變送器原理培訓(xùn)資料

1、電量變送器基本原理 電量變送器是一種將被測電量 ( 交流電壓、電流、有功功率、無功功率、有功電能、無 功電能、頻率、相位、功率因數(shù)、直流電壓、電流等 ) 轉(zhuǎn)換成按線性比例直流電流或電壓輸 出( 電能脈沖輸出 ) 的測量儀表。它廣泛應(yīng)用于電力、石 油、煤炭、冶金、鐵道、市政等部門的電氣測量、自動控制以及調(diào)度系統(tǒng)。 一、基本測量電路 電量變送器的基本測量電路一般由以下幾個部分組成： 輸入 1. 信號輸入隔離 由于我們需要測量的電量一般都為高電壓 (57.7-380V) 和大電流 (1A-10A) ，如果不對它 們進行隔離和把幅度減小， 將對人身安全和設(shè)備造成嚴(yán)重威脅， 信號輸入隔離一般采用電壓 互

2、感器 (PT) 和電流互感器 (CT) ，對這一部分的基本要求為： a. 信號隔離的耐壓絕緣性能要好，耐壓應(yīng) 2kV。 b. 線性要好，由于 PT、CT都采用鐵磁材料加工而成，它們的線性不好， 在以后的電路中是很難補償?shù)?，因此，一定要選用優(yōu)質(zhì)材料和先進工藝 制造的高線性度 PT、CT，才能保證變送器測量的線性度。 c. PT 、 CT的輸出負載要小，由于變送器使用的PT、CT的鐵芯截面受體積 限制都比較小，因此隨著輸出負載的增大，其非線性將急劇增加，一般 PT 的輸出電流應(yīng) 1mA，CT的輸出電流應(yīng) 10mA(一般為 5mA左右 )，取樣 電阻應(yīng) 200 。 2. 電量轉(zhuǎn)換電路 這部分是電量變

3、送器的核心，通過它把不同的被測電量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出電量，相應(yīng) 于不同的被測電量而采用不同的轉(zhuǎn)換電路。具體電路將在后面再詳細介紹。 3. 輸出電路 這部分電路的作用是輸出變送器需要輸出的電量，它的基本要求是： a. 具有一定的帶負載能力； b. 恒定輸出。即在一定的負載范圍內(nèi)，其輸出值不受負載變化的影響，即 在電壓輸出時，應(yīng)為恒壓輸出，電流輸出時應(yīng)為恒流輸出。 輸出的一般電路如下： 電壓輸出 電流輸出 圖中 N 為運算放大器， V為晶體三極管，擴大運算放大器的輸出電流。 有的變送器有可能該電路和電量轉(zhuǎn)換電路合并在一起。 二、交流電壓、電流變送器 交流電流、 電壓變送器除了輸入隔離部分有差別外，

4、其他電路基本一樣， 輸入隔離部分 的電路如下： 電壓變送器 電流變送器 二者之間的差別為電壓變送器采用PT，其二次輸出電壓可直接輸入下一級轉(zhuǎn)換電 路，而電流變送器是采用 CT，其二次輸出電流先經(jīng) R 變換為電壓后再輸入下一級轉(zhuǎn)換電路， 其好處為只要選擇合適的二次電流值和R，后面的電路可和電壓變送器完全一致。 電壓、電流變送器的測量目前大都采用平均值轉(zhuǎn)換，其基本電路如下： 這實際上是一個精密全波整流電路，它的特點是線路簡單和線性度好，但缺點是波形 失真度對它的影響較大。這在某些波形失真較大的電路中（如負載為可控硅等） ，和采用真 有效值變換的測量儀器比對時，有可能產(chǎn)生一定的誤差，這在現(xiàn)場在線校驗

5、這類變送器時， 如果標(biāo)準(zhǔn)表是真有效值變換的其誤差就有可能和實驗室測試的結(jié)果不一致， 因此對該類變送 器的校準(zhǔn)，應(yīng)在波形失真度 0.2%的電源上進行。 三、有功功率變送器 1. 單相有功功率變送器 這類變送器雖然應(yīng)用較少，但是它是三相有功 / 無功功率變送器的基礎(chǔ)，因此先介紹它 的基本原理，它的基本電路如下： 電路中， PT、CT和電壓電流變送器一樣， 作為輸入隔離， PT 的二次電壓和 CT的二次電 流經(jīng)變換成電壓后都輸入至乘法器，使乘法器輸出的直流電壓 Up=Uu Uicos 式中： Up - 乘法器輸出電壓 Un - PT二次電壓 Ui - CT二次電流經(jīng) R 變換后的電壓 - Uu 和

