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    重庆时时彩开店店: 一种直流小电流互感器及其测量电流的方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201410216037.8

    申请日:

    2014.05.22

    公开号:

    CN103983835A

    公开日:

    2014.08.13

    当前法律状态:

    驳回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):G01R 19/15申请公布日:20140813|||实质审查的生效IPC(主分类):G01R 19/15申请日:20140522|||公开
    IPC分类号: G01R19/15 主分类号: G01R19/15
    申请人: 南京深科博业电气股份有限公司
    发明人: 张厚成; 陈伟; 韩书波; 魏丽红; 卢丹
    地址: 211102 江苏省南京市江宁经济开发区清水亭西路2-20号
    优先权:
    专利代理机构: 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人: 戴朝荣
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410216037.8

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2017.12.08|||2014.09.10|||2014.08.13

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的驳回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种直流小电流互感器,包括能被直流小电流电线穿过的环绕有绕线组的环形磁性铁芯,其中,绕线组连接波形产生器,波形产生器连接有单片机,波形产生器包括有并联设置的第一回路和第二回路以及比较器,第一回路和第二回路与电源连接,绕线组的两端接入第一回路,比较器的第一测量端接入第一回路,比较器的第二测量端接入第二回路,比较器能通过第一测量端与第二测量端测得数据的比值改变电源的电流方向使波形产生器产生具有一定占空比的波,单片机接收波形产生器产生的波并通过波的占空比变化得到直流小电流电线内电流大小。本发明具有体积小、精度高、接口简单、安装方便、检测方法新颖的优点。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种直流小电流互感器,包括能被直流小电流电线(2)穿过的环绕有绕线组(11)的环形磁性铁芯(1),其特征是:所述的绕线组(11)连接波形产生器(3),所述的波形产生器(3)连接有单片机(4),所述的波形产生器(3)包括有并联设置的第一回路(31)和第二回路(32)以及比较器(33),所述的第一回路(31)和第二回路(32)与电源(34)连接,所述的绕线组(11)的两端接入第一回路(31),所述的比较器(33)的第一测量端(33a)接入第一回路(31),所述的比较器(33)的第二测量端(33b)接入第二回路(32),所述的比较器(33)能通过第一测量端(33a)与第二测量端(33b)测得数据的比值改变电源(34)的电流方向使波形产生器(3)产生具有一定占空比的波,所述的单片机(4)接收波形产生器(3)产生的波并通过波的占空比变化得到直流小电流电线(2)内电流大小。

    2.  根据权利要求1所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的电源(34)包括有外接正压单电源接口以及能产生负电压的负压产生器(5)。

    3.  根据权利要求2所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的负压产生器(5)包括有负压产生电容(51)以及与负压产生电容(51)连接的充放电电路(52),所述的充放电电路(52)与单片机(4)连接,所述的单片机(4)向充放电电路(52)释放具有一定占空比的方波电压。

    4.  根据权利要求3所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的外接正压单电源接口通过变压器变压后接入波形产生器(3),所述的外接正压单电源接口输入电压为+12V,外接正压单电源接口通过变压器变压后输入电压为+5V,所述的负压产生器(5)输出的电压为-5V。

    5.  根据权利要求4所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的第一回路(31)包括有串联设置的第一电阻(3a)、第二电阻(3b)、绕线组(11)以及第三电阻(3c),所述的第二回路(32)包括串联设置的第四电阻(3d)、第五电阻(3e)以及第三电阻(3c),所述的第一测量端(33a)测量第一电阻(3a)两端的电压,所述的第二测量端(33b)测量第四电阻(3d)两端的电压,所述的单片机(4)接收第三电阻(3c)两端产生的电压波。

    6.  根据权利要求5所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的直流小电流互感器包括有四个外接端子,分别为RS485A端子、RS485B端子、GND端子和所述的外接正压单电源接口。

