CN112213542A - 一种单线圈取电和测量的电流传感器 - Google Patents

一种单线圈取电和测量的电流传感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单线圈取电和测量的电流传感器，包括取电/采样线圈、电流采集调理电路、电源调理电路和CPU，所述取电/采样线圈的一次侧设置在配电线路上，二次侧分别与电流采集调理电路的输入端和电源调理电路的输入端连接；所述电流采集调理电路的输出端与CPU的数据输入端连接，所述电源调理电路的输出端与CPU的电源端连接，所述CPU的控制端与电源调理电路的控制开关连接；当电流采集调理电路工作时CPU控制关断电源调理电路。本发明采用单线圈进行取电和测量，即满足了电量的获取和电流的采集范围，又缩小了取电线圈的体积，降低了电流传感器的生产成本。

Description

一种单线圈取电和测量的电流传感器
技术领域
本发明涉及一种单线圈取电和测量的电流传感器，属于种电力系统配电网故障监测技术领域。
背景技术
智能配电网的故障监测装置，一般直接安装在6KV到35KV的配电线路上，这类装置的安装机构包含磁回路，通过电磁感应采集传感器的二次电流，实现对输电线缆一次电流的实时监控，实现测量的功能。
目前现有的自取电电流传感器采用的双线圈设计，一个线圈取电，需要线圈输出高功率(电压和电流乘积最大)；另一个线圈采样，需要并接比较小的采样电阻，适应目前的AD采集范围和比较大的电流采集范围。该无线自取电电流传感器通过取能线圈从所安装线路上获得工作电源，并通过测量线圈检测短路和接地故障电流信号，解决了外接电源需要增加二次布线的不足。
由于取电线圈二次侧不能添加限压和限流的电路，不然会影响取电的效率；和采样线圈的调理电路设计原理是相反的，需要并接很小的采样电阻来扩展电流探测的范围。因此，上述双线圈设计的现有的电流传感器体积大且成本高，如果按照传统方式使用一个线圈即取电又采集，满足一定的取电量不仅需要成倍的增加取电线圈的体积，而且增加成本费用，同时电流的探测范围也会成倍的缩小。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种单线圈取电和测量的电流传感器。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，包括取电/采样线圈、电流采集调理电路、电源调理电路和CPU，所述取电/采样线圈的一次侧设置在配电线路上，二次侧分别与电流采集调理电路的输入端和电源调理电路的输入端连接；所述电流采集调理电路的输出端与CPU的数据输入端连接，所述电源调理电路的输出端与CPU的电源端连接，所述CPU的控制端与电源调理电路的控制开关连接；当电流采集调理电路工作时CPU控制关断电源调理电路。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流采集调理电路包括采样电阻、运算放大器和电流调理电路，所述电源调理电路包括整流桥、电量收集调理电路和电源供给电路，所述采样电阻的一端与取电/采样线圈的二次侧一端连接，另一端与整流桥的一输入端连接，整流桥的另一输入端与取电/采样线圈的二次侧另一端连接，整流桥的两输出端与电量收集调理电路的输入端连接，电量收集调理电路的输出端经过电源供给电路与CPU的电源端连接；所述运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流调理电路包括AD转换模块。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电量收集调理电路包括滤波电路，所述电源供给电路包括电源变换电路。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述CPU还连接有无线收发模块。
第二方面，本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，包括上述任意所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，还包括第一采样线圈、第一电流采集调理电路、第二采样线圈和第二电流采集调理电路，所述取电/采样线圈、第一采样线圈和第二采样线圈的一次侧分别设置在配电线路的不同相线上，所述第一采样线圈的二次侧经过第一电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接，所述第二采样线圈的二次侧经过第二电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述第一电流采集调理电路包括第一采样电阻、第一运算放大器和第一电流调理电路，所述第一采样电阻串联在第一采样线圈的二次侧，所述第一运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第一电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述第二电流采集调理电路包括第二采样电阻、第二运算放大器和第二电流调理电路，所述第二采样电阻串联在第二采样线圈的二次侧，所述第二运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第二电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流调理电路包括AD转换模块。
