CN1050001C - 校正电流信号的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

将代表由电流传感器提供的整流电流(Is)的信号(11)施加于校正电路的输入端。对于和理论信号(10)形成相比发生了畸变的校正电路输入信号(11)的形式进行校正以减少rms或平均电流值的误差。如果输出信号和输入信号间的差值低于极限值，校正电路的输出信号等于输入信号；反之，输出信号等于与极限值相等的变化信号(12)。

Description

校正电流信号的方法和装置
本发明涉及用于校正变形的电流信号的方法和装置及包括这种装置的电子跳闸装置。
在交流电中，电流传感器通常是包括一个磁路的电流互感器。原边绕组中是欲测量的电流，副边绕组中流过的是代表欲测量电流的一个电流。众所周知电流传感器是集成在断路器电路中的电子跳闸装置中的。在这类产品中，处理单元使用代表副边绕组中电流的信号根据预置的跳闸曲线进行保护。处理单元计算电流的均方根(rms)值和电流的平方，用于热保护曲线。
电子跳闸装置必须工作在比其额定电流高得多的电平。但对某些电路断路器额定值，电流互感器在跳闸装置的整个测量和保护范围内并不都有线性响应。这些缺点是由于在高电平时电流互感器的磁路饱和及在很低的电平时磁化不足引起的。副边电流变得低于理论值且电流形式不同。电流形式的变化在很宽的工作范围由引起由流互感器的电流响应，在rms值或平均值上比在峰值上更为降低。
某些已知的解决方法可使这类缺点得以部分校正，例如，美国专利第4870532号提出一个装置使测量阻抗根据电流互感器提供的电流而改变。这种解决方法适用于峰值或瞬时电流值，并要求电子功率元件能让从电流互感器来的电流通过。
本发明旨在实现一个校正方法和装置，其能使通过传感器而发生畸变的电流信号被校正，且该方法应用于电子跳闸装置中。
根据本发明，该方法包括连续校正循环，每个循环包括：
将输出量存贮在存贮器中；
测量代表畸变电流信号的输入量；
计算存贮在存贮器中的输出量与测量的输入量间的差值；
确定具有低于或等于预置极限值的减小变化的输出量的新值。
在最佳实施例中，新输出值的确定包括：
比较上述差值与预置极限值；
若差值小于或等于上述极限值，就产生与测量的输入量相等的输出量的新值；
若差值大于极限值，则产生与存贮在存贮器中的输出量和极限值之间的差值相等的输出量的新值。
根据本发明的改进，每个校正循环对应于输入量的一个采样周期。
在一个具体实施例中，输入量的测量包括将畸变电流信号量自乘至高于1次幂。
根据本发明的改进，该方法包括根据输入量的频率极限值确定。
本发明还涉及为实现该方法的校正装置和包括该装置的跳闸装置。
从本发明具体实施例的以下描述中，其他优点和特性将变得更为明显，实施例仅作为非限制例给出，并用下面附图表示：
图1表示现有类型的跳闸装置的简图。
图2说明理论的和畸变的电流信号。
图3和4说明被处理器根据本发明两种实现形式校正的电流信号。
图5表示根据第一实施例的跳闸装置的框图。
图6和7表示根据本发明的校正电路的两个实施例。
图8表示用在图5中的跳闸装置的校正电路的流程图。
图1表示包括电流互感器1的已知类型的电子跳闸装置的框图。电流互感器1包括一个磁路2，经过它，主导体传导原边电流Ip。绕在磁路上的副边绕组4提供与原边电流Ip成比例的副边电流Is。副边绕组与整流电路5的输入相连，与整流电路的输出相连的测量电阻Rm接收整流后的电流。处理电路6包括与测量电阻Rm相联的输入端和与跳闸继电器7相联的输出。处理电路在其输入端接收代表副边电流Is的绝对值或整流值，并依据上述电流值提供一个跳闸信号。
电子跳闸装置必须能在从额定电流值的1/10到15倍的一个很宽的测量范围内工作。然而在一般形式下，电流传感器或电流互感器在低电平和高电平下会产生畸变的副边电流。这种畸变在低电平时由于磁化不足引起，在高电平时畸变则由磁路饱和引起。
代表整流后副边电流的曲线如图2所示。在时间t1和t2之间，整流后的副边电流|Is|的值同其额定值很接近且未表现出任何畸变。在时间t2和时间t3之间，电流很高且畸变。曲线8代表一个畸变电流，其平均或rms值低于曲线9表示的理论上的正弦波电流给出的值。曲线8的畸变电流比曲线9的理论电流更早下降至零值，且在开始时有更快的变化。
校正过程的第一实施例如图3所示。曲线10代表整流后的理论上的正弦波信号，曲线11为代表绝对测量电流值|Is|的畸变信号。根据该校正过程，当畸变信号11开始太快地下降至零且只要它低于上述校正信号12时，就用曲线12代表的校正信号12代替畸变信号11，使之在极限值lim内。在图中这是时间t5和t4之间的情况。在这种情况下，校正过程限制了施加于处理电路的信号的下降，且补偿了该电流平均值或rms值的误差。
校正过程可应用于所有代表电流Is的量，例如，图3中的其绝对值|Is|，或如图4中的其平方值Is2。曲线13代表当电流为正弦时电流平方的理论值，曲线14代表测量的电流平方的畸变曲线，曲线15代表校正曲线。从时间t6开始，由极限值lim所控制具有稳定下降的信号15代替了比信号15有更快下降的信号14。只要信号14保持低于信号15，信号14被信号15的替代就保持有效。在时间t7，对应于一个新区间的开始，信号13和14再次开始上升。然后在时间t8，信号14开始大于信号15，并再次为处理电路所用。
在图4中，信号Ie(t)2，Ic(t)2，Ic(t-1)2的采样说明信号Is2的校正过程。在时间t9采样值Ie(t-1)2被校正并被较高值的采样Ic(t-1)2代替。采样Ic(t-1)2的值被存贮。在时间t10执行下一采样Ie(t)2的校正时被再次使用。采样Ie(t)2低于存贮的采样Ic(t-1)2时，校正过程将用曲线15的等于Ic(t-1)2-lim的采样Ic(t)2代替曲线14的采样Ie(t)2。
