專利名稱:基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器及其監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電流互感器,尤其涉及一種基于感應(yīng)式供電的一體化數(shù)字電流互感器及其對電纜進(jìn)行監(jiān)測的方法。
背景技術(shù):
互感器是按比例變換電壓或電流的設(shè)備,其功能是將高電壓或大電流按比例變換成標(biāo)準(zhǔn)低電壓或標(biāo)準(zhǔn)小電流,以便實(shí)現(xiàn)測量儀表、保護(hù)設(shè)備、及自動(dòng)控制設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、小型化。此外,互感器還可以用來隔開高電壓系統(tǒng),以保證人身和設(shè)備的安全。電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換的部件,廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,起變流和電氣隔離的作用。目前使用的電流互感器一般為接線式或穿心式,其鐵芯與外殼均為閉合式設(shè)置, 鐵芯為封閉的圓環(huán)形或方形。在安裝時(shí),必須將電纜拆開,也就是必須在斷電后才能進(jìn)行安裝或拆除等作業(yè),操作比較復(fù)雜,甚至?xí)绊懝╇娫O(shè)備的正常運(yùn)行,影響了人們的正常用電。進(jìn)一步的,現(xiàn)有一般的電流互感器,其只能做到檢測電纜運(yùn)行電流值,并直接輸出交流模擬量信號(hào)的功能。這個(gè)交流模擬量信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸距離很近無法進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸, 必須通過另設(shè)的采集控制器將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后才能進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,設(shè)備成本較為昂貴。此外,由于模擬量信號(hào)在傳輸過程中會(huì)因?yàn)閷?dǎo)線的長度不同產(chǎn)生不同程度的衰減,從而影響測量精度。同時(shí),模擬量信號(hào)容易受到干擾,因此也會(huì)影響測量的真實(shí)性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于,提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其由感應(yīng)電流供電,無需外部供電,且直接輸出數(shù)字信號(hào)無需采集控制器,能夠極大的降低工程費(fèi)用;本發(fā)明的另一目的在于,提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的監(jiān)測方法, 其在監(jiān)測電纜運(yùn)行電流的同時(shí),利用感應(yīng)供電技術(shù),并直接輸出數(shù)字信號(hào),提高了測量的精度,降低了工程難度和費(fèi)用。為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,包括安裝座、設(shè)于安裝座內(nèi)的電路板、及設(shè)于安裝座上的塑料外殼,其還包括設(shè)于塑料外殼內(nèi)的感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈,所述安裝座上還設(shè)有通信接口,電路板上設(shè)有CPU、分別電性連接于 CPU 一端的整流電路、采樣模塊、及電性連接于CPU另一端的CAN收發(fā)器,塑料外殼為兩配合安裝的半圓環(huán)形殼體,所述感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接,所述通信接口與CAN收發(fā)器電性連接。其中,所述安裝座上設(shè)有緊固螺絲,塑料外殼的兩半圓環(huán)形殼體通過該緊固螺絲相互配合安裝,形成一閉合圓環(huán)。本發(fā)明的CPU與整流電路之間還電性連接一 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明中,所述CPU內(nèi)包括一電源模塊,該DC/DC轉(zhuǎn)換器與該電源模塊電性連接。此外,所述CPU內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器,采樣模塊與該模數(shù)變換器電性連接,電源模塊分別與該模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及 CAN控制器電性連接,CAN收發(fā)器與該CAN控制器電性連接。選擇性的,所述通信接口可以為采用Modbus協(xié)議的RS485通信接口。本發(fā)明感應(yīng)取電線圈及檢測線圈的開合式鐵芯均包括兩個(gè)相對設(shè)置的開合式半圓環(huán)鐵芯,該兩個(gè)鐵芯之間填充有絕緣塑料。進(jìn)一步的,本發(fā)明還提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的監(jiān)測方法,其包括如下步驟將基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器安裝在待測電纜上面形成閉合的線圈,該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)的感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置;當(dāng)待測電纜有電流通過時(shí),檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流,該感應(yīng)電流經(jīng)過采樣模塊后輸入到CPU ;感應(yīng)取電線圈產(chǎn)生感應(yīng)供電電流,該感應(yīng)供電電流經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器傳輸至CPU, 為CPU工作提供電源;CPU對該感應(yīng)電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和分析運(yùn)算后,經(jīng)過CAN收發(fā)器直接輸出數(shù)字信號(hào),該數(shù)字信號(hào)通過通信接口傳輸給上位機(jī)檢測設(shè)備。