第三方面，本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，包括上述任意所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，所述的取电/采样线圈和电流采集调理电路分别有三路，每一路分别对应设置在三相配电线路的不同相线上，所述三路取电/采样线圈的输出端分别与电源调理电路的输入端连接。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明采用单线圈进行取电和测量，即满足了电量的获取和电流的采集范围，又缩小了取电线圈的体积，降低了电流传感器的生产成本。
本发明把采样电阻放置在整流桥的前面，通过隔离的运算放大器采集采样电阻两端的电压，通过数据采集调理辅助完成电流采样；正常情况下，电量收集调理电路吸收电流的多少会影响采样电阻的电流，从而影响整个系统电流采集的精度，尤其低电流时，影响更大，因此，为了解决这个问题，让CPU部分在电流数据采集时关断电量收集调理部分，从而得到更稳定的流过采样电阻的电流，获得更高的精度。
本发明的单线圈取电和测量的电流传感器不仅能够进行单相电流采样，而且可以进行三相电流采样。
附图说明：
图1是根据一示例性实施例示出的一种单线圈取电和测量的电流传感器的结构图；
图2是本发明所述的一种电流采集调理电路和电源调理电路的电路图(即图1中A所示的展开电路图)；
图3是本发明所述的一种单线圈取电和测量的三相电流传感器的电路图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，包括取电/采样线圈、电流采集调理电路、电源调理电路和CPU，所述取电/采样线圈的一次侧设置在配电线路上，二次侧分别与电流采集调理电路的输入端和电源调理电路的输入端连接；所述电流采集调理电路的输出端与CPU的数据输入端连接，所述电源调理电路的输出端与CPU的电源端连接，所述CPU的控制端与电源调理电路的控制开关连接；当电流采集调理电路工作时CPU控制关断电源调理电路，所述CPU还连接有无线收发模块。
本发明采用单线圈进行取电和测量，解决了低功耗取电情况下，单线圈数据采集和供电切换问题；离开了低功耗这个前提，可以完成该功能的器件选择有很多，方式也很简单。
作为本实施例一种可能的实现方式，如图2所示，所述电流采集调理电路包括采样电阻R1、运算放大器Y1和电流调理电路，所述电源调理电路包括整流桥B1、电量收集调理电路和电源供给电路，所述采样电阻的一端与取电/采样线圈的二次侧一端连接，另一端与整流桥B1的一输入端连接，整流桥B1的另一输入端与取电/采样线圈的二次侧另一端连接，整流桥B1的两输出端与电量收集调理电路的输入端连接，电量收集调理电路的输出端经过电源供给电路与CPU的电源端连接；所述运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
如图2所示，把采样电阻R1(0.5欧姆)放置在电量采集桥B1的前面，通过隔离的Y1运算放大器采集R1两端的电压，通过数据采集部分辅助调理完成电流采样；正常情况下，电量收集调理部分吸收电流的多少会影响R1的电流，从而影响整个系统电流采集的精度，尤其低电流时，影响更大。为了解决这个问题，让CPU部分在电流数据采集时关断电量收集调理部分，从而得到更稳定的流过R1的电流，获得更高的精度。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电流调理电路包括AD转换模块。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述电量收集调理电路包括滤波电路，所述电源供给电路包括电源变换电路。
实施例2
本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，包括实施例1所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，还包括第一采样线圈、第一电流采集调理电路、第二采样线圈和第二电流采集调理电路，所述取电/采样线圈、第一采样线圈和第二采样线圈的一次侧分别设置在配电线路的不同相线上，所述第一采样线圈的二次侧经过第一电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接，所述第二采样线圈的二次侧经过第二电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述第一电流采集调理电路包括第一采样电阻、第一运算放大器和第一电流调理电路，所述第一采样电阻串联在第一采样线圈的二次侧，所述第一运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第一电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述第二电流采集调理电路包括第二采样电阻、第二运算放大器和第二电流调理电路，所述第二采样电阻串联在第二采样线圈的二次侧，所述第二运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第二电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述的电流调理电路、第一电流调理电路和第二电流调理电路均采用AD转换模块。
实施例3