6、Ui 的夾角 就達到了功率變換為直流電壓的目的， 目前， 功率變送器中大都采用的是時分割乘法器。 這 類乘法器的特點是：測量頻率較低 （一般 1kHz） ，但是其線性度相當(dāng)好，最高可達到0.01% 以上， 這對于電網(wǎng)電量的測量是相當(dāng)合適的。 實際上，高標(biāo)準(zhǔn)的功率、 電能標(biāo)準(zhǔn)器也大都采 用了這類乘法器，電路中的相位補償電路就是對變送器功率因數(shù)影響的補償，一般都用 RC 元件加在電壓回路中。 2. 三相有功功率變送器 三相有功功率變送器又可分為三相三線 （ 三相二元件 ）和三相四線 （三相三元件 ） 二類。其 測量原理是相同的，僅是其接線方式不同。 三相有功功率變送器實際上是把二個（二元件 ）或三

7、個 （三元件 ）單相功率變送器的輸出 電壓相加，從而得到三相功率變送器，其基本電路如下： 四、無功功率變送器 無功功率的測量，根據(jù)接線方式的不同，一般可分跨相法和90移相法兩種。 1. 跨相 90無功功率測量 跨相 90無功功率的測量，其基本原理和有功功率測量相同，僅是改變了電壓的輸入 方式，電路如下： 乘法器的輸出電壓 Uout=kUbcIacos 式中 k 為比例系數(shù)，可由電路設(shè)定。 因 Ubc 滯后于 Ua 90 , 因此公式可變換為 Uout=k 3 UaIacos(90 - )= k 3 UaIasin 即 Up正比于 A 相的無功功率，由于跨相法的輸入線電壓幅值為相電壓的 3 倍，

8、因此在變 送器內(nèi)部可調(diào)整電路參數(shù)， 使比例系數(shù) k調(diào)整為有功功率測量系數(shù) k 值的 1/ 3，則仍可保 證原有轉(zhuǎn)換比例系數(shù)不變， 如果用有功功率變送器改變外接線的方法來測量無功功率， 則必 須引入相應(yīng)的接線系數(shù)，這在相應(yīng)的檢定規(guī)程中已有規(guī)定。 2. 移相 90無功功率測量 移相 90無功功率測量又稱正弦法無功功率測量，其基本電路如下： 乘法器輸出電壓 Uout=kUaIacos(90 - )= kUaIasin 90 移相電 路一般采用 RC 元件，使移相電 路的輸 出電壓 滯后于 輸入電 壓 90。 3. 二種功率測量電路的比較 跨相 90無功功率測量，由于輸入的電壓、電流不為同一相，因此，

9、三相電壓的不對 稱的影響量較大。 移相 90無功功率測量的電壓回路由于采用了RC元件，因此輸入頻率的影響量較大。 二種測量電路的特點見下表 跨相 90 移相 90 三相不對稱影響 大 很小 頻率影響 小 大 單相測量 不能 能 目前，國內(nèi)的無功功率測量仍大部分采用跨相90無功功率變送器。由于無功功率測 量的特點，在校準(zhǔn)和檢測時應(yīng)注意以下幾點，以免帶來較大的附加誤差： a. 被測變送器和標(biāo)準(zhǔn)表應(yīng)為采用同一種測量方式。 b. 如確實保證被測變送器和標(biāo)準(zhǔn)表測量方式一致， 則應(yīng)把測試電源的三相對稱度盡可能調(diào)至 接近完全對稱。 五、電路結(jié)構(gòu) 電量變送器的電路結(jié)構(gòu)一般可分為分立元件 （ 第一代，如早期的

10、FS系列變送器 ）、小規(guī) 模集成電路 （ 第二代，如改進后的 FS系列變送器 ）、ASIC電路（第三代，如 FP、GP系列變送 器） 。其中分立元件的變送器由于穩(wěn)定性、 可靠性差已逐步淘汰， 目前大量使用的為第二代、 第三代電路。由于 ASIC電路 （第三代 ）具有與前二代電路無可比擬的優(yōu)點，得到越來越廣泛 的應(yīng)用，在這里作一簡單介紹。 ASIC 是“特制集成電路”的英文縮寫，它是八十年代末迅速發(fā)展起來的一項高技術(shù)產(chǎn) 品。從設(shè)計思想、研制手段，直到測試方法，使與傳統(tǒng)的通用集成電路有質(zhì)的區(qū)別，是將超 大規(guī)模集成電路 （VLSI） 的工藝技術(shù)、 計算機輔助設(shè)計 （CAD）、自動測試技術(shù) （ATE） 三者