用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器的制造方法

專利名稱:用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器的制造方法
【專利摘要】一種用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，包括積分器硬件和軟件，所述軟件采用嵌入處理器的固件形式，所述積分器硬件集成了包括積分處理模塊和計(jì)量模塊，鼠籠式電流互感器信號(hào)通過所述積分處理模塊采樣、AD處理和積分運(yùn)算，運(yùn)算后的結(jié)果通過所述計(jì)量模塊直接進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量。與模擬積分器相比，數(shù)字積分器性能穩(wěn)定，相位特性優(yōu)良，不受溫漂和時(shí)漂參數(shù)的影響，大大提高了測(cè)量精度；針對(duì)模擬積分器不能避免的直流偏移進(jìn)行有效補(bǔ)償，可以更精準(zhǔn)的調(diào)整測(cè)量誤差。并且本實(shí)用性新型為高集成化數(shù)字積分器，其還包括了計(jì)量等功能，因此解決了多器件串聯(lián)測(cè)量帶來疊加誤差的問題。
【專利說明】
用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種數(shù)字積分器，尤其是一種用于鼠籠式空芯電流互感器的高集 成化數(shù)字積分器。其中的鼠籠式空芯電流互感器是基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計(jì)的一款電流測(cè) 量互感器，測(cè)量范圍寬、測(cè)量電流大（從幾安培到數(shù)十萬安培），主要用于（但不限于）礦熱 爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流的測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計(jì)的鼠籠式空芯電流互感器是一種無磁性芯的環(huán)狀線圈， 可以用于測(cè)量在環(huán)狀線圈中間導(dǎo)體的電流，由于其具有線性度良好、無飽和、測(cè)量精度高等 特性，已逐漸應(yīng)用于礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流的測(cè)量。鼠籠式空芯電流互 感器線圈輸出的二次電壓信號(hào)是一次電流信號(hào)的微分，故必須通過相應(yīng)的積分環(huán)節(jié)還原出 被測(cè)的一次電流信號(hào)。傳統(tǒng)的積分環(huán)節(jié)主要采用模擬積分電路實(shí)現(xiàn)，其原理是:對(duì)輸入模擬 量通過RC電路進(jìn)行模擬積分，通常采用線性運(yùn)算放大器及RC反饋電路來實(shí)現(xiàn)的一種RC積分 電路。
[0003] 如圖1所示，輸入信號(hào)經(jīng)過電阻R1后經(jīng)過反饋流到電容C上，電容C的初始電量為 零，給電容C充電，由運(yùn)算放大器的虛短、虛斷性質(zhì)得：（viO/RidQ/dtiOcKO-vcO/dtJ/f Wvo = _l/(RC)JVdt·。
[0004] 但模擬積分電路使用的電阻、電容器件不是理想器件，運(yùn)放直流偏移、積分電容的 泄露與損耗、其他模擬器件的時(shí)漂和溫漂等因素，都會(huì)對(duì)積分結(jié)果產(chǎn)生影響，從而造成積分 出現(xiàn)偏差，降低電流互感器的準(zhǔn)確度；另外，模擬積分器的反饋設(shè)計(jì)不夠靈活，其檢測(cè)信號(hào) 輸出為模擬量，再接入計(jì)量模塊，由此可能引入新的誤差，而且由于電流互感器要求其需要 長時(shí)間穩(wěn)定工作，完全克服這些因素造成的誤差是十分困難的。
[0005] 另一方面，現(xiàn)在的整體測(cè)量采用的是多器件串聯(lián)的方式，大電流的信號(hào)需要經(jīng)過 鼠籠式空芯電流互感器、模擬積分器、模擬信號(hào)隔離和計(jì)量模塊。過程中的每一個(gè)環(huán)節(jié)都會(huì) 產(chǎn)生測(cè)量誤差，多個(gè)測(cè)量誤差疊加后將對(duì)最終的測(cè)量結(jié)果造成較大的偏差，這種疊加誤差 為非線性誤差，要調(diào)節(jié)這種誤差也非常困難。
[0006] 有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007] 本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于鼠籠式空 芯電流互感器的數(shù)字式積分器，更具體說是一種集積分和計(jì)量功能為一體的高集成化數(shù)字 積分器。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用技術(shù)方案的基本構(gòu)思是：
