方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器的制造方法
【专利摘要】本实用新型属交流电流检测产品领域，尤其涉及一种方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器；变送器本体采用穿芯式结构；被测电流铜排从变送器本体的穿孔通过且彼此固定相接；所述变送器本体包括环形磁芯及绕制其上的检测线圈；所述环形磁芯置于工程塑料壳体内并进行灌封；在变送器本体内设有信号处理模块；所述变送器本体的信号传输端口经由电缆导线或端子引出。本实用新型适合安装于方形导电铜排之上,抗电磁干扰能力强，检测精度高，响应频率快。
【专利说明】方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器
【技术领域】
[0001]本实用新型属交流电流检测产品领域，尤其涉及一种方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器。该交流电流变送器应用于能源装备、电力设施、自动化系统等工业领域，对处于强电磁干扰环境中的设备或系统的交流电流进行检测。
【背景技术】
[0002]随着工业自动化水平的不断提高，特别是伴随着智能电网和物联网的持续发展，在通信技术、量测技术、设备技术、控制技术的实现过程中，都必须采用各种电压、电流变送器，用于对设备的工作状况进行实时监控，确保设备的安全、高效、节能和环保运行。
[0003]交流电流变送器是组合电流互感器及电流变送器于一体的产品，是电力监控系统的重要元件，其作用是将交流电流转换成直流电压或直流电流。同时，它还承担强电系统和弱电系统(比如，计算机系统)的隔离作用，以保护计算机采集系统输入不被高压的交流电压所击穿，它可以直接将被测主回路交流电流转换成按线性比例输出的DC 4?20mA(通过250 Ω电阻转换DC I?5V或通过500 Ω电阻转换DC 2?10V)恒流环标准信号，连续输送到接收装置(计算机或显示仪表)。随着我国装备制造水平的不断提升，在很多电气设备中也都开始越来越多地使用各种电压、电流变送器，以用于对设备的工作状况进行实时监控，确保设备安全、高效、节能、环保地运行。
[0004]在上述这些应用领域中，对电量传感器/变送器产品的技术要求除了线性、稳定性、温度特性等常规性能指标外，对电磁兼容方面的性能提出了更高要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提供一种适合安装于方形导电铜排之上，抗电磁干扰能力强，检测精度高，响应频率快的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的。
[0007]—种方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其变送器本体采用穿芯式结构；被测电流铜排从变送器本体的穿孔通过且彼此固定相接；所述变送器本体包括环形磁芯及绕制其上的检测线圈；所述环形磁芯置于工程塑料壳体内并进行灌封；在变送器本体内设有信号处理模块；所述变送器本体的信号传输端口经由电缆导线或端子引出。
[0008]作为一种优选方案，本实用新型所述信号处理模块包括交流放大电路、整流滤波电路、V/I转换电路、EMC保护电路及稳压电源电路。
[0009]进一步地，本实用新型所述环形磁芯采用方形环状结构。
[0010]进一步地，本实用新型所述检测线圈外部设有防护层。
[0011]进一步地,本实用新型所述环形磁芯采用0.2mm娃钢片。
[0012]进一步地,本实用新型所述检测线圈采用直径为0.15mm?0.47mm的漆包线；绕制匝数在1000?5000匝。
[0013]进一步地，本实用新型所述信号处理模块中运算放大部分采用HB241处理模块。
[0014]本实用新型具有抗电磁干扰能力强，检测精度高，响应频率快等特点。本实用新型通过选取合适的磁路材料、恰当的线圈设计、厚膜集成电路及抗电磁干扰电路，实现了对强电磁干扰环境下的交流电流的高精度检测。变送器在设备运行中可以实时监测系统的工作状态，对设备的负载情况进行反馈，通过相关的保护系统对设备进行监控，以达到有效地避免事故的发生，确保设备运行安全的目的。
[0015]抗干扰交流电流变送器是基于强电磁交变干扰环境下，交流装备系统中的较大交流电流检测和数据采集的需要而设计的一种方形穿芯式电流测量产品。该产品采用电磁隔离原理设计，通过信号模块处理实现对变送器输出信号的放大和变换。变送器的综合性能得到了明显提升。变送器的非线性误差和温度漂移很小，抗干扰能力较强，工作稳定性好。通过合理的结构设计和专用信号处理模块的采用，变送器的综合性能得到了极大提高。
