本實用新型涉及測量儀器領(lǐng)域，特別是涉及一種單相變壓器實驗輸出交流電壓、交流電流和電功率的測量裝置。

背景技術(shù)：

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級線圈、次級線圈和鐵芯，主要功能有電壓變換、電流變換、阻抗變換、隔離和穩(wěn)壓等。變壓器分類方式有冷卻方式不同、防潮方式不同、鐵芯或線圈結(jié)構(gòu)不同、電源相數(shù)不同和用途不同等。其中按相數(shù)不同可分為單相變壓器、三相變壓器和多相變壓器。

在分布著各式各樣電氣裝備的時代，人類每時每刻都在使用電能給生活、工作等帶來的高效和便捷。大到工廠用三相電380V，小到電工電子芯片供電5V其電能源頭都來自發(fā)電廠電能經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)換至標(biāo)準(zhǔn)電，繼而供人們使用。所以在各高校、研究所實驗室中對變壓器各方面的研究也很廣泛，而工作人員對變壓器的研究學(xué)習(xí)初期大部分會先采用小型的單相變壓器為試驗對象，進(jìn)行相關(guān)實驗。但是此類變壓器實驗屬于220V市電甚至更高的強(qiáng)電實驗，需要對變壓器各輸出電參量進(jìn)行監(jiān)測，以防出現(xiàn)輸出電壓過載、電流過載、功率過載等實驗事故。一般情況下，實驗需配備萬用表、鉗形表、功率因素表等進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，但是此類儀表沒有數(shù)據(jù)記錄功能、報警功能，且價格相當(dāng)高，所以設(shè)計一種單相變壓器實驗輸出電參量測量裝置是很有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本實用新型的主要目的在于提供一種單相變壓器實驗輸出交流電壓、交流電流和電功率測量裝置，用于解決實驗用單相變壓器輸出電參量測量困難，成本代價高的問題，本測量電路具備數(shù)據(jù)測量、數(shù)據(jù)記錄和報警功能，相對于配置萬用表等測量儀器其成本低，裝置組成簡單。

本實用新型提供一種單相變壓器實驗輸出電參量測量裝置，其包括交流電壓采集模塊、交流電流采集模塊、功率計量模塊和微處理器模塊，變壓器經(jīng)采樣電阻R并聯(lián)電壓互感器PT，電壓互感器PT的輸出端與交流電壓采集模塊連接，交流電壓采集模塊通過導(dǎo)線與微處理器模塊AD采樣通道相連；同時，變壓器輸出端火線L從電流互感器CT通孔中穿過，電流互感器CT通過耦合將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號與交流電流采集模塊相連，交流電流采集模塊通過導(dǎo)線與微處理器模塊AD采樣通道相連；從電流互感器CT通孔中穿過的火線L通過第一通孔銅片與負(fù)載以及功率計量模塊連接，從變壓器接出的零線N通過第二通孔銅片與負(fù)載以及功率計量模塊連接，將負(fù)載兩端的電壓和流入負(fù)載的電流導(dǎo)入功率計量模塊，經(jīng)功率計算后產(chǎn)生脈沖信號傳輸至微處理器模塊I/O通道，微處理器模塊具有數(shù)據(jù)記錄、顯示和報警功能；所述的功率計量模塊通過導(dǎo)線與微處理器模塊的I/O通道連接；所述的交流電流采集模塊包括電流轉(zhuǎn)換電路、反向比例放大電路和同相加法電路；所述的交流電壓采集模塊包括電壓轉(zhuǎn)換電路、反向比例放大電路和同相加法電路。

所述電壓互感器PT經(jīng)采樣電阻R并聯(lián)在變壓器輸出端，變壓器輸出交流電壓經(jīng)電壓互感器PT耦合后傳至交流電壓采集模塊，在交流電壓采集模塊中電壓轉(zhuǎn)換電路將處理完的電壓信號后傳輸至反向比例放大電路，反向比例放大電路將交流電壓壓縮至一定的電壓范圍，再與同相加法電路連接，將電壓抬高至微處理器的AD采樣范圍，最后與微處理器模塊的AD采樣通道相連。