[0009] -種用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，包括積分器硬件和軟 件，所述軟件采用嵌入處理器的固件形式，所述積分器硬件集成了包括積分處理模塊和計(jì) 量模塊，鼠籠式電流互感器信號(hào)通過所述積分處理模塊采樣、AD處理和積分運(yùn)算，運(yùn)算后的 結(jié)果通過所述計(jì)量模塊直接進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量。
[0010] 進(jìn)一步地，還包括濾波器，所述AD處理后的信號(hào)經(jīng)過所述濾波器，通過濾波后再進(jìn) 行所述積分運(yùn)算。
[0011]進(jìn)一步地，還提供校驗(yàn)誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定的PC端軟件，通過一個(gè)串行接口與PC通 {目。
[0012] 優(yōu)選地，該數(shù)字積分器采用32位高速CPU為模塊核心，1C處理器采用ADE7858計(jì)量 芯片。
[0013] 進(jìn)一步地，還設(shè)置有RS485通訊接口，通過所述RS485通訊接口將所測(cè)得的數(shù)據(jù)通 訊給其他所需的上級(jí)控制。
[0014] 采用上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:應(yīng)用于鼠 籠式電流互感器的數(shù)字積分器，克服了模擬積分器的不足，實(shí)現(xiàn)了一次電流信號(hào)準(zhǔn)確還原。 與模擬積分器相比，數(shù)字積分器性能穩(wěn)定，相位特性優(yōu)良，不受溫漂和時(shí)漂參數(shù)的影響，大 大提高了測(cè)量精度;針對(duì)模擬積分器不能避免的直流偏移進(jìn)行有效補(bǔ)償，可以更精準(zhǔn)的調(diào) 整測(cè)量誤差。并且本實(shí)用性新型為高集成化數(shù)字積分器，其還包括了計(jì)量等功能，因此解決 了多器件串聯(lián)測(cè)量帶來疊加誤差的問題。
【附圖說明】

[0015 ] 圖1是RC積分電路圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，以助于理解本實(shí)用新 型的內(nèi)容。
[0018] 一種用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，包括積分器硬件和軟 件，所述軟件采用嵌入處理器的固件形式，所述積分器硬件集成了包括積分處理模塊和計(jì) 量模塊，鼠籠式電流互感器信號(hào)通過所述積分處理模塊采樣、AD處理和積分運(yùn)算，運(yùn)算后的 結(jié)果通過所述計(jì)量模塊直接進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量。
[0019] 由于配套于鼠籠式空芯電流互感器的模擬積分器的測(cè)量信號(hào)不能作為最終計(jì)量 值，還需后續(xù)計(jì)量，本實(shí)用新型采用數(shù)字積分器替代了模擬積分器，并將更高度的器件集成 化在此積分器中，如積分處理模塊和計(jì)量模塊等，即采用集成電路替代了模擬電路。
[0020] 工作時(shí)，對(duì)輸入模擬量進(jìn)行高速ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并利用高速數(shù)字處理器進(jìn)行積 分運(yùn)算，運(yùn)算后的結(jié)果不再如其他類似產(chǎn)品通過DAC轉(zhuǎn)換為模擬量，而是直接將該結(jié)果通過 集成的計(jì)量模塊進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量，沒有了中間的DA和AD過程，因此就不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換過程中 的誤差，也就解決了多器件串聯(lián)測(cè)量帶來疊加誤差的問題。
[0021] 如圖2所示，本實(shí)用新型還包括濾波器，所述AD處理后的信號(hào)經(jīng)過所述濾波器，通 過濾波后再進(jìn)行所述積分運(yùn)算。
[0022] 增加濾波器，用于消除信號(hào)中的直流信號(hào)偏置，再進(jìn)行積分運(yùn)算時(shí)，可以降低直流 信號(hào)偏置對(duì)數(shù)字積分器精度的影響，提高了數(shù)字積分器的整體準(zhǔn)確度。
[0023] 本實(shí)用新型還提供校驗(yàn)誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定的PC端軟件，通過一個(gè)串行接口與PC通 {目。
[0024]在鼠籠式空芯電流互感器測(cè)量礦熱爐大電流的過程中，使用數(shù)字積分處理來實(shí)現(xiàn) 鼠籠式空芯電流互感器測(cè)量中對(duì)幅值、波形、角度的誤差調(diào)節(jié)，用數(shù)字積分器的多點(diǎn)誤差補(bǔ) 償方法，提高整體測(cè)量裝置的測(cè)量精度。具體如下：
