CN208805538U - 一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，包括有置于电磁屏蔽箱体内的开关电源、积分器和数据采集卡，在电磁屏蔽箱体外配设有罗氏线圈、高压触发模块和计算机；罗氏线圈根据可控硅导通时磁场的变化，向积分器感应输出电压信号；积分器用于将电压信号还原成可控硅实时导通时通入的电流信号；高压触发模块根据可控硅的通断状态向数据采集卡给定触发信号；数据采集卡根据高压触发模块给定的触发信号，对积分器输出的信号进行模数转换后传输至计算机，由计算机对可控硅电流的大小进行实时显示；本实用新型实现了对变频器内可控硅的高幅值、高频率工作电流的采集与准确检测，其检测便捷、安全有保证，并且抗电磁干扰能力强。

Description

一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统

技术领域

本实用新型涉及一种检测系统，尤其是一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统。

背景技术

在发电厂中已运行的变频装置中通常存在着可控硅损坏的现象，这种现象的出现给发电机组的安全造成了严重的隐患。目前，对于变频设备中可控硅电流大小的测量主要通过电流卡表或电流互感器进行测量。

由于变频设备中常用的可控硅为平板型可控硅，这种可控硅呈柱形结构，并具有较大的直径，在采用电流卡表对这种可控硅进行电流检测时，会受限于可控硅的安装结构与电流卡表自身卡套的尺寸，并且由于可控硅工作于较高的电压环境，采用电流卡表检测存在人身触电的风险，并在现场测量中又不能通过改变可控硅的结构来满足于电流卡表的测量需求，这在实际工况中难以实现，同时易损坏电流卡表。

另外，在对可控硅进行电流的测量时，选取合适规格的电流传感器非常关键。考虑到可控硅工作电流的幅值可达数千安培，工作频率可达数兆赫兹，现有的跟变频器配套安装的电流互感器在频率响应上无法满足测量需求，同时它在使用时还容易受到其它电磁的干扰而损坏。

与此同时，由于信号在传播过程中的衰减与现场环境的干扰，使得可控硅电流测量得到的信号并不是十分的明显，也无法准确地获得到可控硅电流大小及其波形特性，因此给准确测量可控硅电流带来了困难。

发明内容

本实用新型的目的就是要解决当前存在无法准确地获得到变频器中可控硅电流大小及其波形特性，并且采用现有的电流卡表或电流互感器也达不到检测需求的问题，为此提供一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统。

本实用新型的具体方案是：一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，包括有置于电磁屏蔽箱体内的开关电源、积分器和数据采集卡，在电磁屏蔽箱体外配设有罗氏线圈、高压触发模块和计算机；

所述开关电源用于向检测系统的各个单元提供直流工作电源；

所述罗氏线圈环套在可控硅上，并根据可控硅导通时磁场的变化，向积分器感应输出电压信号；

所述积分器用于对电压信号进行积分处理，以将电压信号还原成可控硅实时导通时通入的电流信号；

所述高压触发模块的高压输入端与可控硅相连接，并根据可控硅的通断状态向数据采集卡给定触发信号；

所述数据采集卡根据高压触发模块给定的触发信号，实时对积分器输出的信号进行捕捉，并将捕捉到的信号进行模数转换后传输至计算机，由计算机对可控硅电流的大小进行实时显示。

本实用新型中所述罗氏线圈具有绕线环，绕线环由非铁磁材料制成，在绕线环上环绕有若干匝感应线圈。

本实用新型中所述积分器包括有运算放大器A1和运算放大器A2；在运算放大器A1的同相输入端与反相输入端之间依次串联有罗氏线圈和电阻R1，其中罗氏线圈与电阻R1的连接部位作为积分器的信号输入端Ui(t)，运算放大器A1的同相输入端接地，并在信号输入端Ui(t)与运算放大器A1的输出端之间串联有电阻R2；所述运算放大器A2的同相输入端通过电阻R3连接运算放大器A1的输出端，运算放大器A2的反相输入端接地，运算放大器A2的同相输入端与其输出端之间串联有电容C1，并且运算放大器A2的输出端作为积分器的信号输出端Uo(t)。

