CN1502996A

CN1502996A - 一种电压电流信号的检测隔离及传输装置

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Publication number: CN1502996A
Application number: CNA021448779A
Authority: CN
Inventors: 伟吴; 吴伟
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-09

Abstract

本发明涉及一种应用于电力系统的电压电流传感器，具体地说是一种在导体上直接取得电流信号和在电阻上取得的电压信号经频率变换电路变换，最后将信号送入计算机监控系统，以此来检测电压电流的装置。其特征在于检测放大电路将获取的电流信号U_EF或电压信号U_EF′送运算放大器IC₁、IC₂二级放大，至调制隔离解调电路中的IC₄调制为开关信号，经光耦PC或变压器隔离后，送至解调部分的检波、滤波电路，再通过运算放大器IC₃放大后得到交流信号，传输至监控系统。本发明应用频率变换电路，可以使采集信号范围宽、线性好，精度高，长期稳定性优于已有的各类检测方法。

Description

一种电压电流信号的检测隔离及传输装置

技术领域

本发明涉及一种应用于电力系统的电压电流传感器，具体地说是一种在导体上直接取得电流信号和在电阻上取得的电压信号经频率变换电路变换，再由光耦、光纤或者变压器隔离后，再经频率变换电路的解调，最后将信号送入计算机监控系统，以此来检测电压电流的装置。

背景技术

目前，在电力系统中检测电流的方法较多，有电磁场耦合检测法如电流互感器，霍尔元件，光电互感器来实现间接检测；但随着电力事业的发展，其传输过程中的电压等级也在不断提高，常用的电流检测方法就存在着笨重，稳定性差，由于磁饱和的作用导致检测范围窄，精度低，加工和安装难度大等许多缺点。

简单的光耦隔离的方法在实际应用中，也存在着各种漂移现象，如光耦的发光二极管在长期通电运行过程中，其发光亮度要衰减，这样就限制它在工程中的应用范围和时间。

在各种的有源检测中，都存在着一个共同的问题就是一个信号线和两个电源线在工程安装过程中容易产生错误，从而导致不必要的损失和误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种能直接检测电压电流的方法及装置，可实现检测范围宽，精度高稳定性好，易于操作，安全可靠。

本发明是由检测放大电路、调制隔离解调电路、信号传输电路、电源电路等部分组成，其特征如下：

1.检测放大电路

电流信号的采集是在导体上取E、F两点，其长度ΔL为0.5～100cm，将其作为取样电阻，当有电流流经导体时，将产生微小的电压降U_EF；以获得电流流经导体时的微小电压降U_EF。

电压信号的采集是将三个电阻串联后与被测电源相联，在中间的电阻的两端E、F上取出电压信号U_EF，因三个电阻的阻值较大，这样就能实现微功耗的电压检测。

将已获得的电压信号U_EF、电流信号U_EF送到二级放大器IC₁、IC₂进行放大。

2.调制隔离解调电路

经过放大的电流信号与频率变换电路相连，经过与高频的载频信号调制，其方法多种多样，主要的方法有调幅，调频，调相等，这几种方法都是使低频信号在载波信号的作用下，变成一个高频的开关信号，使原来的模拟信号变成为一个开关信号，这样就避免了发光二极管LED等器件的各种漂移(温漂、时漂)。

隔离部份可以用变压器，光耦、光纤等构成。经光耦PC或变压器隔离后，送至解调部分的检波、滤波电路，再通过运算放大器IC₃放大后得到交流信号，传输至监控系统。

变压器做为隔离元件时，只要将变压器做成绝缘性好，而且能满足各种电压等级的即可。普通光耦只适用于低压。

高压光电隔离器件是由强度高、绝缘性能好的不透光的密闭管，一个发光二极管和一个接收光电管组成，在光电管内可以用光纤将发光二极管与一个接收光电管连接，或加光纤连接，而用空气、通光，透明度好的，绝缘度高的气体、固体、液体等充填。光纤隔离时，也可以实现本办法的功能。

