專利名稱：一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現方法
技術領域：
本發明屬于電力系統自動化信息采集與控制領域，具體涉及一種基于合金電阻的電流傳感器的實現方法。
背景技術：
目前，智能電網已成為全球能源發展和變革中的重大研究課題。智能電網的基本思想是利用先進的數字化信息網絡將發電、輸電、變電、配電和用電服務以及蓄能與能源終端用戶的各種電氣設備和其他用能設施連接在一起，通過智能化控制實現對電能的管理，通過精確供能、對應供能、互助供能和互補供能等方式，達到提高資源利用效率，提高供電質量和可靠性的目標。傳感器和測量技術是實現智能電網監測、控制、分析和決策的基礎，也是智能電網發展的關鍵。只有采用先進的傳感技術，建設發達的傳感器網絡，再配合發達的通信體系和仿真技術，才能實現整個電網智能化。在傳統的電力系統測控與保護技術領域，由于電網和電力設備的具有高電壓強電流，而保護或測控等二次設備屬于弱電電子設備，因此兩者之間具有天然的鴻溝。因此，傳統的技術在電力系統一次與二次系統之間建立了屏障，打破兩者的電氣聯系，利用電磁或光學轉換作為雙方聯系的紐帶。盡管電流互感器從最初的模擬技術走入了數字化階段，在設備小型化等方面也取得了重大進展。但是，其本質未發生根本變化，電磁或光學轉換原理復雜，線性化不夠理想且不穩定，一次與二次系統之間的隔閡依舊，頻率響應、動態特性以及交直流等電氣特性依然對通過電磁轉換或光學轉換的電流測量的可靠性和通用性等方面構成潛在威脅。
發明內容
針對現有技術的不足，本發明打破了電流傳感測量中一次系統與二次系統電氣連接的鴻溝，不再借助于電磁轉換或光學轉換等方法，利用純電路原理實現電力系統電壓的感知測量。本發明提出一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現方法，利用合金電阻作為電壓傳感器的核心元件，實現電力系統強電設備與弱電設備的電氣關聯，簡化電壓的測量原理，改善其對于電力系統頻率、動態等特性的適應性，并提高精度縮小體積。本發明提供的一種基于合金電阻的電流傳感器，其改進之處在于，所述電流傳感器包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元和控制器；所述合金電阻串入被測電路；所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器；所述控制器根據所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。其中，所述電壓測量單元并聯在所述合金電阻兩端，并與所述控制器連接；所述供電單元分別與所述電壓測量單元和所述控制器連接。其中，所述電流傳感器包括通信單元，用于所述控制器的遠程輸出；當所述控制器向遠端或后臺提供測量數據時，通過所述通信單元進行傳輸；所述供電單元給所述通信單元供電。其中，所述合金電阻的阻值小于0.001歐姆。其中，所述電壓測量單元包括二次電子回路；所述二次電子回路包括電壓感應裝置、模數轉換器以及DSP微處理器；所述DSP微處理器控制所述電壓感應裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數轉換器轉換成數字信號輸出。本發明基于另一目的提供的一種電流傳感器的實現方法，其改進之處在于，將合金電阻串入被測電路，所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器，所述控制器根據所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；其中，所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。其中，當所述控制器向遠端或后臺提供測量數據時，所述控制器通過通信單元進行傳輸。其中，所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器的通信單元提供直流24V電壓。與現有技術比，本發明的有益效果為:本發明的電流傳感器一次部分與二次部分具有直接的電氣連接，無任何電磁或光學轉換過程，輸出的測量值與被測電流之間具有簡單的基于電路理論的電氣關聯，原理簡單、線性良好，不存在溫漂、抗機械振動能力差和體積過大等問題，同時改善其對于電力系統頻率、動態等特性的適應性，并提高精度縮小體積。本發明的電流傳感器測量所得電流值進行數字化輸出、易于與處理器的接口處理，傳遞的數字信息可通過以太網UDP/IP通訊協議進行傳遞，方便安裝、運營和維護。本發明的電流傳感器原理與結構簡單，具有結構組合化特征，利用電子式微功率、小型化優勢，數據采集裝置可以組件方式組合于變壓器、GIS、HGIS、斷路器、隔離刀等組合電器中，減少占地，降低造價，還可以通過功能復用促進一次電氣設備本身的小型化和智能化。本發明與霍爾效應傳感器元件相比，無飽和、溫漂小、抗機械振蕩能力強、絕緣簡單、體積小。全量程線性度好、精度高。與新型光纖電流傳感器相比，其結構簡單，消除了光學互感器環境適應性差、溫漂大、抗干擾能力差的缺點，更適宜大規模推廣使用。本發明的合金電阻的阻值小于0.001歐姆，保證了裝置的安全性和準確性。
圖1為本發明提供的電流傳感器的原理圖。圖2為本發明提供的電流傳感器的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的具體實施方式