所述電流互感器CT將變壓器輸出火線L電流轉(zhuǎn)換成電壓信號后，將信號傳輸至交流電流采集模塊中，在交流電流采集模塊中電壓轉(zhuǎn)換電路將處理完的電壓信號后傳輸至反向比例放大電路，反向比例放大電路將交流電壓壓縮至一定的電壓范圍，再與同相加法電路連接，將電壓抬高至微處理器的AD采樣范圍，最后與微處理器模塊的AD采樣通道相連。

所述功率計量模塊輸出的脈沖信號經(jīng)微處理器模塊信號處理后，可轉(zhuǎn)換為變壓器輸出至負(fù)載的有功功率瞬時值。

本實用新型的有益效果是：1）在研究小型單相變壓器實驗中，本電路可實時測量變壓器輸出電參量，包括交流電壓輸出、交流電流輸出和有功功率瞬時值，防止變壓器過載等實驗事故發(fā)生。2）此測量電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，較萬用表、鉗形表等測量儀器優(yōu)勢明顯。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型交流電壓采集模塊的電路圖；

圖3是本實用新型交流電流采集模塊的電路圖；

圖4是本實用新型功率計量模塊的電路圖；

圖5是本實用新型微處理器以及各芯片供電電源的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進(jìn)一步的描述。

本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，變壓器經(jīng)采樣電阻R并聯(lián)電壓互感器PT的輸入端，電壓互感器PT的輸出管腳與交流電壓采集模塊相連，交流電壓采集模塊通過導(dǎo)線與微處理器模塊AD采樣通道相連；同時變壓器輸出端火線L從電流互感器CT通孔中穿過，電流互感器CT通過耦合將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號與交流電流采集模塊相連，交流電流采集模塊通過導(dǎo)線與微處理器模塊AD采樣通道相連；從電流互感器CT通孔中穿過的火線L與第一通孔銅片的輸入孔連接，從變壓器接出的零線N與第二通孔銅片的輸入孔連接，第一通孔銅片和第二通孔銅片的輸出孔連接負(fù)載，再通孔銅片將負(fù)載電壓和電流導(dǎo)入功率計量模塊，同時起到為負(fù)載傳輸電能的作用，功率計量模塊經(jīng)功率計算后產(chǎn)生脈沖信號傳輸至微處理器模塊I/O通道。微處理器模塊綜合交流電壓、交流電流和功率，作出實時報警、顯示和記錄。

交流電壓采集模塊的電路圖如附圖2所示，其包括：

采樣電阻R，其一端連接變壓器的輸出火線L，另一端與排陣插槽P1上端引腳相連，排陣插槽P1的下端引腳與變壓器的輸出零線N相連；

排陣插槽P2的上端引腳與U1運(yùn)算放大芯片OP07的2腳(輸入負(fù)端，以下均是)連接，排陣插槽P2的下端引腳接U1運(yùn)算放大芯片OP07的3腳(輸入正端，以下均是)，用以將電壓互感器PT輸出接入交流電壓采集模塊；

電壓互感器PT的2個輸入腳插入排陣插槽P1，電壓互感器PT的2個輸出腳插入排陣插槽P2；

二極管Z1負(fù)端與U1運(yùn)算放大芯片OP07的2腳相連，二極管Z1正端與U1運(yùn)算放大芯片OP07的3腳相連，二極管Z2負(fù)端與U1運(yùn)算放大芯片OP07的2腳相連，二極管Z2正端與U1運(yùn)算放大芯片OP07的3腳相連，同時U1運(yùn)算放大芯片OP07的3腳接地，兩者構(gòu)成運(yùn)算放大器輸入限流作用；

U1運(yùn)算放大芯片OP07起初級放大功能，將電壓互感器輸出電壓粗調(diào)至某電壓區(qū)間；

電阻R1其一端連接U1運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端連接U1運(yùn)算放大芯片OP07的6腳(運(yùn)算放大輸出端，以下均是)，其作用為負(fù)反饋，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

電容C1一端連接U1運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端連接電阻R2，電阻R2一端連接電容C1，另一端連接U1運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，兩者構(gòu)成輸入信號相位補(bǔ)償功能，電容C1的一般容值選擇0.01ｕF~0.033ｕF，電阻R2一般選擇200K~300K；

