1.引言
近年來(lai),隨(sui)著現代高(gao)壓、超高(gao)壓輸電(dian)網絡的(de)建設,電(dian)力系統(tong)正(zheng)朝著大(da)(da)容量(liang)、高(gao)壓大(da)(da)電(dian)流(liu)方向發(fa)展,而(er)(er)用于電(dian)流(liu)測(ce)(ce)量(liang)的(de)傳統(tong)的(de)電(dian)磁式(shi)電(dian)流(liu)互感器已無法滿足其要求(qiu),在(zai)大(da)(da)電(dian)流(liu)下(xia)鐵(tie)心(xin)磁路下(xia)易飽(bao)和,對測(ce)(ce)量(liang)結果產生較大(da)(da)的(de)誤差(cha)。而(er)(er)羅(luo)氏線圈互感器,具有(you)測(ce)(ce)量(liang)范(fan)圍(wei)寬、精度高(gao)、無磁飽(bao)和、體積小等(deng)優點,正(zheng)逐(zhu)步(bu)取(qu)代傳統(tong)的(de)電(dian)磁式(shi)電(dian)流(liu)互感器,在(zai)電(dian)力系統(tong)中(zhong)具有(you)廣闊的(de)應用前(qian)景。
本文介(jie)紹一種基于羅氏線(xian)圈的電(dian)(dian)(dian)流變送器(qi)的設計,對(dui)電(dian)(dian)(dian)網中(zhong)的大交流電(dian)(dian)(dian)流進(jin)行實時測量,該變送器(qi)采用XTR115芯片將(jiang)羅氏線(xian)圈產(chan)生的電(dian)(dian)(dian)壓信(xin)號轉換電(dian)(dian)(dian)流信(xin)號,輸(shu)出DC 4~20mA電(dian)(dian)(dian)流信(xin)號。
2.工作原理及設計
羅氏(shi)線(xian)圈是將導線(xian)均勻(yun)的(de)密(mi)繞在環(huan)形截面非磁性(xing)骨架上而(er)(er)形成的(de)空心電(dian)(dian)(dian)感(gan)(gan)(gan)(gan)線(xian)圈,采用羅氏(shi)線(xian)圈作為電(dian)(dian)(dian)網中電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)測量的(de)傳感(gan)(gan)(gan)(gan)頭,讓通(tong)有大電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的(de)導線(xian)垂直穿過(guo)線(xian)圈的(de)中心,產生電(dian)(dian)(dian)磁感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying),從而(er)(er)感(gan)(gan)(gan)(gan)應(ying)出被測電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)大小(xiao)的(de)電(dian)(dian)(dian)壓信(xin)號。將羅氏(shi)線(xian)圈產生的(de)電(dian)(dian)(dian)壓信(xin)號接入到(dao)信(xin)號調理(li)(li)模(mo)塊上,進行(xing)信(xin)號處理(li)(li),最后輸出工業(ye)標(biao)準信(xin)號DC4-20mA。電(dian)(dian)(dian)路(lu)設計框架圖如圖1所示。
2.1信號調理電路
信(xin)(xin)號(hao)(hao)調理電路實(shi)現對輸(shu)入(ru)信(xin)(xin)號(hao)(hao)的隔離(li)輸(shu)入(ru),包括信(xin)(xin)號(hao)(hao)濾(lv)波、整流電路以及信(xin)(xin)號(hao)(hao)積分電路。該電路主(zhu)要是對羅氏線圈感應輸(shu)出的電壓信(xin)(xin)號(hao)(hao)通過(guo)RC濾(lv)波,再經過(guo)電阻(zu)分壓后接入(ru)到采用(yong)雙電源(yuan)運放芯片的輸(shu)入(ru)腳上,采用(yong)運算放大器(qi)構成近似積分器(qi),合(he)理選擇(ze)選擇(ze)器(qi)件(jian)參數(shu),能夠保證傳(chuan)感器(qi)的測量靈敏度(du)、精度(du)和信(xin)(xin)號(hao)(hao)響應帶寬(kuan)。
2.2真有效值轉換(huan)電(dian)路