解调部份是调制部分的反变换，只是与调制部份的方法相对应，就能实现线性的不失真变换。

3.信号传输电路

只要在直流电源的输出端的正负两极各连接一个电感器L₁或在正负两极只联接一个电感器，由于电感器对直流电源呈现低阻状态，且经过两条电线l₁、l₂后，它能给传感器提供一个稳定的直流电源，而电感器对于交流信号来说却呈现高阻状态，交流信号不能顺利通过，只要在电感器之前将传感器的信号检出，就能实现双线传输交流信号和提供直流电源的双重功能。同样由于采用的交流电流在两条电线l₁、l₂间传输，所以它的抗干扰能力强。

用整流桥电路可以实现电源极性变换，这样就能保证在实现工程的安装过程中，不因电源的正负极性而损坏传感器的功能。

4.电源电路

电源可以采用两种方法：

其一，直流逆变方法，就是用电子振荡电路产生一个固定频率的信号，经变压器后送至高压测的整流稳压电路。

其二，用速饱和电流互感器产生一个交流电压后，经整流送至稳压电路。

本发明采用双线式传输，整流桥极性变换，使人们在工程安装过程中不可能产生误操作，简单、方便、可靠。

本发明应用频率变换电路，可以使采集信号范围宽、线性好，精度高，长期稳定性优于已有的各类检测方法。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明用于分体传输的电路原理图。

图3为本发明采用变压器隔离时的电路原理图。

图4为本发明采用高压隔高时的电路原理图。

图5为本发明采用高压光电隔离管时的电路原理图。

图6为本发明检测电压时的取样原理图。

具体的实施方式

本发明的电流检测原理基于欧姆定律，ΔU＝I×ΔR，其中I为流过导体的电流，ΔU为为流过导体的电流在E、F两点间的电压降，将ΔU送入由R₁、R₂和IC₁组成的放大器后，该放大信号由R₃、R₄和IC₂组成的放大器再次放大。

本发明的电压检测原理基于欧姆定律，图1中将三个电阻串联后与被测电源相联，在中间的电阻上取出E、F两点间的电压信号U_EF，因三个电阻的阻值较大，这样就能实现微功耗的电压检测。将U_EF′送入由R₁、R₂和IC₁组成的放大器后，再将该放大信号送入由R₃、R₄和IC₂组成的比例积分放大器再次放大。

将经过IC₂放大后的信号，经由IC₄组成的V/F调制器调制成频率受电压控制的开关信号，经C₅隔直后送至光耦PC的发光管阳极，其阴极与隔离电源地相连。

经光耦隔离后的频率可变的开关信号，经过二极管D₂检波及电容C₃和R₁₀滤波后，送至由R₁₂、R₁₃和IC₃组成的同相放大器放大。最后放大信号经电阻R₁₄接地。这时交流信号经电源地和整流桥极性变换电路返送回直流电源的电感器之前的电容的两端，形成一个交流的电压信号。

检测点的F与IC₁的同相端相连，检测点E经电阻R₁与IC₁的反相端和R₂相连，IC₁的输出端和R₃相连，电阻R₃的另一端与IC₂的反相端和R₄相连，R₄的另一端与电容C₂相连，C₂的另一端与IC₂的输出端和电阻R₅相连。电阻R₆与IC₂的同相端相连，电阻R₆的另一端与IC₄的3脚和C₅相连，IC₄的4脚和8脚与隔离电源正连接。IC₄的6、7脚相连后与电阻R₇和电容C₄相连，IC₄的1脚与隔离电源负连接。C₅的另一端与光耦发光二极管的阳极和电阻R₈相连，R₈的另一端与隔离电源正相连。R₅的另一端与IC₄的2脚相连。光耦PC的集电极与二极管D₂的阳极和电阻R₁₁相连，二极管D₂的阴极与电容C₃、电阻R₁₀、R₁₂相连。IC₃的反相端与电阻R₉和光耦PC的发射极相连，IC₃的同相端与电容C₃、电阻R₁₀、R₁₂、R₁₃相连，IC₃的输出端与电阻R₁₃、R₁₄相连，电阻R₁₄的另一端与R₉的另一端及电源地相连。具体详见图2。