本实用新型中所述数据采集卡上配置有至少一个USB接口、至少两个以太网口和至少一个电信号输入端口；数据采集卡通过USB接口通电连接开关电源，通过以太网口分别通讯连接高压触发模块与计算机，并通过电信号输入端口通电连接积分器的输出端。

本实用新型中所述开关电源采用的型号为LRS-50-12；所述高压触发模块采用的型号为GYCF1；所述数据采集卡采用的信号为PicScope6000。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

(1)本实用新型结构简单、设计巧妙，实现了对变频器内工作的可控硅电流大小的远程精确检测，确保了工作人员的人身安全；

(2)本实用新型在测量过程中采用了电磁屏蔽箱体，有效减少了现场及周围环境的电磁对测量系统的影响，确保了测量结果的准确性；

(3)本实用新型通过采用罗氏线圈，满足了对变频器内可控硅的高幅值、高频率工作电流的采集；

(4)本实用新型通过采用高压触发模块实时对微弱的放电信号进行捕捉，使得检测动作更具时效性和连续性，并由此测量得到的可控硅的电流波形更加全面、更精确。

附图说明

图1是本实用新型的测量结构示意图；

图2是本实用新型中罗氏线圈的结构示意图；

图3是本实用新型中积分器的电气原理图；

图4是本实用新型中数据采集卡的接线端口示意图。

图中：1—电磁屏蔽箱体，2—开关电源，3—积分器，4—数据采集卡，5—罗氏线圈，5a—绕线环，5b—感应线圈，6—高压触发模块，7—计算机，8—可控硅。

具体实施方式

实施例1

本实施例以变频器内配套使用的平板型可控硅的电流检测为例进行具体说明。

参见图1，本实用新型提供了一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，包括有置于电磁屏蔽箱体1内的开关电源2、积分器3和数据采集卡4，在电磁屏蔽箱体1外配设有罗氏线圈5、高压触发模块6和计算机7；

所述开关电源2用于向检测系统的各个单元提供直流工作电源；

所述罗氏线圈5环套在可控硅8上，并根据可控硅8导通时磁场的变化，向积分器3感应输出电压信号；

所述积分器3用于对电压信号进行积分处理，以将电压信号还原成可控硅8实时导通时通入的电流信号；

所述高压触发模块6的高压输入端与可控硅8相连接，并根据可控硅8的通断状态向数据采集卡4给定触发信号；

所述数据采集卡4根据高压触发模块6给定的触发信号，实时对积分器3输出的信号进行捕捉，并将捕捉到的信号进行模数转换后传输至计算机7，由计算机7对可控硅8的电流的大小进行实时显示，其中在计算机7中还可配套设有与数据采集卡4相匹配的app显示软件，并将可控硅8的电流的大小以波形的形式显示出来。

参见图2，本实施例中所述罗氏线圈5具有绕线环5a，绕线环5a由非铁磁材料制成，在绕线环5a上环绕有若干匝感应线圈5b。

参见图3，本实施例中所述积分器3包括有运算放大器A1和运算放大器A2；在运算放大器A1的同相输入端与反相输入端之间依次串联有罗氏线圈LG 和电阻R1，其中罗氏线圈LG与电阻R1的连接部位作为积分器3的信号输入端Ui(t)，运算放大器A1的同相输入端接地，并在信号输入端Ui(t)与运算放大器A1的输出端之间串联有电阻R2；所述运算放大器A2的同相输入端通过电阻R3连接运算放大器A1的输出端，运算放大器A2的反相输入端接地，运算放大器A2的同相输入端与其输出端之间串联有电容C1，并且运算放大器A2的输出端作为积分器3的信号输出端Uo(t)。

参见图4，本实施例中所述数据采集卡4采用的信号为PicScope6000,数据采集卡4上配置有两个USB接口USB1、USB1，两个以太网口JP1、JP2和一个电信号输入端口AWG；数据采集卡4通过一个USB接口通电连接开关电源，通过以太网口JP1、JP2分别通讯连接高压触发模块6与计算机7，并通过电信号输入端口AWG通电连接积分器3的输出端。