    7.  根据权利要求6所述的一种直流小电流互感器,其特征是:所述的单片机(4)设有通讯输出端。

    8.  一种如权利要求5所述的直流小电流互感器测量电流的方法,其特征是:包括以下步骤:
    步骤一、设置环形磁性铁芯(1)内穿过的直流电流为0mA,当第一回路(31)电流稳定时第一电阻(3a)两端的电压绝对值大于第四电阻(3d)两端的电压绝对值,设定一个值m=第一电阻(3a)两端的电压-第四电阻(3d)两端的电压,当m值为正时,比较器(33)控制电源(34)输出的电压为负电压,当m值为负时,比较器(33)控制电源(34)输出的电压为正电压,第一回路(31)内接有绕线组(11),绕线组(11)作为电感使第一电阻(3a)的电压建立较第四电阻(3d)的电压建立慢,m值正负交替使第三电阻(3c)两端产生一定占空比的电压方波,该方波被单片机(4)接收并计算该方波占空比,方波占空比记为X;
    步骤二、将直流小电流电线(2)穿过环形磁性铁芯(1),直流小电流电线(2)内的电流使环形磁性铁芯(1)的磁通量发生变化,绕线组(11)的电感值也随之变化,第一电阻(3a)的电压建立速度与绕线组(11)的电感值变化量成反比,第三电阻(3c)两端产生的电压方波占空比记为Y;
    步骤三、单片机(4)计算直流小电流电线(2)内的电流量为n(Y-X)+b,其中n为单片集中存的比例系数,b为零点校正系数。

    9.  根据权利要求7所述的直流小电流互感器测量电流的方法,其特征是:所述的当m值为正时,电源(34)输出的电压为-5V,当m值为负时,电源(34)输出的电压为5V。