U1運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U1運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U1運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

U2運(yùn)算放大芯片OP07起反向比例放大作用，將U1芯片輸出的交流電壓壓縮至一定比例區(qū)域內(nèi)，供后期信號處理；

電阻R3一端接U1運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，另一端接U2運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，其傳遞信號作用；

電阻R4一端接U2運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，另一端接地，其為平衡電阻，阻值一般選取R4=R3//R5；

電阻R5一端接U2運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接U2運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，其負(fù)反饋?zhàn)饔?，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

U2運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U2運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U2運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

U3運(yùn)算放大芯片OP07起同相加法器作用，將U2芯片輸出交流電壓抬高，符合微處理器AD轉(zhuǎn)換口要求；

電阻R6其一端連接U2運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，另一端接U3運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，起信號輸入功能；

電阻R7其一端連接U3運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，另一端接電阻R10，電阻R10一端連接電阻R7，另一端接VCC(+12V)，滑阻RL1一端連接電阻R7，另一端接地，這三者構(gòu)成穩(wěn)定直流電壓輸入，作U3加法器的加數(shù)信號輸入；

電阻R8其一端連接U3運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接地，其平衡作用，阻值一般選取R8=R6//R7//R9；

電阻R9一端接U3運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接U3運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，其負(fù)反饋?zhàn)饔?，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

U3運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U3運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U3運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

最后將U3運(yùn)算放大芯片OP07的6腳作為整形電壓輸出口Out1，連接至微處理器的AD轉(zhuǎn)換通道。

交流電流采集模塊的電路圖如附圖3，其包括：

排陣插槽P3的上端引腳與U4運(yùn)算放大芯片OP07的2腳(輸入負(fù)端，以下均是)連接，排陣插槽P3的下端引腳接U4運(yùn)算放大芯片OP07的3腳(輸入正端，以下均是)，用以將電流互感器CT輸出接入交流電流采集模塊；

電流互感器CT的2個輸出腳插入排陣插槽P3；

二極管Z3負(fù)端與U4運(yùn)算放大芯片OP07的2腳相連，二極管Z3正端與U4運(yùn)算放大芯片OP07的3腳相連，二極管Z4負(fù)端與U4運(yùn)算放大芯片OP07的2腳相連，二極管Z4正端與U4運(yùn)算放大芯片OP07的3腳相連，同時U4運(yùn)算放大芯片OP07的3腳接地，兩者構(gòu)成運(yùn)算放大器輸入限流作用；

U4運(yùn)算放大芯片OP07起初級放大功能，將電壓互感器輸出電壓粗調(diào)至某電壓區(qū)間；

電阻R11其一端連接U4運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端連接U4運(yùn)算放大芯片OP07的6腳(運(yùn)算放大輸出端，以下均是)，其作用為負(fù)反饋，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

電容C2一端連接U4運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端連接電阻R12，電阻R12一端連接電容C2，另一端連接U4運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，兩者構(gòu)成輸入信號相位補(bǔ)償功能，電容C2的一般容值選擇0.01ｕF~0.033ｕF，電阻R12一般選擇200K~300K；

U4運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U4運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U4運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

U5運(yùn)算放大芯片OP07起反向比例放大作用，將U5芯片輸出的交流電壓壓縮至一定比例區(qū)域內(nèi)，供后期信號處理；

電阻R13一端接U4運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，另一端接U5運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，其傳遞信號作用；

電阻R14一端接U5運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，另一端接地，其為平衡電阻，阻值一般選取R14=R13//R15；

電阻R15一端接U5運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接U5運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，其負(fù)反饋?zhàn)饔?，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

U5運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U5運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U5運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

U6運(yùn)算放大芯片OP07起同相加法器作用，將U6芯片輸出交流電壓抬高，符合微處理器AD轉(zhuǎn)換口要求；

電阻R16其一端連接U5運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，另一端接U6運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，起信號輸入功能；

