CN204302377U - 一种电流测量装置及智能断路器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电流测量装置，包括处理单元以及依次串联的电流信号采样单元、积分单元、信号调理单元、滤波器单元、滞回比较单元；积分单元用于将电流信号采样单元采集的电流信号进行积分还原；信号调理单元用于对积分还原后的电流信号进行放大，并将放大后信号分别输出至处理器和滤波器单元；滤波器单元用于对放大后信号进行滤波；滞回比较单元用于将滤波后的信号与参考电压进行比较并输出整形方波；处理单元用于根据滞回比较单元输出的整形方波计算系统频率，并以所得到的系统频率作为采样频率，对信号调理单元输出的放大后信号进行处理，得到电流测量值。本实用新型还公开了一种智能断路器。本实用新型的测量结果更准确，安全性更好。

Description

一种电流测量装置及智能断路器
技术领域
本实用新型涉及一种电流测量装置，尤其涉及一种适用于风力发电、潮汐发电等系统频率变化范围较大的场合的电流测量装置，属于低压电气技术领域。
背景技术
随着电力事业及智能电网的不断发展，智能化低压电器的需求量与日俱增，促进了低压电器向多功能、高性能和小型化方向发展。低压断路器作为低压电器的重要组成部分，用于对电动机、变压器和电缆等设备进行过载、短路和接地故障等进行保护。智能控制器是低压断路器实现智能化的核心部件，对负载电流进行准确的测量，提供传统的三段保护是智能控制器最基本也是最重要的技术指标。为了能够正确的对负载电流进行测量，目前通常对电流采样信号进行有效值计算处理，由于电网的频率波动很小，因此采样周期一般固定不变，例如50HZ系统对应20.0ms，60HZ系统对应16.7ms，但是当断路器应用于某些特殊的应用场合例如风力发电系统中全功率型风力发电机组侧时，由于输出频率变化范围较大（从几HZ至一两百HZ），此时为了能够对电流信号进行正确测量，必须实时跟踪系统频率，采样周期随着系统频率的变化而变化，以满足整周期采样，降低测量误差。通常情况下，系统频率采样一般通过对电压信号降压或变换、整形获取方波，再由微处理器计算方波的宽度得到系统频率值，之所以从系统电压获取频率缘于一般情况下系统电压的畸变程度较系统电流的畸变小。但是，从系统电压获取系统频率的话一般采用电压互感器转换或者直接通过高压大电阻降压后处理，采用电压互感器的话往往外置于断路器，占用体积较大，而直接采用高压大电阻的话电气安全性及可靠性下降。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种电流测量装置，能够对风力发电、潮汐发电等系统频率变化范围较大的场合的电流进行更准确测量，且安全性更好。
本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种电流测量装置，包括处理单元以及依次串联的电流信号采样单元、积分单元、信号调理单元、滤波器单元、滞回比较单元；积分单元用于将电流信号采样单元采集的电流信号进行积分还原；信号调理单元用于对积分还原后的电流信号进行放大，并将放大后信号分别输出至处理器和滤波器单元；滤波器单元用于对放大后信号进行滤波；滞回比较单元用于将滤波后的信号与参考电压进行比较并输出整形方波；处理单元用于根据滞回比较单元输出的整形方波计算系统频率，并以所得到的系统频率作为采样频率，对信号调理单元输出的放大后信号进行处理，得到电流测量值。
优选地，所述电流信号采样单元为电流互感器，优选罗氏线圈。
优选地，所述信号调理单元包括多级放大电路。
优选地，所述滤波器单元为二阶低通滤波器单元。
根据相同发明思路还可得到一种智能断路器，包括处理单元以及如上任一技术方案所述电流测量装置。
相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型可实时准确地测量系统频率，并根据系统频率的变化地调整采样周期，以满足整周期采样，从而有效降低了电流测量误差，提高了电流测量的准确性，尤其适合风力发电、潮汐发电等系统频率变化范围较大的场合应用。
本实用新型利用电流信号来获取系统频率，相比现有利用电压信号获取系统频率的方式，其电路结构更简单，体积更小，并且电气安全及可靠性更高。
附图说明
图1为本实用新型智能断路器的一个实施例的原理框图；
图2为实施例中积分单元与信号调理单元的电路原理图；
图3为实施例中滤波器单元与滞回比较单元的一种电路原理图；
图4为实施例中滤波器单元与滞回比较单元的另一种电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：
为了解决风力发电、潮汐发电等系统频率变化范围较大的场合下，现有电流测量技术的不足，本实用新型的思路是利用电流信号获取待测系统的系统频率，并根据所得到的系统频率相应调整电流测量的采样频率，从而获得更准确的电流测量结果，同时还可有效简化结构，减小体积，提高安全性。
图1显示了本实用新型智能断路器的一个具体实施例的基本结构。如图1所示，该智能断路器包括电源单元、微处理单元、脱扣驱动单元，以及本实用新型的电流测量装置（虚线部分）。本实用新型的电流测量装置包括处理单元以及依次串联的电流信号采样单元、积分单元、信号调理单元、滤波器单元、滞回比较单元。为了降低成本及减小体积，本实施例中智能断路器的微处理单元同时作为电流测量装置中的处理单元。
积分单元用于将电流信号采样单元采集的电流信号进行积分还原；信号调理单元用于对积分还原后的电流信号进行放大，并将放大后信号分别输出至处理器和滤波器单元；滤波器单元用于对放大后信号进行滤波；滞回比较单元用于将滤波后的信号与参考电压进行比较并输出整形方波；处理单元用于根据滞回比较单元输出的整形方波计算系统频率，并以所得到的系统频率作为采样频率，对信号调理单元输出的放大后信号进行处理，得到电流测量值。
上述的电流信号采样单元、积分单元、信号调理单元、滤波器单元、滞回比较单元可根据实际情况选用各种现有产品。本实用新型中，电流信号采样单元优选非接触式的电流互感器，本实施例中为罗氏线圈；信号调理单元优选多级放大电路；滤波器单元优选二阶低通滤波单元。
如图1所示，积分单元接收来自罗氏线圈输出的微分信号，并将信号还原；信号调理单元将调理后得到的信号分为两路，一路送往微处理单元处理，一路传输至二阶低通滤波器单元；二阶低通滤波器单元将调理的信号滤波处理后输入滞回比较单元；滞回比较单元（比较器）接收来自二阶低通滤波器单元输出的信号，与反向输入端的参考电压Vref进行比较，比较输出后得到整形方波If送往微处理单元处理。微处理单元根据滞回比较单元送来的整形方波If计算系统频率，由于该方波经过放大、滤波后，去除了谐波等干扰信号，微处理器可以得到正确的系统频率，当系统频率波动时，微处理单元根据测取的系统频率值调整采样周期，满足整周期采样，降低了电流测量误差，从而获得较高的电流测量精度。当微处理单元检测到负载电流超出预设的阈值时，发出指令至驱动脱扣单元，由驱动脱扣单元驱动动作机构使断路器分闸。
图2显示了本实施例中积分单元与信号调理单元的电路原理。如图2所示，积分单元接收来自罗氏线圈输出的微分信号Ia（或Ib、Ic），加在取样电阻R1两端后经过R2、C1组成的积分电路将信号还原；信号调理单元包括第一运算放大器N1A、第二运算放大器N1B、第三运算放大器N1C，将还原的信号经第一运算放大器N1A、第二运算放大器N1B后分别得到I-1、I-2，经第三运算放大器N1C跟随后得到I-2’。信号I-2直接送至微处理单元，信号I-2’送至滤波器单元。
图3显示了本实施例中滤波器单元与滞回比较单元的一种电路原理图。如图3所示，二阶低通滤波器单元包括一个二阶低通滤波电路，将I-2’经过二阶低通滤波电路滤波处理后输入滞回比较单元，该二阶低通滤波电路的截止频率                                               。滞回比较单元中的比较器N3A的正向输入端接收来自二阶低通滤波器单元输出的信号，与反向输入端的参考电压Vref（为一恒定的直流电压）进行比较，比较输出后得到整形方波If，并将其送往微处理单元处理。
图4显示了本实施例中滤波器单元与滞回比较单元的另一种电路原理图。与图3中的二阶低通滤波器单元不同的是，此处的二阶低通滤波器单元采用多级滤波的方式，即在图3中二阶低通滤波电路的基础上又增加了一个二阶低通滤波电路（如图中虚线框所示），从而更有利于将信道中的谐波、噪声等滤除，以获得更干净的整形方波If，提高微处理单元测取的系统频率精度。
需要特别说明的是，本实用新型中所涉及的根据信号方波计算系统频率（周期），根据计算的系统频率调整电流的采样周期等均为本领域技术人员所熟知的现有技术。因此，本实用新型对现有技术所作出的贡献仅为电路结构，并未涉及方法或方法的改进。