    说明书

    说明书一种直流小电流互感器及其测量电流的方法
    技术领域
    本发明涉及电力测量的技术领域,尤其涉及一种直流小电流互感器及其测量电流的方法。
    背景技术
    在直流系统中直流漏电流传感器是不可或缺的一个重要元器件,对于设备的直流泄漏电流进行检测,广泛应用于直流输电、蓄电检测、直流屏、电源、大型医疗卫生设备、光伏、风力发电、通信基站等行业设备中,第一时间对设备的漏电情况进行反馈,后端的漏电?;さ仍嵩诘谝皇奔洳扇∠喙卮胧?,避免事故发生,安全使用、生产作业。
    传统使用分流器和变送器的方法,这种方法一次与二次没有隔离,存在较大安全隐患,且精度不高。
    发明内容
    本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状,而提供一种体积小、精度高、接口简单、安装方便、检测方法新颖的直流小电流互感器及其测量电流的方法。
    本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:
    一种直流小电流互感器,包括能被直流小电流电线穿过的环绕有绕线组的环形磁性铁芯,其中,绕线组连接波形产生器,波形产生器连接有单片机,波形产生器包括有并联设置的第一回路和第二回路以及比较器,第一回路和第二回路与电源连接,绕线组的两端接入第一回路,比较器的第一测量端接入第一回路,比较器的第二测量端接入第二回路,比较器能通过第一测量端与第二测量端测得数据的比值改变电源的电流方向使波形产生器产生具有一定占空比的波,单片机接收波形产生器产生的波并通过波的占空比变化得到直流小电流电线内电流大小。
    为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:
    上述的电源包括有外接正压单电源接口以及能产生负电压的负压产生器。
    上述的负压产生器包括有负压产生电容以及与负压产生电容连接的充放电电路,充放电电路与单片机连接,单片机向充放电电路释放具有一定占空比的方波电压。
    上述的外接正压单电源接口通过变压器变压后接入波形产生器,外接正压单电源接口输入电压为+12V,外接正压单电源接口通过变压器变压后输入电压为+5V,负压产生器输出的电压为-5V。
    上述的第一回路包括有串联设置的第一电阻、第二电阻、绕线组以及第三电阻,第二回路包括串联设置的第四电阻、第五电阻以及第三电阻,第一测量端测量第一电阻两端的电压,第二测量端测量第四电阻两端的电压,单片机接收第三电阻两端产生的电压波。
    上述的直流小电流互感器包括有四个外接端子,分别为RS485A端子、RS485B端子、GND端子和外接正压单电源接口。
    上述的单片机设有通讯输出端。
    本发明还公开了一种直流小电流互感器测量电流的方法,包括以下步骤:
    步骤一、设置环形磁性铁芯内穿过的直流电流为0mA,当第一回路电流稳定时第一电阻两端的电压绝对值大于第四电阻两端的电压绝对值,设定一个值m=第一电阻两端的电压-第四电阻两端的电压,当m值为正时,比较器控制电源输出的电压为负电压,当m值为负时,比较器控制电源输出的电压为正电压,第一回路内接有绕线组,绕线组作为电感使第一电阻的电压建立较第四电阻的电压建立慢,m值正负交替使第三电阻两端产生一定占空比的电压方波,该方波被单片机接收并计算该方波占空比,方波占空比记为X;
    步骤二、将直流小电流电线穿过环形磁性铁芯,直流小电流电线内的电流使环形磁性铁芯的磁通量发生变化,绕线组的电感值也随之变化,第一电阻的电压建立速度与绕线组的电感值变化量成反比,第三电阻两端产生的电压方波占空比记为Y;
    步骤三、单片机计算直流小电流电线内的电流量为n(Y-X)+b,其中n为单片集中存的比例系数,b为零点校正系数。
    当m值为正时,电源输出的电压为-5V,当m值为负时,电源输出的电压为5V。
    与现有技术相比,本发明直流小电流互感器,包括能被直流小电流电线穿过的环绕有绕线组的环形磁性铁芯,其中,绕线组连接波形产生器,波形产生器连接有单片机,波形产生器包括有并联设置的第一回路和第二回路以及比较器,第一回路和第二回路与电源连接,绕线组的两端接入第一回路,比较器的第一测量端接入第一回路,比较器的第二测量端接入第二回路,比较器能通过第一测量端与第二测量端测得数据的比值改变电源的电流方向使波形产生器产生具有一定占空比的波,单片机接收波形产生器产生的波并通过波的占空比得到直流小电流电线内电流大小。本发明利用了当直流电输入环形磁铁时会使环形磁铁的磁通量发生改变,导致绕线组电感值变化的特性设计了相应的方波产生回路,方波的占空比与绕线组电感值相关,单片机系统通过测量方波的占空比就能知道绕线组电感值,进一步得出通过环形磁铁的直流电的电流大小。本发明的电路都由简单而功耗小的器件组成,故只需设备自己产生一个小功率的负电压即可,正电压由外接电源提供。负压产生器由负压产生电容以及充放电电路组成,充放电电路输入端与单片机PWM输出端连接,单片机向充放电电路释放PWM方波,当电压进入时,负压产生电容充电,当电压消失时,负压产生电容向外放电,单片机保证负压产生电容电量放完之前再次充电,由于电容电压不能突变的原理使负压产生电容放电电压保持为一个定值,负压产生器的功率大小由负压产生电容的容量决定。本发明的波形产生器包括两个并联设置的电路和能测量比较第一电阻和第四电阻电压的比较器,比较器根据第一电阻和第四电阻的电压差变化电源的电流方向,目的是产生一个具有一定占空比的方波,而这个方波的占空比受到绕线组电感量的影响,由此可以通过占空比准确测出影响绕线组电感量的直流电流的大小。