如图3所示，本发明实施例提供的一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，包括实施例1所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，所述的取电/采样线圈和电流采集调理电路分别有三路，每一路分别对应设置在三相配电线路的不同相线上，所述三路取电/采样线圈的输出端分别与电源调理电路的输入端连接。
如图3所示，Y1运算放大器采集R1两端的电压，通过对应电流调理电流完成该相的电流采样；Y2运算放大器采集R2两端的电压，通过对应电流调理电流完成该相的电流采样；Y3运算放大器采集R3两端的电压，通过对应电流调理电流完成该相的电流采样；整流桥B1的两输出端、整流桥B2的两输出端和整流桥B3的两输出端分别与电量收集调理电路的输入端连接，共用一个电量收集调理电路。另外，还可以对每一路取电/采样线圈配备一路电源调理电路，即取电/采样线圈、电流采集调理电路和电源调理电路各有三路，每一路分别对应设置在三相配电线路的不同相线上。
正常情况下，电量收集调理部分吸收电流的多少会影响R1的电流，从而影响整个系统电流采集的精度，尤其低电流时，影响更大。为了解决这个问题，让CPU部分在电流数据采集时关断电量收集调理部分，从而得到更稳定的流过R1的电流，获得更高的精度。
本发明的单线圈取电和测量的电流传感器不仅能够实现如实施例1所述的单相电流采样，而且可以像实施例2和3进行三相电流采样，实施例2采用3相电流互感器中其中一相单线圈具备取电和测量功能，实施例3则是三路同时取电和测量。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，包括取电/采样线圈、电流采集调理电路、电源调理电路和CPU，所述取电/采样线圈的一次侧设置在配电线路上，二次侧分别与电流采集调理电路的输入端和电源调理电路的输入端连接；所述电流采集调理电路的输出端与CPU的数据输入端连接，所述电源调理电路的输出端与CPU的电源端连接，所述CPU的控制端与电源调理电路的控制开关连接；当电流采集调理电路工作时CPU控制关断电源调理电路。
2.根据权利要求1所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述电流采集调理电路包括采样电阻、运算放大器和电流调理电路，所述电源调理电路包括整流桥、电量收集调理电路和电源供给电路，所述采样电阻的一端与取电/采样线圈的二次侧一端连接，另一端与整流桥的一输入端连接，整流桥的另一输入端与取电/采样线圈的二次侧另一端连接，整流桥的两输出端与电量收集调理电路的输入端连接，电量收集调理电路的输出端经过电源供给电路与CPU的电源端连接；所述运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
3.根据权利要求2所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述电流调理电路包括AD转换模块。
4.根据权利要求2所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述电量收集调理电路包括滤波电路，所述电源供给电路包括电源变换电路。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述CPU还连接有无线收发模块。
6.一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，其特征是，包括权利要求1至5任意一项所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，还包括第一采样线圈、第一电流采集调理电路、第二采样线圈和第二电流采集调理电路，所述取电/采样线圈、第一采样线圈和第二采样线圈的一次侧分别设置在配电线路的不同相线上，所述第一采样线圈的二次侧经过第一电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接，所述第二采样线圈的二次侧经过第二电流采集调理电路与CPU的数据输入端连接。
7.根据权利要求6所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述第一电流采集调理电路包括第一采样电阻、第一运算放大器和第一电流调理电路，所述第一采样电阻串联在第一采样线圈的二次侧，所述第一运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第一电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
8.根据权利要求6所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述第二电流采集调理电路包括第二采样电阻、第二运算放大器和第二电流调理电路，所述第二采样电阻串联在第二采样线圈的二次侧，所述第二运算放大器的两输入端分别连接在采样电阻的两端，输出端经过第二电流调理电路与CPU的数据输入端连接。
9.根据权利要求7或8的一种单线圈取电和测量的电流传感器，其特征是，所述电流调理电路包括AD转换模块。
10.一种单线圈取电和测量的三相电流传感器，其特征是，包括权利要求1至5意一项所述的一种单线圈取电和测量的电流传感器，所述的取电/采样线圈和电流采集调理电路分别有三路，每一路分别对应设置在三相配电线路的不同相线上，所述三路取电/采样线圈的输出端分别与电源调理电路的输入端连接。
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