包括一个实现电流平方Is2校正过程的装置的跳闸装置框图如图5所示。代表整流后的测量电流的信号施加于模块16的输入端，计算所测量电流的平方。提供信号Is2的模块16的输出与校正装置17的第一输入相联，装置17也在其第二输入端接收存贮在电路18中的预置极限值lim。校正装置17的输出，与处理电路6的输入相联，提供一个根据校正过程的代表校正电流的信号Ic2。
根据第一实施例，适用于所测量电流的绝对值的校正电路结构如图6表示。第一输入接收代表副边电流绝对值的信号|Is|。第二输入接收极限值lim，且在输出端提供校正后的信号Ic。校正电路包括一个采样器19，最大值检测器20，存贮电路21和限制器22。采样器19有一个与校正电路第一输入端相联的输入端和一个与最大值检测器第一输入端相联的输出端。它在其输出端提供一个代表输入信号|Is|的采样信号Ie。最大值检测器20有与限制器22的输出相联的第二输入，以接收信号Ilim(t)。最大值检测器的输出对应于校正电路的输出，与存贮电路21的输入相联。最大值检测器20的输出信号是由对应于是分别加到第一、第二输入端信号Ie和Ilim间所选的最高值的采样构成的。存贮电路21的输出与限制器22的第一输入相联。存贮电路保存输出信号Ic(t)的前次采样值，它给限制器提供代表Ic(t)前次值的信号Ic(t-1)。限制器有对应于校正电路的第二输入，以接收极限值lim。限制器给最大值探测器提供信号Ilim(t)，它对应于出现在第一输入端的校正电路输出信号的以前的值Ic(t-1)和极限值lim之间的差值。每一次Ilim(t)的采样值可以写作：
Ilim(t)＝Ic(t-1)-lim                         (1)且Ic(t)的值为：
Ic(t)＝MAX×(Ie(t)；Ilim(t))                 (2)
这样，每次采样时信号Ilim通过校正信号Ic(t-1)的前次值和预置值lim相减计算求得。如果这样计算得的值Ilim大于测量值Ie，则校正信号与计算值相等。相反，只要测量值Ie大于计算值，校正信号Ic与测量值Ie相等。这样图6的校正电路能够实现图3所示的校正过程。
另外更为复杂的校正电路实施例如图7中所示。与图6相似，该电路包括采样器19，存贮电路21和限制器22。去掉了图6中的最大值电路，校正电路包括一个差分电路23，一个比较电路24和一个选择电路25。差分电路23包括两个输入，第一输入与采样器19的输出相联，第二输入与存贮电路21的输出相联。电路23的输出与比较电路24的第一输入相联。比较电路24的第二输入接收极限值Lim，与选择电路25相联的电路24的输出发送一个控制信号S。与采样器19输出相联的选择电路25的第一输入接收信号Ie(t)，与限制器22输出相联的第二输入接收信号Ilim(t)。选择电路25的输出，对应于校正电路的输出，提供代表校正电流值的信号Ic(t)。差分电路计算从采样器19来的采样值Ie(t)和存贮在存贮电路21中的前次校正采样Ic(t-1)间的差值，差分器输出信号表达式为：Ic(t-1)-Ie(t)。然后电路23的输出信号与极限值lim在比较电路24中进行比较。如果差值Ic(t-1)-Ie(t)大于极限值lim，控制信号S调节选择电路25以将其第一输入端从输出端切断，并将接收信号Il-im的第二输入与其输出相连。于是被限制的电流信号Ilim(t)代替了输入信号Ic(t)。以不同的形式，该电路完成了与图6中电路相同的功能。
校正电路17可包括被编程以执行校正处理的不同步骤的一个微处理器，相应的流程图如图8所示。在步骤27读取样值Ie(t)，在步骤28，将存贮的前次输出的采样值Ic(t-1)与值Ie(t)间的差值和极限值Lim比较，若差值大于或等于lim(输出“是”)，那么(步骤29)输出值Ic(t)等于存贮值Ic(t-1)和极限值lim间的差值，即Ic(t)＝Ic(t-1)-Lim；相反(步骤30)，则输出信号Ic(t)等于输入信号Ie(t)。然后，在步骤31输出信号Ic(t)被存贮，以在下次采样周期中用作前次采样Ic(t-1)，于是输出信号Ic(t)被跳闸装置处理电路所用。
极限值根据几个参数确定，其中主要参数有：采样周期、电流频率，跳闸曲线类型或在高电流点的功率，代表电流的信号最大或额定幅值，和畸变率。例如：对于一个跳闸装置，其能测量最大幅值等于50Hz交流电额定幅值的11倍，并有一个以625μs为周期操作的采样装置，如果以电流的平方进行校正(图4)，则极限值可为最大幅值的大约6％。
在复杂的电子跳闸装置中，极限值可根据电流频率或跳闸曲线类型自动确定。
在这种情况下，电路18(如图5所示)可包括两个附加输入。在其中一个附加输入中，施加一个代表由电流传感器测量的电流频率的信号。其它的附加输入与跳闸曲线类型的选择电路32相联。在图中所示实施例中，校正对|Is|或Is2执行。当P大于或等于1时，例如1.8，3，或4，对|Is|使用相同的校正过程是可能的。在这种情况下，电路32给电路18提供该P值以在确定极限值时考虑。
上述校正主要适用于由电流互感器的饱和造成畸变的电流，但它们对于低电流时由磁化不足造成畸变的电流的校正同样适用。实现校正过程的方式可以用电子线路的形式来实现或集成在程序中并由微处理器处理。在每极有一个要保护的电流传感器的多极跳闸装置时，用于自乘或用以处理的校正电路对于所有副边电流都是共用的。
虽然在某些情况下变化的极限值适合于校正，但极限值最好是固定的且是常量，如极限值可根据非线性函数依赖于代表电流的值。

