CN205725711U - 用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器 - Google Patents

Abstract

一种用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，包括积分器硬件和软件，所述软件采用嵌入处理器的固件形式，所述积分器硬件集成了包括积分处理模块和计量模块，鼠笼式电流互感器信号通过所述积分处理模块采样、AD处理和积分运算，运算后的结果通过所述计量模块直接进行电参数计量。与模拟积分器相比，数字积分器性能稳定，相位特性优良，不受温漂和时漂参数的影响，大大提高了测量精度；针对模拟积分器不能避免的直流偏移进行有效补偿，可以更精准的调整测量误差。并且本实用性新型为高集成化数字积分器，其还包括了计量等功能，因此解决了多器件串联测量带来叠加误差的问题。

Description

用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器

技术领域

本实用新型涉及一种数字积分器，尤其是一种用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器。其中的鼠笼式空芯电流互感器是基于电磁感应原理而设计的一款电流测量互感器，测量范围宽、测量电流大(从几安培到数十万安培)，主要用于(但不限于)矿热炉、炼钢炉等大功率冶炼设备短网电流的测量。

背景技术

基于电磁感应原理而设计的鼠笼式空芯电流互感器是一种无磁性芯的环状线圈，可以用于测量在环状线圈中间导体的电流，由于其具有线性度良好、无饱和、测量精度高等特性，已逐渐应用于矿热炉、炼钢炉等大功率冶炼设备短网电流的测量。鼠笼式空芯电流互感器线圈输出的二次电压信号是一次电流信号的微分，故必须通过相应的积分环节还原出被测的一次电流信号。传统的积分环节主要采用模拟积分电路实现，其原理是:对输入模拟量通过RC电路进行模拟积分，通常采用线性运算放大器及RC反馈电路来实现的一种RC积分电路。

如图1所示，输入信号经过电阻R1后经过反馈流到电容C上，电容C的初始电量为零，给电容C充电，由运算放大器的虚短、虚断性质得：(vi-0)/R＝dQ/dt＝C*d(0-vo)/dt，所以vo＝-1/(RC)∫vdt.。

但模拟积分电路使用的电阻、电容器件不是理想器件，运放直流偏移、积分电容的泄露与损耗、其他模拟器件的时漂和温漂等因素，都会对积分结果产生影响，从而造成积分出现偏差，降低电流互感器的准确度；另外，模拟积分器的反馈设计不够灵活，其检测信号输出为模拟量，再接入计量模块，由此可能引入新的误差，而且由于电流互感器要求其需要长时间稳定工作，完全克服这些因素造成的误差是十分困难的。

另一方面，现在的整体测量采用的是多器件串联的方式，大电流的信号需要经过鼠笼式空芯电流互感器、模拟积分器、模拟信号隔离和计量模块。过程中的每一个环节都会产生测量误差，多个测量误差叠加后将对最终的测量结果造成较大的偏差，这种叠加误差为非线性误差，要调节这种误差也非常困难。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种用于鼠笼式空芯电流互感器的数字式积分器，更具体说是一种集积分和计量功能为一体的高集成化数字积分器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用技术方案的基本构思是：

一种用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，包括积分器硬件和软件，所述软件采用嵌入处理器的固件形式，所述积分器硬件集成了包括积分处理模块和计量模块，鼠笼式电流互感器信号通过所述积分处理模块采样、AD处理和积分运算，运算后的结果通过所述计量模块直接进行电参数计量。

进一步地，还包括滤波器，所述AD处理后的信号经过所述滤波器，通过滤波后再进行所述积分运算。

进一步地，还提供校验误差补偿参数设定的PC端软件，通过一个串行接口与PC通信。

优选地，该数字积分器采用32位高速CPU为模块核心，IC处理器采用ADE7858计量芯片。

进一步地，还设置有RS485通讯接口，通过所述RS485通讯接口将所测得的数据通讯给其他所需的上级控制。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：应用于鼠笼式电流互感器的数字积分器，克服了模拟积分器的不足，实现了一次电流信号准确还原。与模拟积分器相比，数字积分器性能稳定，相位特性优良，不受温漂和时漂参数的影响，大大提高了测量精度；针对模拟积分器不能避免的直流偏移进行有效补偿，可以更精准的调整测量误差。并且本实用性新型为高集成化数字积分器，其还包括了计量等功能，因此解决了多器件串联测量带来叠加误差的问题。

附图说明

图1是RC积分电路图；

图2是本实用新型的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明，以助于理解本实用新型的内容。

一种用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，包括积分器硬件和软件，所述软件采用嵌入处理器的固件形式，所述积分器硬件集成了包括积分处理模块和计量模块，鼠笼式电流互感器信号通过所述积分处理模块采样、AD处理和积分运算，运算后的结果通过所述计量模块直接进行电参数计量。