    本发明具有体积小、精度高、接口简单、安装方便、检测方法新颖的优点。
    附图说明
    图1是本发明的结构示意图;
    图2是负压产生器的结构示意图;
    图3是波形产生器的电路图;
    图4是本发明磁性铁芯磁场强度和磁化强度拟合曲线。
    具体实施方式
    以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
    图1至图4所示为本发明的结构示意图。
    其中的附图标记为:环形磁性铁芯1、绕线组11、直流小电流电线2、波形产生器3、第一电阻3a、第二电阻3b、第三电阻3c、第四电阻3d、第五电阻3e、第一回路31、第二回路32、比较器33、第一测量端33a、第二测量端33b、电源34、单片机4、负压产生器5、负压产生电容51、充放电电路52。
    如图1至图3所示,本发明的一种直流小电流互感器,包括能被直流小电流电线2穿过的环绕有绕线组11的环形磁性铁芯1,其中,绕线组11连接波形产生器3,波形产生器3连接有单片机4,波形产生器3包括有并联设置的第一回路31和第二回路32以及比较器33,第一回路31和第二回路32与电源34连接,绕线组11的两端接入第一回路31,比较器33的第一测量端33a接入第一回路31,比较器33的第二测量端33b接入第二回路32,比较器33能通过第一测量端33a与第二测量端33b测得数据的比值改变电源34的电流方向使波形产生器3产生具有一定占空比的波,单片机4接收波形产生器3产生的波并通过波的占空比变化得到直流小电流电线2内电流大小。
    实施例中,电源34包括有外接正压单电源接口以及能产生负电压的负压产生器5。
    实施例中,负压产生器5包括有负压产生电容51以及与负压产生电容51连接的充放电电路52,充放电电路52与单片机4连接,单片机4向充放电电路52释放具有一定占空比的方波电压。
    实施例中,外接正压单电源接口通过变压器变压后接入波形产生器3,外接正压单电源接口输入电压为+12V,外接正压单电源接口通过变压器变压后输入电压为+5V,负压产生器5输出的电压为-5V。
    实施例中,第一回路31包括有串联设置的第一电阻3a、第二电阻3b、绕线组11以及第三电阻3c,第二回路32包括串联设置的第四电阻3d、第五电阻3e以及第三电阻3c,第一测量端33a测量第一电阻3a两端的电压,第二测量端33b测量第四电阻3d两端的电压,单片机4接收第三电阻3c两端产生的电压波。
    实施例中,直流小电流互感器包括有四个外接端子,分别为RS485A端子、RS485B端子、GND端子和外接正压单电源接口。
    实施例中,单片机4设有通讯输出端。
    本发明还公开了一种直流小电流互感器测量电流的方法,包括以下步骤:
    步骤一、设置环形磁性铁芯1内穿过的直流电流为0mA,当第一回路31电流稳定时第一电阻3a两端的电压绝对值大于第四电阻3d两端的电压绝对值,设定一个值m=第一电阻3a两端的电压-第四电阻3d两端的电压,当m值为正时,比较器33控制电源34输出的电压为负电压,当m值为负时,比较器33控制电源34输出的电压为正电压,第一回路31内接有绕线组11,绕线组11作为电感使第一电阻3a的电压建立较第四电阻3d的电压建立慢,m值正负交替使第三电阻3c两端产生一定占空比的电压方波,该方波被单片机4接收并计算该方波占空比,方波占空比记为X;
    步骤二、将直流小电流电线2穿过环形磁性铁芯1,直流小电流电线2内的电流使环形磁性铁芯1的磁通量发生变化,绕线组11的电感值也随之变化,第一电阻3a的电压建立速度与绕线组11的电感值变化量成反比,第三电阻3c两端产生的电压方波占空比记为Y;
    步骤三、单片机4计算直流小电流电线2内的电流量为n(Y-X)+b,其中n为单片集中存的比例系数,b为零点校正系数。
    当m值为正时,电源34输出的电压为-5V,当m值为负时,电源34输出的电压为5V。
    本发明利用了当直流电输入环形磁铁时会使环形磁铁的磁通量发生改变,导致绕线组电感值变化的特性设计了相应的方波产生回路,方波的占空比与绕线组电感值相关,单片机系统通过测量方波的占空比就能知道绕线组电感值,进一步得出通过环形磁铁的直流电的电流大小。