Claims (8)

1.一种电流测量装置，其特征在于，包括处理单元以及依次串联的电流信号采样单元、积分单元、信号调理单元、滤波器单元、滞回比较单元；积分单元用于将电流信号采样单元采集的电流信号进行积分还原；信号调理单元用于对积分还原后的电流信号进行放大，并将放大后信号分别输出至处理器和滤波器单元；滤波器单元用于对放大后信号进行滤波；滞回比较单元用于将滤波后的信号与参考电压进行比较并输出整形方波；处理单元用于根据滞回比较单元输出的整形方波计算系统频率，并以所得到的系统频率作为采样频率，对信号调理单元输出的放大后信号进行处理，得到电流测量值。
2.如权利要求1所述电流测量装置，其特征在于，所述电流信号采样单元为电流互感器。
3.如权利要求2所述电流测量装置，其特征在于，所述电流互感器为罗氏线圈。
4.如权利要求1所述电流测量装置，其特征在于，所述信号调理单元包括多级放大电路。
5.如权利要求1所述电流测量装置，其特征在于，所述滤波器单元为二阶低通滤波器单元。
6.如权利要求5所述电流测量装置，其特征在于，所述二阶低通滤波器单元包括至少两个依次串联的二阶低通滤波器。
7.一种智能断路器，包括处理单元以及如权利要求1～6任一项所述电流测量装置。
8.如权利要求7所述智能断路器，其特征在于，智能断路器的处理单元与电流测量装置中的处理单元为同一处理单元。
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