電阻R18其一端連接U6運(yùn)算放大芯片OP07的3腳，另一端接電阻R19，電阻R19一端連接電阻R18，另一端接VCC(+12V)，滑阻RL2一端連接電阻R18，另一端接地，這三者構(gòu)成穩(wěn)定直流電壓輸入，作U6加法器的加數(shù)信號輸入；

電阻R17其一端連接U6運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接地，其平衡作用，阻值一般選取R17=R16//R18//R20；

電阻R20一端接U6運(yùn)算放大芯片OP07的2腳，另一端接U6運(yùn)算放大芯片OP07的6腳，其負(fù)反饋?zhàn)饔?，其阻值選取要根據(jù)實際運(yùn)放要求；

U6運(yùn)算放大芯片OP07的4腳接VEE(-12V)，U6運(yùn)算放大芯片OP07的7腳接VCC(+12V)，U6運(yùn)算放大芯片OP07的1腳、5腳和8腳懸空；

最后將U6運(yùn)算放大芯片OP07的6腳作為整形電壓輸出口Out2，連接至微處理器的AD轉(zhuǎn)換通道。

功率計量模塊的電路圖如附圖4，其包括：

電阻R1，其一端與零線N相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的5腳V1P相連；

電容C1，其一端接地，另一端與電阻R1相連，其濾波作用；

電阻R2，其一端與零線N相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的6腳V1N相連；

電容C2，其一端接地，另一端與電阻R2相連，其濾波作用；

電阻R3，其一端與零線N相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的8腳V2P相連；

電容C3，其一端接地，另一端與電阻R3相連，其濾波作用；

電阻R4，其一端與LED1相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的22腳CF相連；

電阻R5，其一端與ADE7755功率計量芯片的7腳V2N相連，另一端與零線N相連；

電阻R6，其一端與ADE7755功率計量芯片的7腳V2N相連，另一端與電阻R7相連；

電阻R7，其一端與零線N相連，另一端與電阻R6相連；

電阻R8，其一端與火線L相連，另一端與電阻R6相連；

電容C15，其一端與零線N相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的7腳V2N相連；

電阻C4，其一端與ADE7755功率計量芯片的10腳REF相連，另一端與零線N相連；

電解電容C5，其正端與ADE7755功率計量芯片的10腳REF相連，另一端與零線N相連；

脈沖指示燈LED1，其一端與電阻R4相連，另一端與光電耦合器1腳輸入腳相連；

光電耦合器U1芯片，其輸入腳1與LED1相連，輸入腳2與ADE7755功率計量芯片的21腳DGND相連，輸出腳3與微處理器的地相連，輸出腳4為脈沖輸出腳，連接微處理器的I/O口；

晶振Y1，其一端與ADE7755功率計量芯片的18腳CLKOUT相連，另一端與ADE7755功率計量芯片的17腳CLKIN相連；

電容C6，其一端與晶振Y1相連，另一端與零線N相連；

電容C7，其一端與晶振Y1相連，另一端與零線N相連；

功率計量芯片ADE7755的1腳DVDD、2腳AC/DC和3腳AVDD接VCC(+5V)，9腳REST和14腳S0與火線L相連，13腳S1、15腳G1和16腳G0與零線N相連，4腳、19腳、20腳、23腳和24腳懸空；

本電路數(shù)字地和模擬地共地。

微處理器以及各芯片供電電源的電路圖如附圖5，其包括：

T1為220V轉(zhuǎn)9V電源變壓器，其輸入腳分別接火線L和零線N，其輸出兩腳分別接D3電橋的1、3腳；

電橋D3，其1、3腳接T1電源變壓器的輸出腳，2腳接電解電容C8的正端，4腳接地；

電解電容C8，其正端接芯片78L05的1腳VIN，其負(fù)端接地；

電阻R9，其一端接78L05的1腳VIN，另一端接LED燈D2；

電容C9，其一端接78L05的3腳VOUT，另一端接地；

5V電源芯片78L05，其1腳接電阻R9，2腳接地，3腳接電容C9；

排陣插槽P4，其含有4個針腳均連通，并與78L05的3腳VOUT相連；

排陣插槽P5，其含有4個針腳均連通，并接地。

應(yīng)理解，本實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。