CN104569545A - 一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，包括用于连接在电流互感器罗氏线圈的信号输出端以满足不同档位一次电流测量要求的电阻适配电路，该电阻适配电路受控于多档位开关控制回路，所述电阻适配电路的信号输出端与电流互感器的采集单元连接。该宽范围测量用控制电路能够实现高精度罗氏线圈在不同档位额定一次电流下，输入到采集单元的二次输出模拟小信号为定值，那么在进行不同档位一次电流的测量时，只需要调节对应的多档位控制开关，匹配对应的适配电路，就可以将采集单元的输出值控制在其要求的范围内，达到用单一高精度罗氏线圈实现几安培甚至几万安培的额定一次电流测量。

Description

一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路

技术领域

本发明属于智能变电站领域，具体涉及一种基于罗氏线圈型电子式电流互感器宽范围测量用控制电路。

背景技术

随着国内工业及居民用电量的提升，电网容量需不断扩大以满足经济发展的需要，新一代智能变电站的建设得到了越来越广泛的发展。在新一代智能变电站中，对大电流的测量技术关系到保护数据的可靠性及稳定性，对小电流的测量技术关系则到计量数据的可信性及公平性。

随着工业制造技术的进步，采用先进的绕线技术和多层屏蔽技术，可加强罗氏线圈绕制均匀度和抗电磁干扰能力，同时罗氏线圈具有无铁芯、无磁滞损耗、无磁饱和、测量频带宽、测试范围广等优点。高精度罗氏线圈的制造技术及模拟小信号高保真处理技术，为单罗氏线圈的宽范围测量技术提供了实现条件，基于罗氏线圈的高精度测量技术可满足新形势下智能电网对一次电流测量的需求。

由于罗氏线圈无铁芯，测量范围不受骨架材料限制，当测量一次大电流时，可实现测量设备小型化、轻量化。但是罗氏线圈型电流互感器一般适用于小电流信号的测量，其在小量程条件下传变精度可达到0.02级，如果要实现一次导体的大额定电流测量，就需要设计较为可靠的匹配电路，控制采集单元的输出值在其量程范围内，以达到宽范围测量的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，以满足罗氏线圈互感器对不同规格一次电流的测量要求。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，包括用于连接在电流互感器罗氏线圈的信号输出端以满足不同档位一次电流测量要求的电阻适配电路，该电阻适配电路受控于多档位开关控制回路，所述电阻适配电路的信号输出端与电流互感器的采集单元连接。

所述电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，所述匹配电路为串联的电阻分压支路，该分压支路用于与罗氏线圈的输出端连接，分压支路的一个分压电阻通过一个切换开关并接在采集单元的输入端；每个分压支路上串接有一个控制开关，该控制开关与对应的切换开关为双联同步开关。

所述电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，所述匹配电路包括通过一个切换开关并接在采集单元输入端的分压电阻，该电阻适配电路的主电路上也串接有一个分压电阻。

所述多档位开关控制回路包括用于连接在电源正负极之间的一个多档位开关，该多档位开关的各静触点支路上分别串接有对应切换开关的线圈。

每个切换开关的线圈上并联有一个二极管。

本发明基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路设计了一个受控于多档位开关控制回路的电阻适配电路，能够实现高精度罗氏线圈在不同档位额定一次电流下，输入到采集单元的二次输出模拟小信号为定值，那么在进行不同档位一次电流的测量时，只需要调节对应的多档位控制开关，匹配对应的适配电路，就可以将采集单元的输出值控制在其要求的范围内，达到用单一高精度罗氏线圈实现几安培甚至几万安培的额定一次电流测量。

另外，对标准罗氏线圈电流互感器进行校验时，采用该控制电路可无需改变标准罗氏线圈的一、二次接线，提高其测试效率及测试过程的安全性。

附图说明

图1为基于罗氏线圈的电流互感器宽范围测量用控制电路的原理图；

图2为多档位开关控制回路的电路图；

图3为电阻适配电路第一实施例电路原理图；

图4为电阻适配电路第二实施例电路原理图；

图5为本发明控制电路的等效原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1所示为本发明基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路的原理图，由图可知，该电路包括用于连接在电流互感器罗氏线圈的信号输出端以满足不同档位一次电流测量要求的电阻适配电路，该电阻适配电路受控于多档位开关控制回路，且该电阻适配电路的信号输出端与电流互感器的采集单元连接。