[0026]鼠籠式電流互感器線圈的輸出電壓e(t)正比于被測(cè)電流的變化率：
[0027]上式中，Μ為互感器線圈與一次母線間互感，i為被測(cè)一次電流。
[0028] 通過對(duì)鼠籠式電流互感器線圈的輸出電壓進(jìn)行積分，還原出被測(cè)電流信號(hào)，
[0030]即：
[0031 ]通過對(duì)積分運(yùn)算參數(shù)的調(diào)整，來實(shí)現(xiàn)鼠籠式電流互感器測(cè)量中對(duì)幅值、波形、角度 的誤差調(diào)節(jié)，用數(shù)字積分器的多點(diǎn)誤差補(bǔ)償方法，提高整體測(cè)量裝置的測(cè)量精度，獲得測(cè)量 裝置綜合誤差可控的生產(chǎn)工藝控制效果。積分誤差的補(bǔ)償，包括幅值、相位角、波形單獨(dú)補(bǔ) 償，補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)不少于10個(gè)點(diǎn)，不超過20個(gè)點(diǎn)。
[0032]提供校驗(yàn)誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定的PC端軟件，可以保證數(shù)字積分器的多點(diǎn)誤差補(bǔ)償方 法的正確性，滿足測(cè)量精度的要求。
[0033] 本實(shí)用新型采用32位高速CHJ為模塊核心，1C處理器采用美國Analog Devices， Inc.公司最新一代的ADE7858計(jì)量芯片。
[0034] ADE7858是一款高精度、三相電能測(cè)量1C，采用串行接口，該器件內(nèi)置二階Σ-Δ型 ADC、數(shù)字積分器、基準(zhǔn)電壓源電路以及所有必需的信號(hào)處理電路，即固定功能數(shù)字信號(hào)處 理器(DSP)，可執(zhí)行處理測(cè)量各種三線、四線的三相配置有功、無功和視在功率，例如Y形或 三角形等;各相均具有系統(tǒng)校準(zhǔn)功能，即有效值失調(diào)校正、相位校準(zhǔn)和增益校準(zhǔn)。
[0035]采用32位高速CPU和ADE7858計(jì)量芯片，使本實(shí)用新型具有更為優(yōu)良的性能，其準(zhǔn) 確度更高，計(jì)算速度更快，全面提升測(cè)量過程效率。
[0036] 本實(shí)用新型將數(shù)字積分器替代原有模擬積分器，設(shè)計(jì)其輸入和輸出接口與原模擬 積分器的接口兼容，此外還設(shè)置了RS485通訊接口，通過該通訊接口將所測(cè)得的數(shù)據(jù)通訊給 其他所需的上級(jí)控制。其中無 DA和AD過程，使得最終測(cè)量精度大幅提高。
[0037] 以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和 潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，包括積分器硬件和軟件， 所述軟件采用嵌入處理器的固件形式，其特征在于，所述積分器硬件集成了包括積分處理 模塊和計(jì)量模塊，鼠籠式電流互感器信號(hào)通過所述積分處理模塊采樣、AD處理和積分運(yùn)算， 運(yùn)算后的結(jié)果通過所述計(jì)量模塊直接進(jìn)行電參數(shù)計(jì)量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，其特征 在于，還包括濾波器，所述AD處理后的信號(hào)經(jīng)過所述濾波器，通過濾波后再進(jìn)行所述積分運(yùn) 算。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，其特征 在于，還提供校驗(yàn)誤差補(bǔ)償參數(shù)設(shè)定的PC端軟件，通過一個(gè)串行接口與PC通信。4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器， 其特征在于，該數(shù)字積分器采用32位高速CPU為模塊核心，1C處理器采用ADE7858計(jì)量芯片。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器，其特征 在于，還設(shè)置有RS485通訊接口，通過所述RS485通訊接口將所測(cè)得的數(shù)據(jù)通訊給其他所需 的上級(jí)控制。6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的高集成化數(shù)字積分器， 其特征在于，還設(shè)置有RS485通訊接口，通過所述RS485通訊接口將所測(cè)得的數(shù)據(jù)通訊給其 他所需的上級(jí)控制。
【文檔編號(hào)】H03M1/54GK205725711SQ201620349759
【公開日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年4月22日
【發(fā)明人】陶祥生
【申請(qǐng)人】無錫北科自動(dòng)化科技有限公司