Claims (9)

1.用于校正畸变电流信号的方法，其特征是包括连续的校正循环，每个循环包括步骤：
在存贮器(21，31)中存贮输出量(12，15，Ic，Ic2)；
测量(19，27)代表畸变电流信号的输入量(11，14，Is，Is2)；
计算(23，28)存贮在存贮器中的输出量(Ic(t-1)，12，15)与测量的输入量间差值；
确定(20，22，24，25，28，29，30)具有低于或等于预置极限值(Lim)的下降变化的输出量(Ic(t)11，12，14，1，5)的新值。
2.根据权利要求1的方法，其特征是新输出值的确定包括以下步骤：
比较(24，28)上述差值和预置极限值(Lim)；
如果差值小于或等于所述极限值(Lim)，产生(30)等于测量输入量(Is，Ie)的输出量(Ic(t))新值；
如果差值大于极限值(Lim)，产生(29)等于存贮在存贮器中的输出量与极限值(Lim)间差值的输出量(Ic(t))的新值。
3.根据权利要求1的方法，其特征是每个校正循环对应于输入量的一个采样周期。
4.根据权利要求1的方法，其特征是输入量的测量包括步骤：将畸变电流信号量自乘(16)至大于1次幂。
5.根据权利要求1的方法，其特征是包括步骤：根据输入量频率(f)确定(18)极限值(Lim)。
6.一种校正装置包括：
接收输入量(Is)的输入端；
提供输出量(Ic)的输出端；
其特征是，它包括：
在与输出端相连的存贮器(21，31)中的用于存储输出量的装置；
与输入端相连的用于测量代表畸变电流信号的输入量的测量装置(19，27)；
与存贮装置和测量装置相连，以计算所存的输出量和测量的输入量之间的差的计算装置(23，28)；
第一确定装置(22，20)，它与存贮器中用于存贮的装置、测量装置、计算装置和输出端相连，以产生具有低于或等于预置极限值(Lim)下降的变化的输出量(Ic)的新值。
7.根据权利要求6的校正装置，其特征是第一确定装置包括：
比较装置(24，28)，与计算装置相连，以比较所述差值和预置极限值；
产生装置(20，22，25，29，30)，与比较装置、测量装置、存贮器中的存贮装置、及输出端相连，以产生输出量的新值，如果差值小于等于上述极限值，则输出量新值等于新测量的输入量，如果差值大于极限值(Lim)，则等于存贮的输出量和极限值之间的差值。
8.电子跳闸装置包括一个处理单元(6)，电流传感器(1)与电流传感器和处理单元相联的校正装置(17)，其特征是校正装置包括一个根据权利要求6的校正装置。
9.根据权利要求8的电子跳闸装置，其特征是它包括：
第二确定装置(18)，其与校正装置相连，以确定极限值(Lim)；
自乘装置(16)，其与校正装置的输入端相连，以将输入量自乘至大于1次幂；
第三确定装置(32)，与第二确定装置(18)和自乘装置(16)相连，以确定上述幂次值。
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