相电压Al = A_r*IABl = B_r*IBCl = C_r*IC电流采样电路中靠近N线的电阻的电压分别为A2、B2、C2，则其值分别为A2 = Al*mK/(n*mK) = Al/nB2 = Bl*mK/ (n*mK) = Bl/nC2 = Cl*mK/(n*mK) = Cl/n根据放大器接成模拟减法器的形式，所述的三相电流采样信号la、lb、Ic分别如 下Ia = Va-A2 = Va-Al/n = A/n_ (A_r 氺 ΙΑ)/n = rIA/nIb = Vb-B2 = Vb-Bl/n = B/n_ (B_r*IB)/n = rIB/nIc = Vc-C2 = Vc-Cl/n = C/n-(C_0. l*IA)/n = rIC/n。本发明的上述电流采样方法，其所述的η优选25，m优选4K，r优选0. 1欧，所述 的Va = A*4K/(25*4K) = A*4/100 = 0. 025AVb = B*4K/(25*4K) = B*4/100 = 0. 025BVc = C*4K/(25*4K) = C*4/100 = 0. 025CAl = A-0. 1*IABl = B-0. 1*IBCl = C-0. 1*ICA2 = A1*4K/(25*4K) = Al*4/100 = 0. 025A1B2 = B1*4K/(25*4K) = Bl*4/100 = 0. 025B1C2 = C1*4K/(25*4K) = Cl*4/100 = 0. 025C1Ia = Va-A2 = Va-A1*4/100 = A*4/100_(A_0. 1*IA)*4/100 = 0. 1*IA*4/100 = 0. 0025IAIb = Vb-B2 = Vb_Bl*4/100 = B*4/100_(B_0. 1*IB)*4/100 = 0. 1*IB*4/100 = 0.0025IBIc = Vc-C2 = Vc-Cl*4/100 = 04/100-(C_0. 1*IA)*4/100 = 0. 1*IC*4/100 = 0. 0025IC,由公式也可以看出使用非常简单方便清晰。与现有技术相比本发明具有以下有益效果本发明的采样电路和采样方法都非常简单方便，成本低，由于选用同一个厂家的同系列同型号多个电阻串联，因为电阻的温度系数基本一致，随着温度的上升或下降，电阻的比值保持不变，所以采样的分压信号也不会随着温度变化而变化，非�？煽浚徽庵旨觳夥� 法的优点不仅结构简单，精度和稳定性高，线性度不小于0.2%，响应时间在也不大于1US， 而且成本相当低，对于IOA以下的小功率APF有着广阔的前景。
图1为一般现有技术的电压、电流采样电路结构示意2为本发明的电压、电流采样电路结构示意图
具体实施例方式下面结合附图对本发明技术内容作说明如图2所示，本发明的三相四线电路的电压采样电路，是将25个同型号的电阻串 联后一端并接到A相，另一端接到N线上，用25个同型号的电阻串联后分别并联到B相和 C相上，另一端接到N线上，电阻的大小均为4K。电压采样方法如下以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va ；以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb ；以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc ；根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc。所述的样电压信号如下Va = A*4K/(25*4K) = A*4/100 = 0. 025AVb = B*4K/(25*4K) = B*4/100 = 0. 025BVc = C*4K/(25*4K) = C*4/100 = 0. 025C,由公式也可以看出使用非常简单方便清晰。本发明的三相四线电路的电流采样电路，其包括上述的电压采样电路，然后在三 相电压采样信号点下端各串接0. 1欧/20W的电阻，再按照电压采样电路，分别把25个同型 号的电阻串联后一端并接到A、B、C三相线上0. 1欧电阻的下端，另一端一起连接到N线上， 电阻的大小均为4K，再在靠近N线的电阻上端各连接一个LM124四运算精密运算放大器。本发明的上述三相四线电路的电流采样电路的电流采样方法，主要包括以下步 骤以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va ；以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb ；以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc ；根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc ；以A相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ia ；以B相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ib ；以C相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到 电流信号Ic。
本发明的上述电流采样方法中三相电压分别为A、B、C，则Va = A*4K/(25*4K) = A*4/100 = 0. 025AVb = B*4K/(25*4K) = B*4/100 = 0. 025BVc = C*4K/(25*4K) = C*4/100 = 0. 025C在三相电压采样信号下端串接0. 1欧AOW的电阻，三相电流为IA、IB、IC，市电电 压被电阻分压后，三相电压分别为Al = A-0. 1*IABl = Β-0· 1*IBCl = C-0. 1*IC靠近N线的电阻电压，分别为A2、B2、C2，其值分别为A2 = A1*4K/(25*4K) = Al*4/100 = 0. 025A1B2 = B1*4K/(25*4K) = Bl*4/100 = 0. 025B1C2 = C1*4K/(25*4K) = Cl*4/100 = 0. 025C1将放大器接成模拟减法器的形式，如图2所示，表示很清楚，用上面计算的三相采 样电压信号Va、Vb、Vc分别与A2、B2、C2作减法运算，很容易得到三相电流采样信号Ia、Ib、 Ic Ia = Va-A2 = Va-A1*4/100 = Α*4/100_(Α_0· 1*ΙΑ)*4/100 = 0. 1*ΙΑ*4/100 = 0. 0025ΙΑIb = Vb-B2 = Vb_Bl*4/100 = Β*4/100_(Β_0· 1*ΙΒ)*4/100 = 0. 1*ΙΒ*4/100 = 0.0025ΙΒIc = Vc-C2 = Vc-Cl*4/100 = 04/100-(C-0. 1*ΙΑ)*4/100 = 0. 1*IC*4/100 = 0.0025IC上式显示，经过分压和减法器的采样后，采样电流信号为一个常数乘以实际电流。 电压信号比较弱，后续可以经过放大器放大得到自己满意的一个电压范围。本实例的精度和稳定性非常高，线性度不小于0.2%，响应时间在也不大于1US， 而且成本相当低，对于IOA以下的小功率APF有着广阔的前景。