如图2所示，第一种实施例的电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，每个匹配电路包括通过一个切换开关QHnA并接在采集单元输入端的分压电阻Rn-1，该电阻适配电路的主电路上也串接有一个分压电阻Ra。

如图3所示，第二种实施例的电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，该匹配电路为至少由电阻Rn-1、Rn-2串联构成的电阻分压支路，该分压支路用于与罗氏线圈的输出端连接，分压支路的一个分压电阻Rn-1通过一个切换开关QHnA并接在采集单元的输入端；每个分压支路上还串接有一个控制开关QHnB，该控制开关QHnB与对应的切换开关QHnA为双联同步开关。

如图4所示，本实施例的多档位开关控制回路包括用于连接在电源正负极之间的一个多档位开关K，该多档位开关的各静触点支路上分别串接有对应切换开关的线圈QH1/QH2……/QHn(n根据一次电流测量档位个数确定)，且每个切换开关的线圈上并联有一个对应的二极管D1/D2……/Dn。另外，该控制回路上还串接有分压保护电阻R1和R2。

在设计该控制电路时，首先必须确定电阻适配电路的分压电阻的阻值，其具体的计算原理和过程如下：以图2的实施例进行说明，通过多档位开关K的切换将直流220V电源接入到其回路内，使对应QHn的线圈供电支路导通，输入驱动电压信号到对应的切换开关QHnA，使其触发动作，控制高精度罗氏线圈信号输出端、采集单元输入端两部分与电阻适配电路的匹配，在额定一次电流发生改变时，通过多档位开关控制回路，使电阻适配电路总输出阻抗也按一定比例发生改变，可实现罗氏线圈二次输出模拟小信号维持在一定值。

如图5所示，若高精度罗氏线圈感应电压信号为U_in，经高精密电阻网络调理后输出U_out，其值设为定值u₀，Ra(相当于图3中的Rn-2)和Rx(相当于图2和图3中的Rn-2)均为航空级电阻元器件，Rb为采集单元等效电阻，其中Ra和Rb均为定值。

根据电磁感应，高精度罗氏线圈感应电压信号U_in与被测一次电流成比例，其中k为比例系数，I为被测一次电流值，即

U_in＝k·I

同时，由电路原理得：

$u_o=\frac{\frac{R_2\·R_x}{R_2+R_x}}{\frac{R_2\·R_x}{R_2+R_x}+R_1}\·U_{\mathrm{in}}$

整理后可得：

$R_x=\frac{u_0{R}_1{R}_2}{R_2\mathrm{KI}-(R_1+R_2)u_0}$

根据不同一次电流I，确定相应电阻值R_x，可使高精度罗氏线圈输出模拟电压信号u₀为定值。

在本发明宽范围测量用控制电路设计完成后，多档位开关根据不同档位的一次测量电流，将多档位继电器开关接入到直流220V电源回路中，连接对应的静触点支路。若多档位开关接入继电器QHn，则继电器内部双联同步开关QHnA和QHnB动作闭合，将罗氏线圈信号和采集单元接入对应档位的分压电阻Rn-1和Rn-2网络中，如图3所示，实现不同档位一次电流的测量。

需要说明的是本实施例中的分压电阻支路由至少两个电阻串联构成，当然也可以采用多个电阻以串联、并联等方式实现，在此不再一一列举。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，其特征在于：包括用于连接在电流互感器罗氏线圈的信号输出端以满足不同档位一次电流测量要求的电阻适配电路，该电阻适配电路受控于多档位开关控制回路，所述电阻适配电路的信号输出端与电流互感器的采集单元连接。

2.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，其特征在于：所述电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，所述匹配电路为串联的电阻分压支路，该分压支路用于与罗氏线圈的输出端连接，分压支路的一个分压电阻通过一个切换开关并接在采集单元的输入端；每个分压支路上串接有一个控制开关，该控制开关与对应的切换开关为双联同步开关。

3.根据权利要求1所述的基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，其特征在于：所述电阻适配电路包括至少一个档位的匹配电路，所述匹配电路包括通过一个切换开关并接在采集单元输入端的分压电阻，该电阻适配电路的主电路上也串接有一个分压电阻。

4.根据权利要求2或3所述的基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，其特征在于：所述多档位开关控制回路包括用于连接在电源正负极之间的一个多档位开关，该多档位开关的各静触点支路上分别串接有对应切换开关的线圈。

5.根据权利要求4所述的基于罗氏线圈型电流互感器宽范围测量用控制电路，其特征在于：每个切换开关的线圈上并联有一个二极管。