本实施例中所述开关电源2采用的型号为LRS-50-12；所述高压触发模块6采用的型号为GYCF1。

本实用新型的工作原理如下：

首先，罗氏线圈5测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律，当被测电流沿轴线通过罗氏线圈的中心时，在环形绕组所包围的体积内产生相应变化的磁场，强度为H，由安培环路定律得：

∮H·dl=I（t）

由B=μH，e（t）=dΦ/dt，Ф=N∫B·dS，e（t）=M·di/dt，得：

其截面为矩形时，互感系数M和自感系数L分别为：

M=μ₀ Nhln（b/a）/2π

L=μ₀ N^²hln（b/a）/2π

上式中，H为线圈内部的磁场强度，B为线圈内部的磁感应强度，μ为真空磁导率，N为线圈匝数，e（t）为线圈两端的感应电压a、b分别为线圈横截面的内、外径，h为横截面高度。由此可见，线圈一定时，M为定值，线圈的输出电压与di/dt成正比。

然后，若想准确将罗氏线圈5的线圈感应电动势e（t）的输出还原为测量的交流电流i，还必须加一个反相积分电路。因罗氏线圈5感应出的电压很小，为了放大该感应电压，须在积分器前面加一放大电路。积分是一个非常重要的环节，被还原的信号非常小，为方便测量，先将信号放大再积分，这样一方面可以增大还原信号，另一方面，电容的存在可以过滤掉不必要的干扰。积分器通过对罗氏线圈感应电压的放大和积分处理，可还原出所测量的交流电流。积分器3的原理图3所示：

μ₀ （t）= (1/R₁ C )*dμ_i（t）

接着，由数据采集卡4根据高压触发模块6给定的触发信号，实时对积分器3输出的信号进行捕捉，并将捕捉到的信号进行模数转换后传输至计算机7，由计算机7对可控硅8的电流的大小进行实时显示。

Claims (5)

1.一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，其特征是：包括有置于电磁屏蔽箱体内的开关电源、积分器和数据采集卡，在电磁屏蔽箱体外配设有罗氏线圈、高压触发模块和计算机；

所述开关电源用于向检测系统的各个单元提供直流工作电源；

所述罗氏线圈环套在可控硅上，并根据可控硅导通时磁场的变化，向积分器感应输出电压信号；

所述积分器用于对电压信号进行积分处理，以将电压信号还原成可控硅实时导通时通入的电流信号；

所述高压触发模块的高压输入端与可控硅相连接，并根据可控硅的通断状态向数据采集卡给定触发信号；

所述数据采集卡根据高压触发模块给定的触发信号，实时对积分器输出的信号进行捕捉，并将捕捉到的信号进行模数转换后传输至计算机，由计算机对可控硅电流的大小进行实时显示。

2.根据权利要求1所述的一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，其特征是：所述罗氏线圈具有绕线环，绕线环由非铁磁材料制成，在绕线环上环绕有若干匝感应线圈。

3.根据权利要求1所述的一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，其特征是：所述积分器包括有运算放大器A1和运算放大器A2；在运算放大器A1的同相输入端与反相输入端之间依次串联有罗氏线圈和电阻R1，其中罗氏线圈与电阻R1的连接部位作为积分器的信号输入端Ui(t)，运算放大器A1的同相输入端接地，并在信号输入端Ui(t)与运算放大器A1的输出端之间串联有电阻R2；所述运算放大器A2的同相输入端通过电阻R3连接运算放大器A1的输出端，运算放大器A2的反相输入端接地，运算放大器A2的同相输入端与其输出端之间串联有电容C1，并且运算放大器A2的输出端作为积分器的信号输出端Uo(t)。

4.根据权利要求1所述的一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，其特征是：所述数据采集卡上配置有至少一个USB接口、至少两个以太网口和至少一个电信号输入端口；数据采集卡通过USB接口通电连接开关电源，通过以太网口分别通讯连接高压触发模块与计算机，并通过电信号输入端口通电连接积分器的输出端。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种准确测量平板型可控硅电流大小的检测系统，其特征是：所述开关电源采用的型号为LRS-50-12；所述高压触发模块采用的型号为GYCF1；所述数据采集卡采用的信号为PicScope6000。