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論文介紹了基于羅氏線圈(Rogowski)的電流變送器的原理和硬件設計,以及該產(chǎn)品的主要應用。
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<P align=right>徐霜 </P> <P align=right>(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801) </P> <P> <STRONG>摘要:</STRONG>論文介紹了基于羅氏線圈(Rogowski)的電流變送器的原理和硬件設計,以及該產(chǎn)品的主要應用。 </P> <P> <STRONG>1.引言 </STRONG></P> <P> 近年來,隨著現(xiàn)代高壓、超高壓輸電網(wǎng)絡的建設,電力系統(tǒng)正朝著大容量、高壓大電流方向發(fā)展,而用于電流測量的傳統(tǒng)的電磁式電流互感器已無法滿足其要求,在大電流下鐵心磁路下易飽和,對測量結果產(chǎn)生較大的誤差。而羅氏線圈互感器,具有測量范圍寬、精度高、無磁飽和、體積小等優(yōu)點,正逐步取代傳統(tǒng)的電磁式電流互感器,在電力系統(tǒng)中具有廣闊的應用前景。 </P> <P> 本文介紹一種基于羅氏線圈的電流變送器的設計,對電網(wǎng)中的大交流電流進行實時測量,該變送器采用XTR115芯片將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號轉換電流信號,輸出DC 4~20mA電流信號。 </P> <P> <STRONG>2.工作原理及設計 </STRONG></P> <P> 羅氏線圈是將導線均勻的密繞在環(huán)形截面非磁性骨架上而形成的空心電感線圈,采用羅氏線圈作為電網(wǎng)中電流測量的傳感頭,讓通有大電流的導線垂直穿過線圈的中心,產(chǎn)生電磁感應,從而感應出被測電流大小的電壓信號。將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號接入到信號調(diào)理模塊上,進行信號處理,最后輸出工業(yè)標準信號DC4-20mA。電路設計框架圖如圖1所示。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142619866.jpg"></P> <P> <STRONG>2.1信號調(diào)理電路 </STRONG></P> <P> 信號調(diào)理電路實現(xiàn)對輸入信號的隔離輸入,包括信號濾波、整流電路以及信號積分電路。該電路主要是對羅氏線圈感應輸出的電壓信號通過RC濾波,再經(jīng)過電阻分壓后接入到采用雙電源運放芯片的輸入腳上,采用運算放大器構成近似積分器,合理選擇選擇器件參數(shù),能夠保證傳感器的測量靈敏度、精度和信號響應帶寬。 </P> <P> <STRONG>2.2真有效值轉換電路 </STRONG></P> <P> 真有效值轉換電路實現(xiàn)電路中AC/DC真有效值轉換,將輸入的交流信號通過真有效值芯片轉化為真有效值的直流電壓,能夠精確測量各種電壓波形的有效值,而不必考慮被測波形的參數(shù)以及失真。如圖2所示:電路中,Ui信號經(jīng)過電容C5隔直后輸入到真有效值芯片中,其中電容C8,C9的作用是濾掉該電路中的高頻干擾,采用雙電源工作方式,滿足真有效值的工作要求。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142629634.jpg"></P> <P align=center>圖2 </P> <P> <STRONG>2.3放大電路 </STRONG></P> <P> 放大電路的作用是將真有效值轉換電路輸出的電壓信號經(jīng)過RC濾波電路后進行適當?shù)姆糯螅捎眠\放芯片,在滿足零點輸出功耗要求的同時,調(diào)節(jié)電路中的放大參數(shù),使電路最后輸出能達到滿度額定值。 </P> <P> <STRONG>2.4信號輸出電路 </STRONG></P> <P> 信號輸出電路主要采用TI公司生產(chǎn)的精密電流變送芯片XTR115,其具有精度高,芯片功耗小以及非線性誤差小等優(yōu)點,內(nèi)部產(chǎn)生2.5V基準電壓,且內(nèi)部帶有+5V的精密穩(wěn)壓器,可以給外部電路(例如電路中的放大器)單獨供電,從而簡化了外部電源的設計,如圖3所示電路。 </P> <P> 采用XTR115芯片設計,要嚴格控制電流的功耗,保證該變送器自身耗電(包括傳感器在內(nèi)的全部電路)不大于3.5mA,在XTR115前置調(diào)零電路,作為變送器的零點調(diào)節(jié),使變送器保證零點輸出4mA。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142640351.jpg"></P> <P align=center>圖3 </P> <P> <STRONG>3、抗干擾措施 </STRONG></P> <P> 電流變送器使用電流信號作為傳輸信號,有較高的抗干擾能力,但由于傳輸距離較遠,加上工業(yè)現(xiàn)場的復雜性,在設計上還要考慮電氣隔離,抗干擾措施。 </P> <P> 本文所設計的羅氏線圈變送器采用電源隔離模塊,降低紋波干擾,提高系統(tǒng)可靠性,與此同時,在電源輸入端串入一只二極管,進行反極性保護;線路板設計時注意電子器件的布局布線,以減少干擾信號。{$page$} </P> <P> <STRONG>4、產(chǎn)品介紹 </STRONG></P> <P> 安科瑞生產(chǎn)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(shù)字信號的電測量變送器》設計,采用電磁感應原理,對電網(wǎng)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安全電壓供電,具有高精度、高隔離、高安全性、低功耗等特點,可廣泛用于冶金、電鍍、焊接等領域。 </P> <P> <STRONG>4.1 產(chǎn)品選型 </STRONG></P> <P align=center><IMG border=0 alt="BR-AI羅氏線圈電流變送器 " src="/uploadfile/newspic/20141225142659337.jpg"></P> <P align=center>BR-AI羅氏線圈電流變送器 </P> <P> 根據(jù)輸入電流范圍選擇不同規(guī)格的線圈長度(注:可根據(jù)客戶需要另行定制)。 </P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142707862.jpg"></P> <P><STRONG> 4.2 技術指標 </STRONG></P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142718759.jpg"></P> <P><STRONG> 4.3 報價方案 </STRONG></P> <P align=center><IMG border=0 src="/uploadfile/newspic/20141225142729872.jpg"></P> <P><STRONG> 5、應用</STRONG> </P> <P> 本產(chǎn)品可以直接將被測主回路交流電流轉換成按線性比例輸出的DC 4~20mA(通過250Ω 電阻轉換DC 1~5V)恒流環(huán)標準信號,連續(xù)輸送到接收裝置(計算機或顯示儀表)。本產(chǎn)品可測輸入信號范圍廣,最大輸入信號可達AC20000A,具有極佳的瞬態(tài)跟蹤能力,可以用于測量尺寸很大或形狀不規(guī)則的導體電流?蓮V泛用于冶金、電鍍、焊接等傳統(tǒng)測量電流的CT無法正常使用的大電流檢測領域。 </P> <P> <STRONG>6、結束語 </STRONG></P> <P> 本文所設計的羅氏線圈變送器結構緊湊、性能穩(wěn)定、測量精度高、輸出信號線性度好、調(diào)試及標定方便、安裝方便、產(chǎn)品一致性好。基于以上特點,這種應用電流環(huán)變送技術的羅氏線圈變送器在冶金、電鍍、焊接等領域具有非常廣泛的前景,將大電流轉換為小電流,減小了操作人員工作的危險性;它能夠有效解決生產(chǎn)設備的實時監(jiān)測與監(jiān)控問題,提高生產(chǎn)設備運行的智能性,減少電力改造的成本。 </P> <P> <STRONG>參考文獻: </STRONG></P> <P> 范羽.電流變送器原理及在工業(yè)上的應用.機械與電氣,2010.5 </P> <P> 林勇.工業(yè)控制用4-20mA電流變送器.電子元器件應用,2006.7 </P> <P> 龔勇鎮(zhèn).羅氏線圈電流傳感器檢測技術研究概況.機械與電氣,2011.2 </P> <P> 楊清虎.電流變送器在自動控制系統(tǒng)中的應用.中國科技信息,2009.8 </P> <P> 作者簡介:徐霜,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<SPAN style="FONT-FAMILY: Webdings"><</SPAN></P>