真有(you)效(xiao)值轉換電(dian)(dian)路實(shi)現電(dian)(dian)路中AC/DC真有(you)效(xiao)值轉換,將輸入(ru)的(de)(de)交流信號通過(guo)真有(you)效(xiao)值芯片(pian)轉化為真有(you)效(xiao)值的(de)(de)直(zhi)流電(dian)(dian)壓(ya),能夠精確測(ce)量(liang)各(ge)種電(dian)(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)的(de)(de)有(you)效(xiao)值,而不必考慮被(bei)測(ce)波(bo)形(xing)的(de)(de)參數以(yi)及失(shi)真。如圖2所示:電(dian)(dian)路中,Ui信號經過(guo)電(dian)(dian)容C5隔(ge)直(zhi)后輸入(ru)到(dao)真有(you)效(xiao)值芯片(pian)中,其中電(dian)(dian)容C8,C9的(de)(de)作用(yong)是濾掉(diao)該電(dian)(dian)路中的(de)(de)高頻干擾,采用(yong)雙(shuang)電(dian)(dian)源工作方式,滿足(zu)真有(you)效(xiao)值的(de)(de)工作要求。
圖2
2.3放大電路
放(fang)大(da)電(dian)路(lu)的(de)作用(yong)是將真(zhen)有效(xiao)值(zhi)轉(zhuan)換電(dian)路(lu)輸出的(de)電(dian)壓信(xin)號經過RC濾波電(dian)路(lu)后進行適(shi)當(dang)的(de)放(fang)大(da),采(cai)用(yong)運放(fang)芯片,在滿足零點輸出功耗(hao)要求的(de)同(tong)時,調節電(dian)路(lu)中(zhong)的(de)放(fang)大(da)參數,使(shi)電(dian)路(lu)最(zui)后輸出能達到滿度額(e)定值(zhi)。
2.4信號輸出電路
信號輸出電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)主要采用TI公(gong)司(si)生產的(de)精(jing)密電(dian)(dian)(dian)流變送芯(xin)片(pian)XTR115,其(qi)具有精(jing)度高,芯(xin)片(pian)功(gong)耗小(xiao)以及非線性誤差(cha)小(xiao)等優點(dian),內部(bu)產生2.5V基準電(dian)(dian)(dian)壓(ya),且(qie)內部(bu)帶有+5V的(de)精(jing)密穩壓(ya)器,可以給(gei)外部(bu)電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)(例如電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)中的(de)放大器)單獨供電(dian)(dian)(dian),從而簡化了外部(bu)電(dian)(dian)(dian)源的(de)設計,如圖3所示電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)。
采用XTR115芯片設計,要嚴(yan)格控制電(dian)(dian)(dian)流的功(gong)耗,保證(zheng)該變送器(qi)自身耗電(dian)(dian)(dian)(包括傳感(gan)器(qi)在內的全部電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu))不大于3.5mA,在XTR115前置調(diao)零電(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu),作為變送器(qi)的零點調(diao)節,使(shi)變送器(qi)保證(zheng)零點輸出4mA。
圖3
3、抗干擾措施
電(dian)流變(bian)送(song)器(qi)使用電(dian)流信(xin)號作(zuo)為傳輸(shu)(shu)信(xin)號,有較高的抗(kang)干(gan)擾能力,但(dan)由于傳輸(shu)(shu)距離較遠(yuan),加(jia)上工業現場的復(fu)雜性,在設計上還要考慮(lv)電(dian)氣隔(ge)離,抗(kang)干(gan)擾措施(shi)。
本文所設計的(de)羅氏線圈變(bian)送器采用電(dian)源(yuan)隔離模(mo)塊,降低紋波干擾,提高系統可(ke)靠性,與(yu)此同時,在電(dian)源(yuan)輸(shu)入端串(chuan)入一只二(er)極管(guan),進行反極性保護;線路板設計時注意(yi)電(dian)子器件(jian)的(de)布局布線,以(yi)減少干擾信(xin)號。
4、產品介紹