由于配套于鼠笼式空芯电流互感器的模拟积分器的测量信号不能作为最终计量值，还需后续计量，本实用新型采用数字积分器替代了模拟积分器，并将更高度的器件集成化在此积分器中，如积分处理模块和计量模块等，即采用集成电路替代了模拟电路。

工作时，对输入模拟量进行高速ADC转换为数字量，并利用高速数字处理器进行积分运算，运算后的结果不再如其他类似产品通过DAC转换为模拟量，而是直接将该结果通过集成的计量模块进行电参数计量，没有了中间的DA和AD过程，因此就不会产生转换过程中的误差，也就解决了多器件串联测量带来叠加误差的问题。

如图2所示，本实用新型还包括滤波器，所述AD处理后的信号经过所述滤波器，通过滤波后再进行所述积分运算。

增加滤波器，用于消除信号中的直流信号偏置，再进行积分运算时，可以降低直流信号偏置对数字积分器精度的影响，提高了数字积分器的整体准确度。

本实用新型还提供校验误差补偿参数设定的PC端软件，通过一个串行接口与PC通信。

在鼠笼式空芯电流互感器测量矿热炉大电流的过程中，使用数字积分处理来实现鼠笼式空芯电流互感器测量中对幅值、波形、角度的误差调节，用数字积分器的多点误差补偿方法，提高整体测量装置的测量精度。具体如下：

$e\left(t\right)=-M\frac{di}{dt}$

鼠笼式电流互感器线圈的输出电压e(t)正比于被测电流的变化率:

上式中，M为互感器线圈与一次母线间互感，i为被测一次电流。

通过对鼠笼式电流互感器线圈的输出电压进行积分，还原出被测电流信号，

$i\left(t\right)=i\left(0\right)-\frac{1}{M}{\∫}_0^{t}e\left(t\right)dt$

即：

通过对积分运算参数的调整，来实现鼠笼式电流互感器测量中对幅值、波形、角度的误差调节，用数字积分器的多点误差补偿方法，提高整体测量装置的测量精度，获得测量装置综合误差可控的生产工艺控制效果。积分误差的补偿，包括幅值、相位角、波形单独补偿，补偿点数不少于10个点，不超过20个点。

提供校验误差补偿参数设定的PC端软件，可以保证数字积分器的多点误差补偿方法的正确性，满足测量精度的要求。

本实用新型采用32位高速CPU为模块核心，IC处理器采用美国AnalogDevices,Inc.公司最新一代的ADE7858计量芯片。

ADE7858是一款高精度、三相电能测量IC，采用串行接口，该器件内置二阶Σ-Δ型ADC、数字积分器、基准电压源电路以及所有必需的信号处理电路，即固定功能数字信号处理器(DSP)，可执行处理测量各种三线、四线的三相配置有功、无功和视在功率，例如Y形或三角形等；各相均具有系统校准功能，即有效值失调校正、相位校准和增益校准。

采用32位高速CPU和ADE7858计量芯片，使本实用新型具有更为优良的性能，其准确度更高，计算速度更快，全面提升测量过程效率。

本实用新型将数字积分器替代原有模拟积分器，设计其输入和输出接口与原模拟积分器的接口兼容，此外还设置了RS485通讯接口，通过该通讯接口将所测得的数据通讯给其他所需的上级控制。其中无DA和AD过程，使得最终测量精度大幅提高。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，包括积分器硬件和软件，所述软件采用嵌入处理器的固件形式，其特征在于，所述积分器硬件集成了包括积分处理模块和计量模块，鼠笼式电流互感器信号通过所述积分处理模块采样、AD处理和积分运算，运算后的结果通过所述计量模块直接进行电参数计量。

2.根据权利要求1所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，其特征在于，还包括滤波器，所述AD处理后的信号经过所述滤波器，通过滤波后再进行所述积分运算。

3.根据权利要求2所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，其特征在于，还提供校验误差补偿参数设定的PC端软件，通过一个串行接口与PC通信。

4.根据权利要求1至3任一所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，其特征在于，该数字积分器采用32位高速CPU为模块核心，IC处理器采用ADE7858计量芯片。

5.根据权利要求4所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，其特征在于，还设置有RS485通讯接口，通过所述RS485通讯接口将所测得的数据通讯给其他所需的上级控制。

6.根据权利要求1至3任一所述的用于鼠笼式空芯电流互感器的高集成化数字积分器，其特征在于，还设置有RS485通讯接口，通过所述RS485通讯接口将所测得的数据通讯给其他所需的上级控制。