一种开关柜三相母线电流测量装置的制作方法

1.本发明涉及开关柜技术领域，尤其是涉及一种开关柜三相母线电流测量装置。


背景技术：

2.电缆周围存在磁场，开关柜三相之间存在磁场互相干扰的问题，如何才能有效的解决三相电缆之间的磁干扰，是一个难点，随着传感技术的不断发展，磁传感器在电流测量领域的应用越来越广泛，已经成为电子测量领域关键器件之一。利用磁传感器测量开关柜内母线电流的磁场，通过相应算法反解电流是一种可行的方法，关键技术在于如何建立磁传感器测量的磁场与实际电流之间的关系。
3.磁传感器电流测量大致经历了三个阶段：最初阶段为单传感器测量，但是单传感器测量的数据包含被测电流自身产生的磁场又包括其它相母线产生的干扰磁场。单传感器不能对测量磁场和干扰磁场进行有效区分，精度不能满足大电流系统的测量需求；后来采用环形传感器阵列，在母线周围环绕多个磁传感器，极大地提高测量精度，但这种方法只适用于测量直流情形，不能满足交流情形。最后发展到现在利用传感器阵列拓扑结构进行测量，通过对传感器的输出数据分析处理，在排除干扰的同时建立磁场与电流的关系，通过测量磁传感器的电压输出值，求得母线上实际电流值。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种开关柜三相母线电流测量装置，磁传感器设置在滑动板上，滑动板设置在滑块上，可方便调整并固定磁传感器的位置，检测方便，准确度高。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种开关柜三相母线电流测量装置，包括伸缩杆一，所述伸缩杆一上设置将伸缩杆一两端面紧压在开关柜侧壁上的驱动组件一，所述伸缩杆一上方设置与伸缩杆一同步伸长或缩短的伸缩杆二，所述伸缩杆二上滑动连接滑块，所述伸缩杆二上设置控制滑块位置的限位组件一，所述滑块内插接滑动板，所述滑块上设置限制滑动板位置的限位组件二，所述滑动板一端设置磁传感器，所述伸缩杆二上设置刻度一，所述滑动板上设置刻度二。
6.进一步的，所述伸缩杆一两端设置推板，所述伸缩杆二设置在推板之间，所述伸缩杆二由多根平行设置的横杆组成，所述滑块上设置供伸缩杆二穿过的清除孔，所述清除孔内壁上设置多个凸起一，每个所述横杆上均设置供凸起一滑动的滑槽一。
7.进一步的，所述限位组件一为设置在滑块侧面的两个或多个间隔设置的螺栓一，与所述滑块内侧壁接触的横杆上设置供螺栓一螺柱端部滑动的清除槽。
8.进一步的，所述滑动板内插接插板，所述滑动板和插板之间设置驱动插板运动并定位的驱动组件二，所述滑动板一端设置距离传感器，所述距离传感器用于测量距离传感器与插板一端之间的距离，所述插板另一端设置磁传感器。
9.进一步的，所述磁传感器与插板另一端可拆卸连接，所述刻度二为两条，分别设置
在滑动板两侧，所述磁传感器设置在插板端面上时，参照一侧刻度二，所述磁传感器设置在插板侧面时，参照另一侧刻度二。
10.进一步的，所述推板与开关柜侧壁接触的侧面上设置防滑层。
11.本发明的有益效果是：将伸缩杆一两端压紧固定在开关柜内，磁传感器设置在滑动板的一端，滑动板插接在滑动块上，参照刻度一调整滑块的位置，参照刻度二调整滑动板，对磁传感器的位置进行精确的控制，通过限位组件一和限位组件二对磁传感器进行固定，防止磁传感器抖动，保证磁传感器测量的准确性。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图；图2为图1从另一个角度观察的结构示意图；图3为距离传感器的结构示意图；图4为伸缩杆一的结构示意图；图5为滑动板、插板、距离传感器和磁传感器的安装示意图；其中，1
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伸缩杆一，2
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伸缩杆二，3
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滑块，4
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滑动板，5
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磁传感器，6
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刻度一，7
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刻度二，8
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推板，9
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横杆，10
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清除孔，11
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凸起一，12