    本发明将绕线组11绕设在环形磁性铁芯1上,绕线组11两端接入波形产生器3的第一电路,比较器33的第一测量端33a测量第一电阻3a两端的电压,第二测量端33b测量第四电阻3d两端的电压,单片机4接收第三电阻3c两端产生的电压波,单片机4产生具有一定占空比的方波电压,对负压产生电容51进行一定占空比的充电,负压产生电容51输出-5V电压。外接5V正电源组成电源34的正电输出端A,负压产生电容51组成电源34的负电输出端B,电路组装好后,先设置参照波占空比,即环形磁性铁芯1内没有电流通过时单片机4接收的波占空比,先设置当第一回路31电流稳定时第一电阻3a两端的电压绝对值大于第四电阻3d两端的电压绝对值,例如,当第一回路31电流稳定时第一电阻3a能分到3V电压而此时第四电阻3d只能分到2V,这可以通过调试两电阻在各自的电路中所占的电阻份量来达到。
    公式为第一电阻3a两端的电压绝对值=5V×第一电阻3a阻值/(第一电阻3a阻值+第二电阻3b阻值+第三电阻3c阻值);
    第四电阻3d两端的电压绝对值=5V×第四电阻3d阻值/(第三电阻3c阻值+第四电阻3d阻值+第五电阻3e阻值);
    设置比较器33,当第一电阻3a两端的电压大于第四电阻3d两端的电压时,比较器33控制电源34输出的电压为负电压,当第一电阻3a两端的电压小于第四电阻3d两端的电压时,比较器33控制电源34输出的电压为正电压,绕线组11作为一个电感,使第一电阻3a的电压建立较慢,导致第三电阻3c两端产生的电压波为一个一定占空比的方波。这个占空比就是参照波占空比,记为X。
    然后在将直流小电流电线2穿过环形磁性铁芯1,电流改变了环形磁性铁芯1的磁通量,导致绕线组11对第一回路31的电流阻碍能力产生变化:变强还是变弱受到电流方向的影响,变化度的大小则受到电流强度的影响。由于第一电阻3a建立电压的速度改变,导致第三电阻3c两端产生的电压方波占空比改变,这个改变的占空比记为Y;
    最后,单片机4计算Y-X的值,直流小电流电线2内的电流量为n(Y-X)+b,其中n为单片集中存的比例系数,b为零点校正系数。
    例如我们记第一电阻3a为RA1、第二电阻3b为RA2、第三电阻3c为RA3、第四电阻3d为RA4、第五电阻3e为RA5、第一电阻3a两端电压为V1,第四电阻3d两端电压为V2,第三电阻3c和第四电阻3d一共分得的电压为V5,令RA1=200欧姆,RA2=100欧姆,RA4=100欧姆,RA5=200欧姆,则第一回路31电流稳定时V1=2/3*V5,V2=1/3*V5,其振荡如图5所示,图中实线为V1电压变化过程,虚线为V2电压变化,过程如下:图中S1为初始状态:初始状态电源电压随机为5V或-5V,此处我们以5V说明振荡过程,-5V时有类似的过程。此时V1>V2,电源立刻输出负电压,因此V2处立刻建立负电压1/3*V5,而由于电感的存在V1电压慢慢向负稳态电压2/3*V5下降,当V1电压降到小于V2电压时(S2),电源立刻输出正电压,此时V2处立刻建立正电压1/3*V5,V1电压慢慢向正稳态电压2/3*V5上升,当V1电压上升到大于V2电压时(S3),电源立刻输出负电压,此时V2处立刻建立负电压1/3*V5,V1电压慢慢向负稳态电压2/3*V5下降,由此在V5处产生一定频率的方波。
    如图4所示,是磁性铁芯磁场强度(H)和磁化强度(B)拟合曲线。绕线组11中电流越大磁场强度越大。当直流电流为0时,B-H曲线为P,可见B-H曲线是关于原点对称的,故第一电阻3a的正电压建立时间与负电压建立时间是相等的,设此时第三电阻3c的电压输出方波占空比为50%。当直流电流大于0时,B-H曲线左移到P2,当直流电流小于0时,B-H曲线右移到P1,此时第一电阻3a正电压建立时间与负电压建立时间就不同,故第三电阻3c的电压输出方波占空比不为50%且等比例变化(因为在原点附近B-H曲线为线性的),但具体占空比是增大还是减小取决于绕线组11同名端方向,当同名端固定时,占空比的变化方向也就确定了。
    单片机4采用通讯方式,可以很方便的与分布式控制系统(DCS)集成,便于维护查找问题,降低安装维护费用。
    以上仅是本发明的优选实施方式,本发明的?;し段Р⒉唤鼍窒抻谏鲜鍪凳├?,凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的?;し段?。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰,应视为本发明的?;し段?。

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    一种 直流 电流 互感器 及其 测量 方法
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