其中,所述CPU內(nèi)包括一電源模塊,該DC/DC轉(zhuǎn)換器與該電源模塊電性連接;該 CPU內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器,采樣模塊與該模數(shù)變換器電性連接,電源模塊分別與該模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器電性連接,CAN收發(fā)器一端與該CAN控制器電性連接,其另一端與通信接口電性連接。本發(fā)明中,所述基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)包括有感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈,該感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接。本發(fā)明的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器及其監(jiān)測方法,其選用超低功耗元件, 實(shí)現(xiàn)了由感應(yīng)電流供電,無需外部供電,直接輸出數(shù)字信號(hào)無需采集控制器,確保原始信號(hào)沒有衰減和干擾,提高測量精度的同時(shí),極大的降低了工程難度和費(fèi)用。
圖I為本發(fā)明基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器一種具體實(shí)施例的外部結(jié)構(gòu)示意圖;圖2為圖I中基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器一種具體實(shí)施例的半剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖3為本發(fā)明中塑料外殼的剖面結(jié)構(gòu)示意圖;圖4為本發(fā)明基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器一種具體實(shí)施例的模塊示意圖;圖5為本發(fā)明基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的監(jiān)測方法流程示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖1-4所示,本發(fā)明提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其包括安裝座10、設(shè)于安裝座10內(nèi)的電路板12、及設(shè)于安裝座10上的塑料外殼14,其還包括設(shè)于塑料外殼內(nèi)的感應(yīng)取電線圈15、及檢測線圈16,所述安裝座10上還設(shè)有通信接口 18,電路板12上設(shè)有CPU20、分別電性連接于CPU20 —端的整流電路22、采樣模塊24、及電性連接于CPU20 另一端的控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN Controller Area Network)收發(fā)器26,塑料外殼14為兩配合安裝的半圓環(huán)形殼體,所述感應(yīng)取電線圈15及檢測線圈16均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈15與整流電路22電性連接,檢測線圈16與采樣模塊24電性連接,所述通信接口 18與CAN收發(fā)器26電性連接。其中,所述安裝座10上設(shè)有緊固螺絲19,塑料外殼14的兩半圓環(huán)形殼體通過該緊固螺絲19相互配合安裝,形成一閉合圓環(huán)。使用時(shí),不需要剪斷線纜即可將該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器通過兩半圓環(huán)形殼體安裝于電纜上面,使電流互感器形成一閉合的線圈,操作較為簡單,極大的降低了施工難度,不會(huì)影響供電設(shè)備的正常運(yùn)行。在本發(fā)明具體實(shí)施例中,所述安裝座10上還設(shè)有指示燈102,該指示燈102可以對基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的工作狀態(tài)進(jìn)行顯示。本發(fā)明的CPU20與整流電路22之間還電性連接一 DC/DC轉(zhuǎn)換器21。在本發(fā)明具體實(shí)施例中,該DC/DC轉(zhuǎn)換器21采用降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器。在具體工作中,該DC/DC轉(zhuǎn)換器21可以將整流電路22傳送過來的電流從48V降至3. 3V,,為CPU20的正常工作提供電源。作為本發(fā)明的一種具體實(shí)施例,所述CPU20內(nèi)包括一電源模塊202,該DC/DC轉(zhuǎn)換器21與該電源模塊202電性連接。此外,所述CPU20內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器 (ADC Analog to Digital Converter) 204、運(yùn)算分析模塊 206、及 CAN 控制器 208,采樣模塊24與該模數(shù)變換器204電性連接,電源模塊202分別與該模數(shù)變換器204、運(yùn)算分析模塊206、及CAN控制器208電性連接,CAN收發(fā)器26與該CAN控制器電性連接。其中,所述電源模塊202為整個(gè)CPU20的正常工作提供電源供給;模數(shù)變換器204用于將接收到的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,運(yùn)算分析模塊206用于對經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算分析,并將其傳送給CAN控制器208,CAN控制器208通過CAN收發(fā)器26直接輸出數(shù)字信號(hào)。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例,該CAN收發(fā)器26可以采用高速CAN收發(fā)器,其具有較高的信號(hào)傳輸速率,信號(hào)傳輸更加安全可靠。作為本發(fā)明的一種選擇性實(shí)施例,所述通信接口 18可以為采用Modbus協(xié)議的 RS485通信接口,通過該RS485通信接口可將CAN收發(fā)器26發(fā)送的數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸至上位機(jī)監(jiān)測設(shè)備,可以實(shí)現(xiàn)長達(dá)I公里的信號(hào)傳輸而沒有任何損失,確保測量的真實(shí)性。此外,本發(fā)明感應(yīng)取電線圈15及檢測線圈16的開合式鐵芯均包括兩個(gè)相對設(shè)置的開合式半圓環(huán)鐵芯,該兩個(gè)鐵芯之間填充有絕緣塑料17。