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滑槽一，13
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螺栓一，14
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清除槽，15
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插板，16
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距离传感器，17
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防滑层，18
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外管，19
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螺杆一，20
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圆环，21
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轴承一，22
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凸起二，23
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滑槽二，24
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星型把手，25
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螺栓二，26
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凹槽，27
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螺杆二，28
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竖板，29
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凹形架，30
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插孔。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.一种开关柜三相母线电流测量装置，如图1和图2所示，包括伸缩杆一1，伸缩杆一1由外管18和插接在外管18中的螺杆一19组成，伸缩杆一1两端均通过螺栓四垂直固定推板8，伸缩杆一1上设置将伸缩杆一1两端面紧压在开关柜侧壁上的驱动组件一，驱动组件一为圆环20，如图3所示，圆环20右端内部粘接轴承一21，轴承一21内环周面粘接在外管18左端，圆环20左端内部加工出与螺杆一19相匹配的内螺纹，螺杆一19右端对称加工出一体成型两个凸起二22，外管内部加工出可供凸起二22左右滑动的滑槽二23，此时拧动圆环20，可使伸缩杆一1伸长或缩短，将伸缩杆一1水平放置在开关柜内，拧动圆环20将伸缩杆一1伸长，位于伸缩杆一1两侧的推板8紧压在开关柜侧壁上。
15.伸缩杆一1上方设置与伸缩杆一1同步伸长或缩短的伸缩杆二2，伸缩杆二2设置在推板8之间，伸缩杆二2由多根平行设置的横杆9组成，如图1和图2所示，位于左侧的推板8上水平粘接两个横杆9，位于右侧的推板8上水平粘接另个横杆9，四根横杆9互相平行且相邻横杆9相互贴合，伸缩杆二2上滑动连接长方体块状结构的滑块3，滑块3上加工出供伸缩杆二2穿过的清除孔10，如图4所示，清除孔10内壁上加工出四个凸起一11，每个横杆9下端均加工出供凸起一11滑动的滑槽一12，此时滑块3可在伸缩杆二2上自由左右滑动。伸缩杆二2
上设置控制滑块3位置的限位组件一，限位组件一为螺纹连接在滑块3侧面的两个或多个间隔设置的螺栓一13，本实施例为两个螺栓一13，螺栓一13螺帽上粘接星型把手24，螺栓一13的螺柱端部粘接圆盘，增加螺栓一13螺柱与横板之间接触面积的同时防止螺栓一13脱离滑块3，与滑块3内侧壁接触的横杆9上设置供圆盘滑动的清除槽14，此时两个圆盘至少有一个完全贴合横杆9，将滑块3固定。
16.滑块3上部插接滑动板4，滑动板4为长方体板状结构，滑动板4只能沿垂直于伸缩杆一1和伸缩杆二2的方向滑动，滑块3上设置限制滑动板4位置的限位组件二，限位组件二为螺纹连接在滑动块顶部的螺栓二25，螺栓二25顶端粘接星型把手24，螺栓二25底端设置圆盘，滑块3内顶面上加工出凹槽26，圆盘可以没入凹槽26内，防止圆盘对滑动板4的滑动造成影响；滑动板4一端设置磁传感器5。