作進一步的詳細說明。本實施例提出的一種基于合金電阻的電流傳感器，包括合金電阻、供電單元、電壓測量單元、控制器和通信單元；其原理示意圖如圖1所示，圖中W1、W2直接與被采集電路相連接，W3、W4是感測線路，X是基于合金電阻的測量裝置，Y是外圍放大電路。該傳感器將高精度的合金電阻直接串聯接入被測的高電壓強電流電路。所述合金電阻具有足夠小和精度穩定的歐姆值，被測的強電流流過電阻片所產生的電壓降落在弱電測量設備的測量范圍之內。所述合金電阻由被測強電流產生的電壓降落直接作為電壓測量單元的輸入，精確測量該電壓降落。通過該電壓與已知合金電阻片的歐姆值的比值計算出被測電流值。具體的，如圖2所示，為本實施例提供的電流傳感器的電路圖。電流傳感器包括合金電阻、供電單元、電壓測量單元、控制器和通信單元；合金電阻串入被測電路；電壓測量單元測量出合金電阻兩端的電壓并傳給控制器(如虛線所示)；控制器根據合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；供電單元為電壓測量單元、控制器和通信單元供電。其電路連接為:合金電阻串入被測電路；電壓測量單元并聯在合金電阻兩端，并與控制器連接；控制器與通信單元連接；供電單元分別與電壓測量單元、控制器和通信單元連接。本實施例采用微控制器實現控制器的功能。其是該傳感器的數據處理和計算的核心單元，可按照設定程序對輸入的電壓測量結果進行處理運算。所串接的合金電阻的特征信息，包括其歐姆值，通過交互接口提前預置于微控制器存儲單元內。微控制器在接獲測量電壓值后，可按照預先內置程序根據測量電壓值以及合金電阻值計算獲得所測電流值。此夕卜，根據該裝置應用場景和環境的需求，如對所測量數據有其它進一步的處理需求，可以通過對處理程序的設定靈活實現，使該裝置具有智能化特性。如該傳感器作為變壓器、GIS、HGIS、斷路器、隔離刀等智能電器的組件，可將處理結果由微控制器通過本地輸出(如串口)，與其它設備處理單元接口并驅動。該傳感器需要向遠端或后臺等提供測量數據，則微控制器將處理結果輸出給專用通訊單元。專用通訊單元根據現場通訊通道和協議的要求，例如以太網UDP/IP通訊協議，將測量數據進行處理后 向后臺遠端進行傳輸。本實施合金電阻選擇具有足夠小和精度穩定的歐姆值(小于0.001歐姆)，強電流流過合金電阻所產生的電壓降落在弱電測量設備的測量范圍之內。合金電阻可采用鎳鉻合金、銅鎳合金等。本實施例的電壓測量單元包括二次電子回路；所述二次電子回路包括電壓感應裝置、模數轉換器以及DSP微處理器；所述DSP微處理器控制所述電壓感應裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數轉換器轉換成數字信號輸出。本實施例的供電單元，采取適合現場應用環境的技術，對電壓測量單元、微控制器以及通信單元提供直流24V驅動電力。本專利基于新型采集材料(合金電阻)設計的新型電流傳感器數據采集裝置，將開創國內電力系統測量領域的先河，可實現與保護控制設備的直接弱電接口，且具有良好的測量性能，與傳統電流互感器性能對比如下表I。表1:新型智能型電子式數據采集裝置與傳統電流互感器性能對比
權利要求
1.一種基于合金電阻的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元和控制器； 所述合金電阻串入被測電路；所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器；所述控制器根據所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出； 所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。
2.如權利要求1所述的電流傳感器，其特征在于，所述電壓測量單元并聯在所述合金電阻兩端，并與所述控制器連接； 所述供電單元分別與所述電壓測量單元和所述控制器連接。
3.如權利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述電流傳感器包括通信單元，用于所述控制器的遠程輸出；當所述控制器向遠端或后臺提供測量數據時，通過所述通信單元進行傳輸； 所述供電單元給所述通信單元供電。
4.如權利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述合金電阻的阻值小于0.0Ol歐姆。
5.如權利要求1或2所述的電流傳感器，其特征在于，所述電壓測量單元包括二次電子回路； 所述二次電子回路包括電壓感應裝置、模數轉換器以及DSP微處理器； 所述DSP微處理器控制所述電壓感應裝置測量出所述合金電阻的電壓，傳給模數轉換器轉換成數字信號輸出。
6.一種電流傳感器的實現方法，其特征在于，將合金電阻串入被測電路，所述電壓測量單元測量出所述合金電阻兩端的電壓并傳給所述控制器，所述控制器根據所述合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；其中，所述供電單元為所述電壓測量單元和所述控制器供電。
7.如權利要求6所述的實現方法，其特征在于，當所述控制器向遠端或后臺提供測量數據時，所述控制器通過通信單元進行傳輸。
8.如權利要求6所述的實現方法，其特征在于，所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器的通信單元提供直流24V電壓。
全文摘要
本發明公開了一種基于合金電阻的電流傳感器及其實現方法，包括合金電阻、電壓測量單元、供電單元、控制器和通信單元；合金電阻串入被測電路；電壓測量單元測量出合金電阻兩端的電壓并傳給控制器；控制器根據合金電阻阻值計算出被測電路的電流值并輸出；所述供電單元為所述電壓測量單元、所述控制器和所述通信單元供電。通信單元用于控制器的遠程輸出；當所述控制器向遠端或后臺提供測量數據時，通過所述通信單元進行傳輸。本發明與現有的電流互感器相比，具有無溫漂、抗機械振動、頻率特性好、交直流通用以及體積小、可組裝等優勢。
文檔編號G01R19/00GK103217565SQ20131010356
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月28日 優先權日2013年3月28日
發明者雷憲章, 呂志來, 薛飛 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