其中,所述感應(yīng)取電線圈15主要用于感應(yīng)經(jīng)過塑料外殼14內(nèi)電纜的電流從而產(chǎn)生電能,進(jìn)而為整個(gè)CPU20的正常運(yùn)行提供電源,檢測線圈16主要用于監(jiān)測經(jīng)過塑料外殼14內(nèi)電纜的運(yùn)行電流數(shù)據(jù)。在本發(fā)明其它實(shí)施例中,還可以在兩個(gè)鐵芯之間填充樹脂膠、硅膠、或橡膠等絕緣材料,確保該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的電敷設(shè)性能。進(jìn)一步的,本發(fā)明還提供一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的監(jiān)測方法,如圖5 所示,其包括如下步驟步驟I,將基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器安裝在待測電纜上面形成閉合的線圈,該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)的感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置。 由于該開合式鐵芯的設(shè)置,使用時(shí)不需要剪斷線纜就可以將該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器安裝在電纜上面,極大的降低了施工難度,也不會(huì)影響供電設(shè)備的正常運(yùn)行。步驟2,當(dāng)待測電纜有電流通過時(shí),檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流,該感應(yīng)電流經(jīng)過采樣模塊后輸入到CPU。本發(fā)明的CPU內(nèi)包括一電源模塊,該DC/DC轉(zhuǎn)換器與該電源模塊電性連接。該CPU內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器,采樣模塊與該模數(shù)變換器電性連接,電源模塊分別與該模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器電性連接,CAN收發(fā)器一端與該CAN控制器電性連接,其另一端與通信接口電性連接。本發(fā)明中,所述基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)包括有感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈,該感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均均采用開合式鐵芯設(shè)置。其中,感應(yīng)取電線圈主要用于感應(yīng)經(jīng)過塑料外殼內(nèi)電纜的電流從而產(chǎn)生電能,進(jìn)而為整個(gè)CPU的正常運(yùn)行提供電源;檢測線圈主要用于監(jiān)測經(jīng)過塑料外殼內(nèi)電纜的運(yùn)行電流數(shù)據(jù),該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接。當(dāng)電纜有電流通過時(shí),檢測線圈就會(huì)感應(yīng)到電流,該檢測線圈感應(yīng)到的電流和實(shí)際通過電纜的電流之間有個(gè)比值對應(yīng)關(guān)系,例如通過電纜的電流為100A,則檢測線圈感應(yīng)輸出的電流值為100mA。檢測線圈感應(yīng)到的電流值經(jīng)過采樣模塊后直接輸入到CPU中。步驟3,感應(yīng)取電線圈產(chǎn)生感應(yīng)供電電流,該感應(yīng)供電電流經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器傳輸至CPU,為CPU工作提供電源。本發(fā)明中,當(dāng)電纜有電流通過時(shí),感應(yīng)取電線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)供電電流,該感應(yīng)供電電流通過整流電路進(jìn)行整流后,再經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換,然后傳送至CPU的電源模塊內(nèi),為整個(gè)CPU的正常運(yùn)行提供工作電源。在本發(fā)明具體實(shí)施例中,經(jīng)過整流后的感應(yīng)供電電流,經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器由48V電壓轉(zhuǎn)換為3. 3V的低壓,然后傳輸給 (PU進(jìn)行供電。本發(fā)明采用超低功耗的CPU,其通過感應(yīng)電流供電,無需外部電源供電,具有節(jié)能減耗的優(yōu)點(diǎn),可極大的降低工程費(fèi)用。步驟4,CPU對該感應(yīng)電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和分析運(yùn)算后,經(jīng)過CAN收發(fā)器直接輸出數(shù)字信號(hào),該數(shù)字信號(hào)通過通信接口傳輸給上位機(jī)檢測設(shè)備。當(dāng)CPU接收到感應(yīng)供電電流提供的工作電源后啟動(dòng)工作,該CPU將采樣模塊傳輸?shù)母袘?yīng)電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和分析運(yùn)算后,經(jīng)過CAN收發(fā)器直接輸出數(shù)字信號(hào)。在本發(fā)明具體實(shí)施例中,CAN收發(fā)器可以采用信號(hào)傳輸速率較高的高速CAN收發(fā)器,通信接口可以為采用Modbus協(xié)議的RS485通信接口。高速CAN收發(fā)器輸出的數(shù)字信號(hào)通過該RS485通信接口遠(yuǎn)程傳輸給上位機(jī)檢測設(shè)備進(jìn)行分析處理,既能實(shí)現(xiàn)對待測電纜的監(jiān)測分析,且解決了傳統(tǒng)電流互感器的模擬信號(hào)傳輸距離的限制,具有較高的測量精度,減少了施工放線的數(shù)量,極大的降低了工程難度及費(fèi)用。綜上所述,本發(fā)明的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器及其監(jiān)測方法,其選用超低功耗元件,實(shí)現(xiàn)了由感應(yīng)電流供電,無需外部供電,直接輸出數(shù)字信號(hào)無需采集控制器,確保原始信號(hào)沒有衰減和干擾,提高測量精度的同時(shí),極大的降低了工程難度和費(fèi)用。