17.为了增加磁传感器5向开关柜内部深入的长度，滑动板4为一端开口的长方体壳状结构，从滑动板4开口处向内插接插板15，滑动板4和插板15之间设置驱动插板15运动并定位的驱动组件二，驱动组件二为螺杆二27，螺杆二27一端螺纹连接在插板15内，另一端粘接轴承二，滑动板4未开口端面上加工出圆孔，轴承二外周面粘接在圆孔内壁上，螺杆二27另一端粘接星型把手24，方便旋转螺杆二27；滑动板4未开口的一端可拆卸设置距离传感器16，距离传感器16的设置方式为：距离传感器16顶面和底面上均垂直粘接竖板28，滑动板4上加工出供距离传感器16穿过的通孔，距离传感器16设有测量端头的一端插入通孔内后，竖板28位于滑动板4外部，将竖板28通过螺栓三固定安装在滑动板4上，此时传感器用于测量距离传感器16与插板15一端之间的距离，优选的，用于测量插板15端面与滑动杆内端面之间的距离，插板15另一端安装磁传感器5。
18.三相母线可能安装在开关柜正对开口处的内壁上，也有可能安装在开关柜两侧壁上，为了方便磁传感器5对位于任意位置的三相母线均能进行检测，插板15另一端可拆卸设置磁传感器5，如图5所示，设置方式为：磁传感器5没有设置感应端头的一面粘接凹形架29，插板15的端面和两侧面均加工出供凹形架竖板28插入的插孔30，使用者可以根据需要将凹形板的一个竖板28垂直插入相应的插孔30内，实现磁传感器5与插板15之间的静连接。
19.为了方便使用者精确掌握磁传感器5的位置，伸缩杆二2上加工出刻度一6，即四个横杆9的顶面上均加工出刻度；滑动板4上顶面上加工出刻度二7，刻度二7为两条，分别设置在滑动板4顶面两侧，磁传感器5设置在插板15端面上时，参照一侧刻度二7；磁传感器5设置在插板15侧面时，参照另一侧刻度二7，刻度一6和刻度二7的划分可以由本领域技术人员根据需要自由选择。
20.使用时，现将磁传感器5安装到合适的位置，再将伸缩杆一1水平放入到开关柜中，转动圆环20，将推板8紧压在开关柜侧壁上，为了防止伸缩杆一1下落，与开关柜侧壁接触的侧面上粘接橡胶防滑层17；拧松两个螺栓一13，参照刻度一6左右滑动滑块3至合适的位置，再拧紧其中一个螺栓一13，使该螺栓一13上的圆盘紧压在横杆9上，将滑块3固定；再拧松螺栓二25，参照刻度二7移动滑动板4，移动到合适的位置后拧紧螺栓二25，将滑动板4固定；开关柜较深，滑动板4长度不够将磁传感器5送到合适的位置时，手握星型把手24旋转螺杆二27，参照距离传感器16显示的示数控制插杆伸出滑动板4的长度。按照上述方式，调整滑块3、滑板和插板15之间的相对位置，完成对三相母线的检测。
21.开关柜的三相母排可看成是平行的铜排，每相母排的宽度为 c，厚度为 d，相邻两
相母排间的距离为 l。靠近每相母排安装磁传感器，并假设每相对应的磁传感器到该相母排的距离为 b，到该相母排左侧边缘的距离为 a，因此，a、b 两个参数决定了磁传感器阵列拓扑的结构。母排间的间距 l、各相母排的实际宽度 d 以及厚度可根据实际应用的开关柜测量得出。
22.应用磁传感器测量电流的基本前提是磁场的线性和叠加性，包括空间上和频率上的线性叠加性。空间上的线性叠加性是指电流在空间内指定一点产生的磁场强度与电流的强度成线性关系，而且对于多相电流，该点的磁场强度是各相电流所产生的磁场强度在该点的矢量叠加。频率线性是指对于空间内的指定点，特定频率电流在该点的磁感应系数为某一特定值。对于已知频率和相位的电流，在特定点处产生的感生磁场与其同频同相，即该特定点处的磁场为给定电流各频率分量在该点感生磁场的叠加。
23.在频率较低及电网谐波干扰较小的情况下，可以只考虑电流信号的基波分量，并且忽略磁场的延迟效应以及涡流产生的集肤效应，传感器电压和三相电流关系如下：且忽略磁场的延迟效应以及涡流产生的集肤效应，传感器电压和三相电流关系如下：大量的实验来获得。采用逐相单独通电流，采集三相磁传感器的输出，计算出对应的感应系数。例如先对 a 相母排进行单独通电，b、c 两相断开，根据三相磁传感器的电压输出信号可计算出c11 、c12、c13的值。由同样的实验方法，分别计算出另外两组向量的值，最后得到系数矩阵c 的值。
24.为研究三相母线上电磁场分布情况，利用 ansys 对开关柜内磁场分布情况进行模拟仿真。通过磁场分布模拟仿真可以发现，a、b、c 三相母线周围均有磁场分布。母线室内空间内任一点磁场强度均是 a、b、c 三相磁场矢量叠加的结果，磁传感器所测得的磁场强度是三相母线产生磁场在该点的矢量和。磁传感器到母线垂直距离 d一定时，tmr 磁传感器5输出值：假设三相电流对称，因而每一个磁传感器测得的电压输出值为：其中，cij 表示 i 号传感器在 j 号母排处电压值。
25.将上式写成矩阵形式为：
系数矩阵 c 可以通过实验测定。先通某单相电流，则i2=i3=0，采集三枚传感器的电压输出，则可以相应的计算出 c11、c21、c31。同理，则可以分别测出另外两组值，从而得到系数矩阵 c。
26.得到系数矩阵c之后，通过测量磁传感器的电压输出值，求得母线上实际电流值。
27.由于系数矩阵要保证其可逆性，因而通过采取系数矩阵与其转置矩阵相乘的方法保证其可逆性：即上式证明通过传感器阵列拓扑结构，可由传感器测量电压计算出三相母线的电流值。
28.采用传感器阵列拓扑结构，采集三相母线的传感器测量电压，在边缘计算平台利用阵列数学模型算法处理计算三相母线的电流。
29.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。