CN113884741A - 一种大电流检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大电流检测传感器，包括主电流回路、控制装置、存储介质，主电流回路包含有电流传感器、总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn，总端子Port1分别经多条分流支路R1、R2……Rn连接至总端子Port2，电流传感器用于磁感应分流支路R1上的电流；控制装置包含有控制器和检测电路，检测电路用于采集电流传感器输出的电压数据经AD通道给到控制器；存储介质存储有检测程序，检测程序存储有事先在通入固定直流电流I总下，用电流测量仪器分别测量各分流支路所获得的电流标定数据I1、I2……In，检测程序当被控制器执行时实现以下步骤：获取分流支路A上的实时电流数据；根据I总与I1之间的比例关系及实时电流数据，计算总端子Port1上的总电流。

Description

一种大电流检测传感器

技术领域

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种大电流检测传感器。

背景技术

80年代中期，国际上以美铝Aloca697及P225电解槽工业化应用，Pechiney在F系列采用AP18槽型之后，180～200kA级容量电解槽成为国际先进铝电解技术的典型代表，并被其他西方国家所效仿(如瑞士铝业、加拿大铝业、挪威海德鲁等)。与此同时，280～300kA级的特大型电解槽也逐步开始了其工业化的进程。物理场(“三场”)研究的成果，也将中国铝电解技术发展推向了一个重要的转折点，在行业内逐步建立了走自主开发道路和打造我国铝电解技术创新体系的信心。另外，这几年等离子体烧结电源(SPS)发展迅速，电流等级也是越来越高，从几年前的几千安培到现在的300kA以上。不仅仅电流容量越来越大，对电流精度指标也越来越高，准确控制的电流更加能提高铝电解和烧结的质量。

对如此大的电流进行高精度检测是一件非常困难的事情。通常的做法是采用多个常规电流传感器+分流的方式进行测量，如图1所示，在各分流线路上配置一样的常规电流传感器，在电流测量时只需将各常规电流传感器的电流相加，即可等到总电流的大小。

该方法在总电流不变化时，只要将各常规电流传感器进入控制电路AD(模拟量变为数字量)转换的数据相加即可得到总电流的大小，但此方法需要各常规电流传感器的AD转换同时进行，实际中，由于控制电路中AD转换芯片一般只能一路一路的转换，因此会导致存在先后关系，使得控制电路在进行各分流数据相加时，有的是前一刻的数据，有的是当前的数据，导致计算出的当前时候的总电流不一样，偏差较大。即使增加能同时转换多路的AD转换芯片，由于该类芯片转换时间较长，也会对快速变化的电流没法实时测量。且该方法需要使用多个常规电流传感器，不但成本很高，且体积很大。

此外另有测试方法如CN201620633389.8所示，通过对交流电一次大电流分流，用普通电流互感器测量分流电流，再将测量值扩大相应倍数，得出大电流数值，此种方法由于由于加工、装配等工艺影响，各分流支路在实际中不可能做到阻抗参数完全一样，那通过测量其中一根分流支路大小，再乘以分流支路数量计算总电流的方法是不准确的，存在较大电流误差。

再者就是向传感器厂家定做，不断将电流传感器电流等级、尺寸等做大，满足大电流检测需求。定做传感器成本很高，且货期很长，尤其是定做既要电流大，又要定做频率带宽宽的传感器，基本是不可能实现。

发明内容

本发明为改善现有技术的不足之处，采用分流+单只常规传感器+标定存储的方法对大电流进行检测，不但检测精度指标、响应速度、频率带宽等与常规电流传感器一样，达到无损失，而且成本较低。

依据本发明的一个方面，提供一种大电流检测传感器，包括主电流回路、控制装置、存储介质，所述主电流回路包含有电流传感器、总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn，所述总端子Port1分别经多条分流支路R1、R2……Rn连接至所述总端子Port2，所述电流传感器用于磁感应分流支路R1上的电流；所述控制装置包含有控制器和检测电路，所述检测电路用于采集电流传感器输出的电压数据经AD通道给到所述控制器；所述存储介质存储有检测程序，所述检测程序存储有事先在通入固定直流电流I总下，用电流测量仪器分别测量各分流支路所获得的电流标定数据I1、I2……In，所述检测程序当被控制器执行时实现以下步骤：获取分流支路A上的实时电流数据；根据I总与I1之间的比例关系及所述实时电流数据，计算总端子Port1上的总电流。

