[发明专利]基于交流采样的CAN传输的三相电力电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统尤其是机车电力拖动开发应用、工厂自动化和各类电机等领域的控制，具体是基于交流采样的CAN传输的三相电力电流传感器。

背景技术

为了满足电力系统的要求和保证电力系统安全运行，必须对电力设备的运行情况进行检测、控制和监视，但一般的测量和控制装置不能直接接入一次高压设备。在电力系统中，互感器作为一种特殊变压器，其一次绕组连接高电压、大电流设备，二次绕组分别与测量仪表、保护装置等互相连接。互感器将交流电压和大电流按比例缩小，使一次系统的电压、电流信息准确地传递到二次侧的相关检测和控制设备，实现了强电到弱电的隔离，保证了二次设备和人身的安全。互感器与测量仪表和计量装置配合，可以测量一次系统的电压、电流和电能；与继电保护和自动装置配合，可以形成对电网各种故障的电气保护和自动控制。

随着电力工业的发展，电流传感器显得越来越重要，由于大电流设备的等级不断提高，传统的简单的带铁心电流互感器难以满足电力系统的要求。另外，目前的互感器信号因模拟传输的方式、多节点复杂布线的不足导致互感器可靠性和稳定性欠缺，准确性不够，甚至可能引起的保护控制系统的误判，导致其已经不能适应当前复杂工业控制环境的要求。

在电力系统尤其是在机车电力拖动开发应用中，往往还要求保护系统能够对电力设备异常(例如电机的过流、过载及电路)做出可靠、及时、有效的保护。互感器性能的好坏，直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器装置保护动作的可靠性。互感器将电力设备的大电压、大电流转换成低电压低电流后，一般的做法是将转换后的电压和电流连接到测量仪表电路，以实现测量、监视和控制。在当代复杂的工业控制中，电力控制的环境比较恶劣，受监控的电力设备往往不止一个，负责监测和保护的中央控制系统与互感器有一定的通信距离，当受控终端增多时尽量不增加布线难度，传统的互感器二次侧的信号与测量仪表的布线距离不能太长，否则信号的由于衰减或受到外部干扰等原因导致测量的数据的准确性和可靠性下降，最终的结果可能是电力保护系统失效。而这些不能不说是对传统的互感器的挑战。

发明内容

本发明的目的是提供基于交流采样的CAN传输的三相电力电流传感器，以满足现代电力系统控制的要求，实现可靠传输和准确测量。

本发明的技术方案是：在包括互感器的系统中，设置三个由绕在非磁性材料开口骨架上的空心线圈构成的互感器1、互感器2、互感器3；三个互感器分别连接电力系统的三个相的电流，三个互感器后接入交流采样模块；交流采样模块后的三个相的电压以及参考电压均接入STM32微处理器的A/D转换电路，STM32微处理器的A/D转换电路之后顺序连接CPU处理器和CAN控制器，CAN收发器电路与CAN控制器相连接；STM32微处理器与按键控制模块连接。

本发明考虑到数据传输，故在传输前需要对数据进行采样处理。当采用直流采样时，由于直流采样时，整流电路是一个积分的过程，故采样的结果会产生延时。当采用交流采样时，则能够对被测量的瞬时值进行采样，其实时性好，相位失真小。同时为了保证传输时得到可靠、实时、准确的数据，采用CAN总线传输不失为一种有效地措施。控制器局域网CAN是一种现场总线，它是由德国电气商博世公司开发出面向汽车的C A N通信协议，已通过I S011898国际标准，用于工业自动化里的各种检测与控制。

本发明中，互感器由绕在非磁性材料开口骨架上的空心线圈构成。由于空心线圈中没有铁磁材料，它不会因为被测电流大而饱和，因而它具有很高的线性度。在这种空心线圈电流互感器中，它的输出电压数值将与母线或汇流排中的原边电流值成正比。可用于测量3A到1200A大电流的场合，将该装置放置在待测的母线一侧即可，空心线圈输出的电压信号可提高下级的继电保护设备或其它的监控计测设备利用的准确性。互感器按照常规的原理，具有电源、输入电路、输出电路，还有环形铁氧体感应线圈、功率放大电路和阻抗匹配调整电路，互感器的输出接到到后处理电路，可广泛适用于各种需要交流电流传感器的仪器仪表和控制系统中，与现有的电流传感器相比，具有成本低，体积小，安装使用方便，易于调节，测量范围大，频率响应性和安全性好等显著优点。

本发明中，STM32微控制器主要对交流采样后的信号进行A/D转换，达到限流报警的目的，防止过载。再经CPU处理，CAN数据处理，最后交由CAN收发器电路，以总线形式将数据传送到终端设备，传输距离可达1000米。

另有一路输入到STM32微控制器的信号是参考电压，主要是用作基准电压，从而校正采样的数据。

按键控制模块主要用于清零、调幅。