[0016]该变送器主要用于对交流供电设备或系统的交流大电流进行检测，测量范围在1A到800A之间，可广泛应用于智能电网监控、电力运行保护装置、能源装备等方面，对设备或系统的工作电流进行实时监测，通过相关的保护系统对设备进行防护，以避免事故的发生，确保设备安全和人身安全。
[0017]本实用新型产品主要是用于智能电网建设中各种电气设备上的特殊要求的电量变送器，同时也可以满足各种变频场合、矿山机械等较强电磁干扰环境中对于电量变送器产品的特殊要求以及物联网领域对于电量变送器的特殊要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步说明。本实用新型的保护范围不仅局限于下列内容的表述。
[0019]图1为本实用新型的工作原理框图。
[0020]图2为本实用新型的电路图。
【具体实施方式】
[0021]如图所示，方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其变送器本体采用穿芯式结构；被测电流铜排从变送器本体的穿孔通过且彼此固定相接；所述变送器本体包括环形磁芯及绕制其上的检测线圈；所述环形磁芯置于工程塑料壳体内并进行灌封；在变送器本体内设有信号处理模块；所述变送器本体的信号传输端口经由电缆导线或端子引出。
[0022]本实用新型所述信号处理模块包括交流放大电路、整流滤波电路、V/I转换电路、EMC保护电路及稳压电源电路。
[0023]本实用新型所述环形磁芯采用方形环状结构。本实用新型所述检测线圈外部设有防护层。本实用新型所述环形磁芯采用0.2_硅钢片。本实用新型所述检测线圈采用直径为0.15mm?0.47mm的漆包线；绕制匝数在1000?5000匝。本实用新型所述信号处理模块中运算放大部分采用HB241处理模块。
[0024]智能电网用电量变送器/变送器产品的技术关键点是要满足电磁兼容方面的技术要求，在产品外观设计上也要满足智能电网应用现场的技术要求，解决产品抗强电磁干扰问题，全面提高电量变送器的综合竞争力。
[0025]本实用新型适合安装于方形导电铜排之上。它采用电磁隔离技术作为交流电流采样来进行产品的设计。为了保证产品的稳定性和一致性，采用的是厚膜电路设计的信号处理模块，采用封闭式硅钢片铁芯、单次级线圈结构。
[0026]本实用新型将环形磁芯安放在分成两体的环形塑料环的其中一半里，通过硅橡胶固定后，盖上另外一半塑料环；在塑料环上绕制一组合适匝数的采样线圈，绕制线圈的漆包线直径为0.15mm?0.47mm，绕制匝数在1000?5000匝，线径的选择和绕制的匝数由被测电流的大小来定。绕制好的线圈引出两根引线；然后用绝缘胶布或绝缘绸布缠定；最后将处理好的绕制了线圈的铁芯和线路板放置在变送器壳体内用环氧树脂胶灌封。
[0027]变送器信号处理模块主要包括交流放大电路、整流滤波电路、直流放大电路和V/I转换电路等几部分，主要元器件包括由低漂移运算放大器设计的信号处理模块(运算放大部分采用HB241)、稳压电源模块、保护器件及电阻、电容等。
[0028]变送器的技术实现。
[0029](I)采用低漂移、单电源工作的运算放大器组成放大电路和整流滤波电路，保证变送器具备较小的温度漂移。
[0030](2)采用模块化设计，厚膜技术设计的专用信号处理模块，有源滤波电路中的电容采用低温漂系数的电容，保证了变送器在整个温区内的滤波效果，即保证了变送器的纹波控制在一定的水平。
[0031](3)在电源输入端增加了气体放电二极管和瞬态保护二极管，抑制由电源耦合来的高压浪涌干扰信号，保护信号处理电路。
[0032](4)对输出信号采用了 LC组合电路加瞬态保护二极管的防护措施，防止干扰信号从信号端的侵入损害，保证了变送器的抗干扰性能。
[0033](5)铁芯采用0.2mm硅钢片设计，层间绝缘并通过热处理，减少涡流损耗，提高响应频率。
[0034](6)变送器采用环氧树脂进行整体灌封的工艺结构，提高了产品的抗震性和抗冲击性。
[0035]图1中N1为被测电流导线，可以是单匝或多匝输入，N2为检测线圈，磁环由较高起始磁导率和较高饱和磁导率的硅钢片材料制成，检测线圈均匀绕制在磁环上。根据电磁感应的理论，当磁环中有电流流过时，会引起磁路内的磁场变化，变化的磁场会使得磁场内的检测线圈产生感应电流，感应电流的大小由初级线圈匝数、初级电流大小和检测线圈的匝数确定，计算公式为。
[0036]N山=N2I2，贝 IJ =I1 = N2VN1。