权利要求
一种三相四线电路的电压采样电路，其特征在于将n个同型号的电阻串联后一端并接到A相，另一端接到N线上，用n个同型号串联的电阻分别并联到B相和C相上，另一端接到N线上，其中n为整数且20≤n≤100。
2.根据权利要求1所述的三相四线电路的电压采样电路，其特征在于所述的η= 25。
3.—种如权利要求1所述的三相四线电路的电压采样电路的电压采样方法，其特征在 于包括以下步骤以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va ； 以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb; 以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc; 根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc。
4.根据权利要求3所述的电压采样方法，其特征在于，其中三相电压分别为A、B、C，电压采样电路中η个电阻的电阻均为mK，所述的采样电压 信号如下<formula>formula see original document page 2</formula>
5.根据权利要求3所述的电压采样方法，其特征在于所述的η= 25,m = 4K，其中所述 的样电压信号如下<formula>formula see original document page 2</formula>
6.一种三相四线电路的电流采样电路，其特征在于它包括权利要求1的电压采样电 路，然后在三相电压采样信号点下端各串接r欧的电阻，再按照电压采样电路，分别把η个 同型号的电阻串联后一端并接到Α、B、C三相线上r欧电阻的下端，另一端一起连接到N线 上，再在靠近N线的电阻上端各连接一个LM124四运算精密运算放大器。
7.根据权利要求6所述的三相四线电路的电流采样电路，其特征在于所述的η= 25， r = 0. 1 欧。
8.—种如权利要求6三相四线电路的电流采样电路的电流采样方法，其特征在于包括 以下步骤以A相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Va; 以B相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vb ； 以C相上的接点为参考点，在靠近N线的电阻上进行电压采样，得到电压信号Vc ； 根据串联同型号电阻的个数和电压，计算得出采样电压信号Va、Vb和Vc ； 以A相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到电流 信号Ia ；以B相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到电流 信号Ib ；以C相上的接点为参考点，在LM124四运算精密运算放大器上进行电流采样，得到电流 信号Ic。
9.根据权利要求8所述的电流采样方法，其特征在于，其中三相电压分别为A、B、C，电压采样电路中η个电阻的阻值均为mK，所述的采样电压 信号如下<formula>formula see original document page 3</formula>其中如果三相电流为ΙΑ、IB、IC,电压被r欧电阻分压后，三相电压分别为Al、A2和 A3，则所述的电阻分压三相电压 Al = A-r*IA Bl = B-r*IB Cl = C-r*IC 电流采样电路中靠近N线的电阻的电压分别为A2、B2、C2，则其值分别为 A2 = Al*mK/(n*mK) = Al/n B2 = Bl*mK/ (n*mK) = Bl/n C2 = Cl*mK/(n*mK) = Cl/n根据放大器接成模拟减法器的形式，所述的三相电流采样信号la、lb、Ic分别如下 Ia = Va-A2 = Va-Al/n = A/n_ (A_r*IA)/n = rIA/n Ib = Vb-B2 = Vb-B 1/n = B/n_ (B_r*IB)/n = rIB/n Ic = Vc-C2 = Vc-Cl/n = C/n- (C-0. l*IA)/n = rIC/n。
10.根据权利要求9所述的电流采样方法，其特征在于所述的η= 25,m = 4K,r = 0. 1 欧，所述的Va = A*4K/(25*4K) = A*4/100 = 0. 025A Vb = B*4K/(25*4K) = B*4/100 = 0. 025B Vc = C*4K/(25*4K) = C*4/100 = 0. 025C Al = A-0. 1*IA Bl = B-0. 1*IB Cl = C-0. 1*ICA2 = A1*4K/(25*4K) = Al*4/100 = 0. 025A1 B2 = B1*4K/(25*4K) = Bl*4/100 = 0. 025B1 C2 = C1*4K/(25*4K) = Cl*4/100 = 0. 025C1Ia = Va-A2 = Va-A1*4/100 = A*4/100_(A_0. 1*IA)*4/100 = 0. 1*IA*4/100 = 0.0025IAIb = Vb-B2 = Vb-Bl*4/100 = B*4/100_(B_0. 1*IB)*4/100 = 0.1*IB*4/100 = 0.0025IBIc = Vc-C2 = Vc-Cl*4/100 = 04/100-(C_0. 1*IA) *4/100 = 0.1*IC*4/100 = 0.0025IC。
全文摘要
本发明公开了了一种三相四线电路的电压、电流采样电路及电压、电流采样方法，该电路和方法简单方便成本低，同时精度高，响应时间短，线性度好。本发明的采样电路和方法中，电压信号的采样纯粹是用电压分压的方式来完成，由于采用了多个电阻串联的方法，能把热量分散，这里的电阻都是正温度系数，所以采样的信号不会随着电阻温度的变化而变化。本发明的三相四线电路的电压采样电路，是将n个同型号的电阻串联后一端并接到A相，另一端接到N线上，用n个同型号的电阻分别并联到B相和C相上，另一端接到N线上，其中n为整数且20≤n≤100。
文档编号G01R15/08GK101819223SQ20101011634
公开日2010年9月1日 申请日期2010年3月2日 优先权日2010年3月2日
发明者石泉 申请人:南京亚派科技实业有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