安科瑞生產的BR系列羅氏線圈電流變送器嚴格按照GB/T 13850-1998《交流電量轉化為模擬量或數字信號的電測量變送器》設計,采用電磁感應原理,對電網中的交流大電流進行實時測量,采用真有效值和線性補償技術,將其隔離變換為標準的直流信號輸出。DC24V安全(quan)電(dian)(dian)壓供電(dian)(dian),具有高(gao)(gao)精度(du)、高(gao)(gao)隔離、高(gao)(gao)安全(quan)性、低(di)功耗(hao)等(deng)特點,可廣泛(fan)用(yong)于(yu)冶(ye)金(jin)、電(dian)(dian)鍍(du)、焊接等(deng)領(ling)域。
4.1 產品選型
BR-AI羅氏線圈電流變送器
根據(ju)(ju)輸入(ru)電(dian)流(liu)范圍選擇不(bu)同規格的線圈長度(注:可根據(ju)(ju)客戶需(xu)要(yao)另行定制(zhi))。
輸入電流范圍 | 線圈長度(mm) |
AC 200A--1000A | 350 |
AC 1200A--2000A | 370 |
AC 2500A--5000A | 450 |
AC 6300A--20000A | 600 |
AC 20kA-100kA | 可定制 ≤2400 |
4.2 技術指標
技術參數 | 指標 |
輸入信號 | AC 電(dian)流 200A~20kA |
輸出 | 標稱值 | DC 4-20mA |
負載電阻 | ≤500Ω |
輸出紋波 | 輸出紋波峰(feng)峰(feng)值 ≤ 100mV |
工作電源 | DC24V 允許范圍(wei)21.6 V~26.4V |
功耗 | ≤0.5W |
準確級 | 0.5級 |
溫度漂移系數 | ≤200ppm |
響應時間 | ≤500mS |
安裝方式 | 支架固定 |
4.3 報價方案
5、應用
本產品可(ke)以(yi)直(zhi)接(jie)將被測主回路交流電(dian)(dian)(dian)流轉(zhuan)(zhuan)換(huan)成按線性比例輸出的(de)DC 4~20mA(通(tong)過250Ω 電(dian)(dian)(dian)阻轉(zhuan)(zhuan)換(huan)DC 1~5V)恒流環標準信號,連續輸送(song)到接(jie)收裝置(計算機或顯(xian)示儀表)。本產品可(ke)測輸入信號范圍廣,最大輸入信號可(ke)達AC20000A,具有極佳的(de)瞬態跟蹤能力,可(ke)以(yi)用于測量(liang)尺寸很(hen)大或形(xing)狀不規則的(de)導(dao)體電(dian)(dian)(dian)流。可(ke)廣泛用于冶金、電(dian)(dian)(dian)鍍、焊接(jie)等傳(chuan)統測量(liang)電(dian)(dian)(dian)流的(de)CT無(wu)法(fa)正(zheng)常使用的(de)大電(dian)(dian)(dian)流檢(jian)測領(ling)域。
6、結束語
本(ben)文所設(she)計的(de)羅氏線圈(quan)變(bian)送器結(jie)構緊湊(cou)、性能(neng)穩定、測(ce)量(liang)精度高(gao)、輸出信號線性度好(hao)、調試及標定方便(bian)、安裝方便(bian)、產品(pin)一致(zhi)性好(hao)。基(ji)于以(yi)上特(te)點,這種應用電(dian)(dian)流(liu)環變(bian)送技術的(de)羅氏線圈(quan)變(bian)送器在冶(ye)金、電(dian)(dian)鍍、焊接等(deng)領域(yu)具有(you)(you)非常(chang)廣泛(fan)的(de)前景,將(jiang)大電(dian)(dian)流(liu)轉換(huan)為小(xiao)電(dian)(dian)流(liu),減(jian)小(xiao)了(le)操作(zuo)人員工作(zuo)的(de)危險性;它能(neng)夠有(you)(you)效解決生產設(she)備(bei)的(de)實時監測(ce)與監控問(wen)題(ti),提高(gao)生產設(she)備(bei)運(yun)行的(de)智(zhi)能(neng)性,減(jian)少(shao)電(dian)(dian)力(li)改造(zao)的(de)成本(ben)。
參考文獻:
范羽.電流(liu)變送(song)器(qi)原理及(ji)在工業上(shang)的應用.機(ji)械與電氣,2010.5
林勇(yong).工業控制用(yong)4-20mA電流變送器.電子元器件應用(yong),2006.7
龔勇鎮.羅氏(shi)線圈(quan)電流傳感器檢測技術(shu)研究概況.機械與(yu)電氣,2011.2
楊(yang)清虎.電流變送器在自動控制系統中的應用.中國科技信息,2009.8
作者簡介:陸曉君,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為電量傳感器設計,手(shou)機:18702111592,座機(ji):021-59104850,QQ:2880157865
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