CN103872792A - 电流互感器在线取电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电流互感器在线取电装置，解决了现有技术中当无法提供市电电源时取电困难的问题，包括：一次电缆、第一电流互感器组、第二电流互感器组和微控制器，第一电流互感器组和第二电流互感器组将采集到的二次电流输入至整流采样电路，微控制器分别与整流采样电路、BUCK电路、BOOST电路、通讯电路和显示电路连接。本发明不需要另加电源，直接采用电流互感器作为充电元件，适合安装于无电压互感器或无市电提供电源的工作环境，避免了功率消耗，减少了能源浪费，提高了安全可靠性。

Description

电流互感器在线取电装置

技术领域

本发明涉及电气设备的无源供电电源，特别是指一种电流互感器在线取电装置。

背景技术

目前电力系统中电力操作电源都是采用直流电源，它为控制负荷和动力负荷以及直流事故照明负荷等提供电源，是当代电力系统控制、保护的基础，主要应用于电力系统中的小型发电厂、水电站、各类变电站和其他使用直流设备的用户如石化、矿山和铁路等，并适用于开关分合闸及二次回路中的仪器、仪表、继电保护和故障照明等场合，现在通常用的直流供电设备是直流屏。

直流屏的工作条件是必须有交流电源，也就是说必须由电压互感器或市电电源提供其交流电源。但在目前的电力系统中，电力设备除了逐步智能化的同时，小型化、紧凑化也是一个发展方向。实现智能化的同时必然使电力设备趋于小型化、紧凑化，同时使设计更加合理，安全系数提高，因此成本高、占用空间大或安装笨重的部件被智能化的小型部件来代替。然而，在很多环境中无法提供市电电源，如果安装电压互感器，势必造成柜体体积大大，成本增加，同时电压互感器存在容易烧毁甚至爆炸等危险。

发明内容

本发明提出一种电流互感器在线取电装置，解决了现有技术中不能采用直接接触方式在线取电的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

电流互感器在线取电装置，包括：一次电缆、第一电流互感器组、第二电流互感器组和微控制器，第一电流互感器组和第二电流互感器组用于将采集到的二次电流输入至整流采样电路，微控制器的输出端分别与整流采样电路、BUCK电路、BOOST电路、通讯电路和显示电路的输入端连接，整流采样电路的输出端分别与BUCK电路和微控制器的输入端连接，BUCK电路的输出端分别与蓄电池和微控制器的输入端连接，蓄电池的输出端与BOOST电路的输入端连接，BOOST电路的输出端与电力设备连接，还包括DSP控制电路，DSP控制电路的输出端分别与BUCK电路和BOOST电路的输入端连接。

优选的，第一电流互感器组包括电流互感器L1、L2和L3，第二电流互感器组分别包括电流互感器L4、L5和L6，电流互感器L1-L6用于采集一次电缆上的电流。

优选的，整流采样电路包括与电流互感器对应连接的整流采样单元，整流采样单元包括与电流互感器连接的稳压二极管、双向晶闸管以及光触发器。

优选的，DSP控制电路包括驱动电路和光电耦合电路，两路DSP驱动信号分别与驱动电路的输入端连接，驱动电路的输出端与光电耦合电路的输入端连接，光电耦合电路的输出端为Vpulse1A端和Vpulse2A端。

优选的，驱动电路采用SN74as1034A的六路驱动器芯片，光电耦合电路采用TPL350光电耦合器芯片。

优选的，还包括开关电路，开关电路包括第一开关电路和第二开关电路，第一开关电路包括晶体管Q1，晶体管Q1的栅极与Vpulse1A端连接，第二开关电路包括晶体管Q2，晶体管Q2的栅极与Vpulse2A端连接。

优选的，还包括与蓄电池连接的稳压电路，稳压电路包括LM22676-5.0稳压器芯片，稳压器的Vin端通过电容C5与电源连接。

优选的，还包括升压稳压电路，升压稳压电路包括TPS61085升压稳压器芯片。

优选的，通讯电路包括CMOS总线收发器，微控制器的RX端、TX端和PB7管脚分别通过光电耦合器与CMOS总线收发器的输入端连接，CMOS总线收发器的输出端与排针连接。

本发明采用的电流互感器在一次电缆上无源取电，输出稳定的48V电源并直接配接直流屏，本电源可实时采集信息并计算电池参数，除采用DSP与MCU并联高速运算的先进控制和IGBT等高可靠的开关组件外，同时具备软硬件全面兼容冗余；全中文LCD显示界面；输入输出超隔离；超强的保护功能；能够通过485接口与上位机进行通讯，能够进行实时监控并实现智能控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理框图；