有益效果：

1、本发明采用分流+单只常规传感器+标定存储方法，高精度测量出大电流，测量精度与常规电流传感器一样，与是否大电流没有关系；

2、本发明的测试性能指标主要取决于常规电流传感器本身，如绝缘等级、测量精度、频率带宽等，大大简化了大电流传感器性能指标实现难的问题；

3、本发明的方法免去了特殊开模和定制，使大电流传感器成本大大降低，缩短货期，解决了购买难的问题。

所述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的所述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1示出了实施大电流高精度常规测量方法的电气示意图；

图2示出了本发明传感器的电气示意图；

图3示出了本发明传感器的结构示意图；

图4示出了本发明传感器在测算标定参数时的电气示意图；

图5示出了本发明传感器的拓扑结构。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实施例的大电流传感器如图5所示，由人机交互设备、控制装置、主电流回路组成。

主电流回路主要完成分流和电流采集，其结构如图2、图3所示，包含有电流传感器Am1、总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn，总端子Port1分别经多条分流支路R1、R2……Rn连接至所述总端子Port2，电流传感器Am1用于磁感应分流支路R1上的电流。

上述中，总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn均设置为铜排，以使回路能传输大电流，通过将总端子Port1和总端子Port2的尺寸作宽，使得允许流通的额定电流范围可达到280～300kA，使大电流传感器足以用于280～300kA级的特大型电解槽测试。其中进一步需要通过裁剪或注塑工艺将总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn设置为一体成型，不以焊接进行相连，以保证长期使用中不会应连接点(如焊接点)松脱、损坏或老化导致分流支路的分流值发生变化。

本实施例中，控制装置完成对电流传感器的采样、标定、存储、计算和传输功能，其包含有控制器和检测电路。控制器为FPGA以实现高速数据处理，并带有AD通道，以及外挂有EEPROM作为计算机可读存储介质。检测电路用于采集电流传感器Am1输出的电压数据，并经AD通道给到控制器。

人机交互设备为电脑或触摸显示屏，主要完成电流的实时显示和电流标定数据(简称标定参数)的设置。

本实施例中，存储介质存储有检测程序，检测程序存储有事先在通入固定直流电流I_总下，用电流测量仪器分别测量各分流支路所获得的电流标定数据I₁、I₂……I_n，检测程序当被控制器执行时实现以下步骤：获取分流支路A上的实时电流数据；根据I_总与I₁之间的比例关系及实时电流数据，计算总端子Port1上的总电流。其中计算方法进一步包括用实时电流数据乘以I_总/I₁来换算出总端子Port1上的总电流。

具体地，例如当电流从传感器的总铜排Port1流入，Port2流出时，电流经总铜排Port1后流入若干根分铜排R1～R5，再汇集到总铜排Port2，最后从总铜排Port2流出。图2、3中在分铜排R1上设置了电流传感器Am1，其它铜排上没有设置传感器。R1～R5铜排电流之和等于总电流，即I_总＝I₁+I₂+I₃+I₄+I₅；若R1～R5分流排阻抗参数一样，流过各分铜排的电流大小相同，则通过测量R1号铜排电流大小就可以计算出总电流的大小，即I_总＝I₁*5。

从以上可以看出，电流传感器额定电流只需选取总电流1/5的大小就可以，若1/5总电流大小的传感器还不是常规电流传感器，则可以通过增加分流铜排数量减少单根分流铜排电流，以便选到合适的常规电流传感器。例如，测量300kA电解槽电流大小的时候，可以选取市场上已经存在的60kA额定电流大小的电流传感器进行测量，将其安装在由5根阻抗参数一致的其中一根分流排上，由测量一根分流排电流的大小，计算出总电流的大小，即I_总＝I₁*5。

但分流铜排阻抗参数由于加工、装配等工艺影响，不可能阻抗参数完全一样，那通过测量其中一根分流排电流大小，再乘以分流铜排数量计算总电流的方法是不准确的，存在较大电流误差。为了解决这个问题，可以在每一根分流铜排上设置一相同的常规电流传感器进行总电流测量，只需要将各分流铜排上电流传感器电流相加即可得到总电流值。该方法最大弊端就是成本非常高，不经济：1)需要使用大量的电流传感器，有多少分流铜排就要有多少电流传感器；2)对测量系统要求也很高，每个电流传感器信号都得接入测量系统，有多少传感器就得有多少输入通道，且电流各输入通道得同时进行AD转换，若不同时(同步)，存在先后关系，则在总电流变化较快时出现计量不准确的现象。