[0037]即变送器检测线圈N2中的电流信号I2与被测电流I1成线性的对应关系，这样通过测量变送器检测线圈中的电流就得到了被测电流值。
[0038]由于变送器是用于大电流检测，因此必须采用起始磁导率和饱和磁导率都较高的材料作为铁芯，既要保证变送器的灵敏度，又要保证变送器的测量范围。
[0039]为了提高产品的抗干扰性，在塑料外壳的内部涂覆了一层导电漆，防止静电干扰，提高电磁兼容性能。
[0040]变送器的信号处理模块包括交流放大电路、整流滤波电路、直流放大电路和V/I转换电路等几部分，主要元器件包括由低漂移运算放大器设计的信号处理模块(运算放大部分采用HB241)、稳压电源模块、保护器件及电阻、电容等。
[0041]如图2所示，稳压电源电路包括有电源稳压模块A3、电容Cp C2、C3组成，电源电路的输出电压为+18V，保证变送器内的电路电源在24V外电源变化时能够保持稳定。
[0042]EMC保护电路包括瞬态二极管D2、气体放电管B1、二极管03、电感LpL2和电容C4。以上器件组合在实现了输入电源接反保护、雷击时的瞬态浪涌保护和干扰脉冲的滤波保护，保证变送器工作电源的纯净，防止干扰信号通过电源接入变送器从而造成变送器内芯片的损坏。
[0043]X1是绕制了线圈的磁环，用来采集信号，Rp^R5、是检测电流信号的取样电阻，通过取样电阻将交流电流信号变成交流电压信号输入给变送器专用处理模块HB241，W1是串接在取样电阻中的电位器，可以调整变送器的满量程输出值。
[0044]HB241是信号处理模块，内部包括了信号运算放大电路、整流滤波电路和V/I转换电路。该芯片共有6个管脚，第I管脚接电源正端，第2管脚接检测线圈的其中一端，检测线圈的另外一端接电源地端，第3管脚接电源地端，第4管脚通过电阻R6和电位器W2接电源地，W2可以调整变送器的零点偏置，第5管脚悬空，第6管脚是变送器的输出。
[0045]电感L3、L4和电容C5、瞬态二极管D4、二极管D3组成输入保护电路，防止强干扰信号通过变送器的输出端损坏内部芯片，瞬态二极管D4可以保证变送器的输出值的过载不会太大，并且可以限制外部干扰信号的幅值。
[0046]测量交流电流时，将被测电流导线穿过变送器的穿孔，电流导线的穿入方向不限。当被测电流导线中的电流变化时，磁路中的磁场会发生变化，进而引起X1检测线圈中的电流发生变化，该变化的电流经电阻采样后输入给信号处理模块，经信号处理模块转换变成标准的Γ20Π1Α直流电流信号，这样通过测量变送器的输出电流就得到了被测电流值的大小。
[0047]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于，变送器本体采用穿芯式结构；被测电流铜排从变送器本体的穿孔通过且彼此固定相接；所述变送器本体包括环形磁芯及绕制其上的检测线圈；所述环形磁芯置于工程塑料壳体内并进行灌封；在变送器本体内设有信号处理模块；所述变送器本体的信号传输端口经由电缆导线或端子引出。
2.根据权利要求1所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述信号处理模块包括交流放大电路、整流滤波电路、V/I转换电路、EMC保护电路及稳压电源电路。
3.根据权利要求2所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述环形磁芯采用方形环状结构。
4.根据权利要求3所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述检测线圈外部设有防护层。
5.根据权利要求4所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述环形磁芯采用0.2_硅钢片。
6.根据权利要求5所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述检测线圈采用直径为0.15mm?0.47mm的漆包线；绕制匝数在1000?5000匝。
7.根据权利要求6所述的方型电流穿孔抗强电磁干扰的交流电流变送器，其特征在于:所述信号处理模块中运算放大部分采用HB241处理模块。
【文档编号】G01R15/20GK204116443SQ201420501692
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】李洪儒, 陈雷, 张军, 徐海宁, 刘筝, 王晓雯, 郑强, 牟丹, 王静瑜, 刘晓松, 周枫, 穆怀宇 申请人:沈阳汇博自动化仪表有限公司