图2为图1中整流采样电路的电路原理图；

图3为图1中DSP控制电路的电路原理图；

图4为开关电路的电路原理图；

图5为稳压电路的电路原理图；

图6为升压稳压电路的电路原理图；

图7为本发明中微控制器与通讯电路的电路连接图。

图中：

1、一次电缆；2、第一互感器组；3、第二互感器组；4、整流采样电路；5、微控制器；6、BUCK电路；7、蓄电池；8、BOOST电路；9、通讯电路；10、显示电路；11、DSP控制电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的电流互感器在线取电装置，包括：一次电缆1、第一电流互感器组2、第二电流互感器组3，第一电流互感器组2和第二电流互感器组3用于将一次电缆1中的一次电流输入至整流采样电路4，第一电流互感器组2和第二电流互感器组3中的电流互感器的数量均为3个，使用时3个电流互感器分别与一次电缆1的三个相线连接，分别生成与各相线电流成一定关系的感应电流，第一电流互感器组2和第二电流互感器组3中的任意一个可以用作相电流信号采集用的电流互感器，电流互感器采集一次电缆1上的电流后输入至整流采样电路4，其中，第一电流互感器组2和第二电流互感器组3与一次电缆1全绝缘，根据不同的一次电流，电流互感器有相应的尺寸改变，一次电流可分为3段：75A—150A，150A—300A，300A—600A；如一次电流为150A—300A时，电流互感器的外形尺寸为∮38/112*100，微控制器5采用PIC16F887A芯片，微控制器5的输出端分别与整流采样电路4、BUCK电路6、BOOST电路8、通讯电路9和显示电路10的输入端连接，整流采样电路4的输出端分别与BUCK电路6和微控制器5的输入端连接，BUCK电路6的输出端分别与蓄电池7和微控制器5的输入端连接，蓄电池7的输出端与BOOST电路8的输入端连接，BOOST电路8的输出端与电力设备连接，电力设备即直流屏，还包括DSP控制电路11，DSP控制电路11的输出端分别与BUCK电路6和BOOST电路8的输入端连接。

BUCK电路6即降压式变换电路，其输出端的电压值为12V，BUCK电路6的输出端与蓄电池7连接从而对蓄电池7进行充电，蓄电池7与BOOST电路8的输入端连接，BOOST电路8即升压式变换电路，经BOOST电路8升压后的电压值为48V，从而作为直流屏的输入电源，通讯电路9包括RS485通讯接口，微控制器5通过RS485通讯接口与上位机连接，上位机可读取一次电缆1中各相流过的实时电流值，当系统出现故障时，微控制器5能自动上传电源故障信息，如电源异常、直流12V充电异常、升压48V异常和输出过载等异常信息，并将异常信息通过显示电路10进行显示。

图2为本发明中的整流采样电路的电路原理图，如图2所示，第一电流互感器组2包括3个电流互感器即L1、L2和L3，第二电流互感器组2包括3个电流互感器L4、L5和L6，电流互感器将一次电缆1中的一次电流输入至整流采样电路4，本发明采用两路取电输入，确保电源能正常供电，保证监控系统及操作机构的正常工作，并能确保供电系统稳定安全。整流采样电路4用于将电流互感器采集到的交流电能转换为直流电能，包括多个二极管（D1-D28），双向晶闸管（Q1-Q6）以及光触发器(U1-U6)，光触发器用于进行交直流隔离作用，经整流采样电路输出的电流为直流40-60V。整流采样电路对电流互感器进行有效的电压隔离，彻底解决接地零地电压等电网系统问题，不会对电网制造污染。

如图3所示，DSP控制电路的两路DSP驱动信号即ePWM1Ain端和ePWM2Ain端经过驱动电路和光电耦合电路后分别输入至开关电路中，用于控制BUCK电路和BOOST电路的通断，驱动电路包括六路驱动控制器，用于控制DSP信号的放大，六路驱动器采用型号为SN74as1034A的六路驱动器芯片，DSP驱动信号从六路驱动器的输入端输入，输入端设置为ePWM1Ain端和ePWM2Ain端，经六路驱动器放大后的信号输入至光电耦合电路，输出端分别为ePWM1Aout端和ePWM2Aout端，光电耦合电路包括两个光电耦合器，光电耦合器采用TPL350型号芯片，用于信号隔离，ePWM1Aout端通过电阻R7与光电耦合器U4的输入端连接，ePWM2Aout端通过电阻R2与光电耦合器U1的输入端连接，电阻R2和电阻R7的阻值为240R，光电耦合器U1和光电耦合器U4的输出端分别为Vpulse2A端和Vpulse1A端，Vpulse2A端和Vpulse1A端分别与开关电路中的晶体管Q2和Q1连接，当负载超过额定容量时自动停止输出，负载恢复到额定容量内时自动输出，用于防止过载对系统功率器件造成损坏。