本实施例中，采取标定的方法，先给大电流传感器通入固定直流电流，用电流测量仪器分别将各分流铜排上的电流测量下来，并将各分流铜排的测量电流数据保存在存储介质中。需要实时测量电流时，将存储介质中的数据取出作为当前电流的计算依据。例如，对如图3所示传感器从总铜排Port1通入直流电流标定，此时用电流测量仪器分别测量R1铜排、R2铜排、R3铜排、R4铜排和R5铜排的电流，测量值分别为I₁、I₂、I₃、I₄、I₅，且电流传感器装在R1铜排上，则总电流的计算公式为：I_总＝I_测+(I₂+I₃+I₄+I₅)*I_测/I₁。

假如标定时R1铜排的I₁测量值为500A、R2铜排的I₂测量值为550A、R3铜排的I₃测量值为450A、R4铜排的I₄测量值为600A、R5铜排的I₅测量值为400A，并分别将测量电流保存在了存储介质中，待测试大电流时，控制器取出保存在芯片中的标定值。若当前R1铜排上I_测为60000A，与传感器控制芯片取出标定值一同代入总电流计算公式中得:

I_总＝60000+(550+450+600+400)*60000/500＝300000A。

即当前经过大电流传感器的电流为300000A，常规电流传感器检测到的电流只是60000A而已，其余几根铜排上分得的电流是通过事先标定的方法依据计算公式计算出来的。

本实施例的大电流高精度检测方法采用单只常规传感器+标定存储方法加工制造，无需定做开模，大大减少了成本和订货周期，甚至做到了从无法实现到容易实现的过程。

本实施例中，如图4所示，给传感器进行标定时需要准备恒流源、负载、直流电流测量仪器、导线和传感器专用控制板，上述的固定直流电流通过恒流源给出，以确保电流精度，同时对标定的结果可以通过人机交互设备保存到存在介质中。进一步地，赋予电流标定数据具有可编辑属性，可在后期中通过人机交互设备进行编辑修改，以适应实际改变。

本实施例所用的方法，可转化为可存储于计算机存储介质中的程序步骤及装置，通过被控制器调用执行的方式进行实施，其中所述装置应当被理解为计算机程序实现的功能模块。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (7)

1.一种大电流检测传感器，包括主电流回路、控制装置、存储介质，

所述主电流回路包含有电流传感器、总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn，所述总端子Port1分别经多条分流支路R1、R2……Rn连接至所述总端子Port2，所述电流传感器用于磁感应分流支路R1上的电流；

所述控制装置包含有控制器和检测电路，所述检测电路用于采集电流传感器输出的电压数据经AD通道给到所述控制器；

其特征在于，所述存储介质存储有检测程序，所述检测程序存储有事先在通入固定直流电流I_总下，用电流测量仪器分别测量各分流支路所获得的电流标定数据I₁、I₂……I_n，所述检测程序当被控制器执行时实现以下步骤：

获取分流支路A上的实时电流数据；

根据I_总与I₁之间的比例关系及所述实时电流数据，计算总端子Port1上的总电流。

2.如权利要求1所述的大电流检测传感器，其特征在于，所述计算方法进一步包括用实时电流数据乘以I_总/I₁来换算出总端子Port1上的总电流。

3.如权利要求2所述的大电流检测传感器，其特征在于，总端子Port1和总端子Port2的尺寸设定为允许流通的额定电流范围为280～300kA。

4.如权利要求3所述的大电流检测传感器，其特征在于，所述总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn均为铜排。

5.如权利要求4所述的大电流检测传感器，其特征在于，所述总端子Port1、总端子Port2和多条分流支路R1、R2……Rn经裁剪或注塑一体成型。

6.如权利要求1所述的大电流检测传感器，其特征在于，所述固定直流电流通过恒流源给出。

7.如权利要求1所述的大电流检测传感器，其特征在于，所述电流标定数据具有可编辑属性，所述大电流检测传感器包括有人机交互设备，用于和所述控制器通信，并完成电流的显示和电流标定数据的设置。

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