本方法中的隔离元件光耦PC如应用原理图3所示的变压器T₂替换也可实现本功能。其连接方法是检测点的F与IC₁、IC₂的同相端相连，检测点E经电阻R₁与IC₁的反相端和R₂相连，IC₁的输出端和R₃相连，电阻R₃的另一端与IC₂的反相端和R₄相连，R₄的另一端与IC₂的输出端和电阻R₅相连。电阻R₅电容C₂相连，电容C电阻的另一端与二极管D₂的阳极和电阻R₆相连，电阻R₆与二极管D₁的阳极和变压器T₁的输出端相连，变压器T₂的另一端与隔离电源的地相连，变压器T₂的输出端与二极管D₃的阳极相连，二极管D₃的阴极与电容C₃的正极、R₇和电源正相连。变压器T₂的另一端与电容C₃的负、电阻R₇的另一端和电源负相连。

本方法中的信号传输距离较近，可采用图1所示的方法。去掉传输线、整流桥极性变换、电子震荡电路DZ(振频不低于50HZ)、变压器T₁及整流稳压电路(78系列稳压器)，其电源直接采用隔离电源给传感器提供电源。连接方法与图2中检测放大电路、调制隔离解调电路部分相同。

本方法中如应用高压电压、高压电流的检测时，可采用速饱和电源和高压隔离电源给传感器提供电源。其隔离部分采用光纤GC传输见图4，采用高压光电管隔离传输见图5，其检测放大电路、调制电路与图3中检测放大电路、调制电路部分相同。只是将原电路中的光耦PC去掉。增加一个发光管，其连接方法是发光管的阳极与电阻R₈和电容C₅相连。

本实施方案中的IC₁、IC₂、IC₃为双运算放大器，型号：062电路；IC₄为555时基电路；V₁为稳压块。

本实施方案中的IC₁、IC₂、IC₃如采用直流放大器，则也可以适用直流的电压、电流的检测。

Claims

1.一种电压电流信号的检测隔离及传输装置，具有检测电路、传输电路和电源，其特征在于检测放大电路将获取的电流信号U_EF或电压信号U_EF送运算放大器IC₁、IC₂二级放大，至调制隔离解调电路中的IC₄调制为开关信号，经光耦PC或变压器隔离后，送至解调部分的检波、滤波电路，再通过运算放大器IC₃放大后得到交流信号，传输至监控系统。

2.按照权利要求1所述的电压电流信号的检测隔离及传输装置，其特征在于当分体传输时，经光耦PC或变压器隔离后，送至解调部分的检波、滤波电路，再通过运算放大器IC₃放大后得到交流信号，经电源极性变换电路Z和正负电源线l₁、l₂送至电感器L₁前，经电容C₆提取信号传输至监控系统。

3.一种电压电流信号的检测隔离及传输装置，具有检测电路、传输电路和电源，其特征在于检测放大电路将获取的电流信号U_EF或电压信号U_EF送运算放大器IC₁、IC₂二级放大，经调制电路的IC₄调制为开关信号并送至光纤头的发光管LE₁或高压光电隔离管的发光管LE₂上，通过光纤或高压光电隔离管耦合传输至监控系统。

4.按照权利要求1所述的电压电流信号的检测隔离及传输装置，其特征在于检测放大中路采集的电流信号U_EF是在检测导体上取E、F两点，其长度ΔL为0.5～100cm；采集的电压信号U_EF是将三个电阻串联后与被测电源相串联，在中间的电阻两端E、F上取出电压信号U_EF。