如图4所示，经过整流采集电路4输出的电压为直流40-60V，直流40-60V电源依次通过BUCK电路、蓄电池和BOOST电路后输出，其中BUCK电路与第一开关电路连接，第一开关电路包括晶体管Q1，直流40-60V电源的正极通过熔断器F1输入至晶体管Q1的漏极，熔断器F1用于短路保护作用，晶体管Q1的栅极与Vpulse1A端连接，Vpulse1A端用于控制晶体管Q1的通断，晶体管Q1的漏极和源级之间连接有电容C14和电阻R13，晶体管Q1的漏极还连接有电感L3，与电源的负极之间连接有短路保护电路，短路保护电路包括二极管D4、电容R15和电容C22，40-60V电源的两端还分别与电容C15、电容C17、电容C18、电阻R14和电阻R17并行连接，电阻R14和电阻R17之间与BUCK电路6的输出端Uobuck端连接，Uobuck端输出的电压为12V，Uobuck端经电阻R17和电阻R14分压后通过熔断器F2与蓄电池7的正极连接，从而对蓄电池7进行充电，BOOST电路与第二开关电路连接，第二开关电路包括晶体管Q2，熔断器F2通过电感L4与晶体管Q2的漏极连接，晶体管Q2的栅极与Vpulse2A端连接，从而控制晶体管Q2的通断，晶体管Q2的漏极与源级之间连接有电容C16和电阻R18，还连接有并联的电容C19、电容C20和电容C21，分压电阻R19和R16之间与BOOST电路的输出端Uoboost连接，经升压后的输出电压为48V。

图5为降压稳压电路的电路原理图，稳压电路与蓄电池7连接，输出稳定的5V用于保证微控制器电路与DSP电路正常工作，稳压电路包括LM22676-5.0型稳压器，稳压器的Vin端通过电容C5与12V电源连接，图6为升压稳压电路的电路原理图，升压稳压电路输入端为5V，输出为稳定的15V，15V给TLP350供电，用于驱动MOS管正常工作，升压稳压电路包括TPS61085类型的升压稳压器。

图7为本发明微控制器与通讯电路的电路连接图，通讯电路采用MAX485CPA接口芯片，该芯片为CMOS总线收发器，是Maxim公司的一种RS-485芯片，内部含有一个驱动器和接收器。RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与微控制器连接时只需分别与单片机的RX和TX相连，此外需用微控制器的一个PB7管脚控制这两个引脚即可；微控制器与通讯电路之间还连接有光电耦合器，光电耦合器起到输入、输出、隔离的作用，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。本发明通过通讯电路可与上位机通讯，确保本电源实时正常工作。

本发明采用的电流互感器在一次电缆上无源取电，输出稳定48V直接配接直流屏。本电源可实时采集信息并计算电池参数，除采用DSP与MCU并联高速运算的先进控制和IGBT等高可靠的开关组件外，同时具备软硬件全面兼容冗余；全中文LCD显示界面；超强的保护功能；能够通过485接口与上位机进行通讯，能够进行实时监控并实现智能控制。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.电流互感器在线取电装置，其特征在于，包括：一次电缆、第一电流互感器组、第二电流互感器组和微控制器，所述第一电流互感器组和所述第二电流互感器组用于将二次电流输入至整流采样电路，所述微控制器的输出端分别与所述整流采样电路、BUCK电路、BOOST电路、通讯电路和显示电路的输入端连接，所述整流采样电路的输出端分别与所述BUCK电路和所述微控制器的输入端连接，所述BUCK电路的输出端分别与蓄电池和所述微控制器的输入端连接，所述蓄电池的输出端与所述BOOST电路的输入端连接，所述BOOST电路的输出端与电力设备连接，还包括DSP控制电路，所述DSP控制电路的输出端分别与所述BUCK电路和所述BOOST电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，所述第一电流互感器组包括电流互感器L1、L2和L3，所述第二电流互感器组分别包括电流互感器L4、L5和L6，所述电流互感器L1-L6用于采集所述一次电缆上的电流。

3.根据权利要求2所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，所述整流采样电路包括与所述电流互感器对应连接的整流采样单元，所述整流采样单元包括与所述电流互感器连接的稳压二极管、双向晶闸管以及光触发器。

4.根据权利要求1所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，所述DSP控制电路包括驱动电路和光电耦合电路，两路DSP驱动信号分别与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述光电耦合电路的输入端连接，所述光电耦合电路的输出端为Vpulse1A端和Vpulse2A端。

5.根据权利要求4所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，所述驱动电路采用SN74as1034A的六路驱动器芯片，所述光电耦合电路采用TPL350光电耦合器芯片。

6.根据权利要求5所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，还包括开关电路，所述开关电路包括第一开关电路和第二开关电路，所述第一开关电路包括晶体管Q1，所述晶体管Q1的栅极与Vpulse1A端连接，所述第二开关电路包括晶体管Q2，所述晶体管Q2的栅极与Vpulse2A端连接。

7.根据权利要求1所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，还包括与所述蓄电池连接的稳压电路，所述稳压电路包括LM22676-5.0稳压器芯片，所述稳压器的Vin端通过电容C5与电源连接。

8.根据权利要求1所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，还包括升压稳压电路，所述升压稳压电路包括TPS61085升压稳压器芯片。

9.根据权利要求1所述的电流互感器在线取电装置，其特征在于，所述通讯电路包括CMOS总线收发器，所述微控制器的RX端、TX端和PB7管脚分别通过光电耦合器与所述CMOS总线收发器的输入端连接，所述CMOS总线收发器的输出端与排针连接。

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