以上所述,對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說,可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思作出其他各種相應(yīng)的改變和變形,而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明后附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,包括安裝座、設(shè)于安裝座內(nèi)的電路板、及設(shè)于安裝座上的塑料外殼,其特征在于,還包括設(shè)于塑料外殼內(nèi)的感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈, 所述安裝座上還設(shè)有通信接口,電路板上設(shè)有CPU、分別電性連接于CPU —端的整流電路、 采樣模塊、及電性連接于CPU另一端的CAN收發(fā)器,塑料外殼為兩配合安裝的半圓環(huán)形殼體,所述感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接,所述通信接口與CAN收發(fā)器電性連接。
2.如權(quán)利要求I所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述安裝座上設(shè)有緊固螺絲,塑料外殼的兩半圓環(huán)形殼體通過該緊固螺絲相互配合安裝,形成一閉合圓環(huán)。
3.如權(quán)利要求I所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述CPU與整流電路之間還電性連接一 DC/DC轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求3所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述CPU內(nèi)包括一電源模塊,該DC/DC轉(zhuǎn)換器與該電源模塊電性連接。
5.如權(quán)利要求4所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述CPU內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器,采樣模塊與該模數(shù)變換器電性連接,電源模塊分別與該模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器電性連接,CAN收發(fā)器與該CAN控制器電性連接。
6.如權(quán)利要求I所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述通信接口為采用Modbus協(xié)議的RS485通信接口。
7.如權(quán)利要求I所述的基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器,其特征在于,所述感應(yīng)取電線圈及檢測線圈的開合式鐵芯均包括兩個(gè)相對設(shè)置的開合式半圓環(huán)鐵芯,該兩個(gè)鐵芯之間填充有絕緣塑料。
8.一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的監(jiān)測方法,其特征在于,包括如下步驟將基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器安裝在待測電纜上面形成閉合的線圈,該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)的感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置;當(dāng)待測電纜有電流通過時(shí),檢測線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流,該感應(yīng)電流經(jīng)過采樣模塊后輸入到 CPU ;感應(yīng)取電線圈產(chǎn)生感應(yīng)供電電流,該感應(yīng)供電電流經(jīng)過DC/DC轉(zhuǎn)換器傳輸至CPU,為 CPU工作提供電源;CPU對該感應(yīng)電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換和分析運(yùn)算后,經(jīng)過CAN收發(fā)器直接輸出數(shù)字信號(hào),該數(shù)字信號(hào)通過通信接口傳輸給上位機(jī)檢測設(shè)備。
9.如權(quán)利要求8所述的利用基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的井蓋系統(tǒng),其特征在于,所述CPU內(nèi)包括一電源模塊,該DC/DC轉(zhuǎn)換器與該電源模塊電性連接;該CPU內(nèi)還包括依次電性連接的模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器,采樣模塊與該模數(shù)變換器電性連接,電源模塊分別與該模數(shù)變換器、運(yùn)算分析模塊、及CAN控制器電性連接,CAN收發(fā)器一端與該CAN控制器電性連接,其另一端與通信接口電性連接。
10.如權(quán)利要求9所述的利用基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器的井蓋系統(tǒng),其特征在于,所述基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器內(nèi)包括有感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈,該感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器及其監(jiān)測方法,該基于感應(yīng)供電的數(shù)字電流互感器包括安裝座、電路板、及塑料外殼,其還包括設(shè)于塑料外殼內(nèi)的感應(yīng)取電線圈、及檢測線圈,該安裝座上還設(shè)有通信接口,電路板上設(shè)有CPU、分別電性連接于CPU一端的整流電路、采樣模塊、及電性連接于CPU另一端的CAN收發(fā)器,塑料外殼為兩配合安裝的半圓環(huán)形殼體,所述感應(yīng)取電線圈及檢測線圈均采用開合式鐵芯設(shè)置,該感應(yīng)取電線圈與整流電路電性連接,檢測線圈與采樣模塊電性連接,所述通信接口與CAN收發(fā)器電性連接。本發(fā)明由感應(yīng)電流供電,無需外部供電,且直接輸出數(shù)字信號(hào)無需采集控制器,提高測量精度的同時(shí),能夠極大的降低工程費(fèi)用。
文檔編號(hào)G01R15/18GK102590574SQ201210067078
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者吳夢江, 唐立文, 王明勇 申請人:昆明迪森電氣有限公司