PAGE27 2013屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書題目:基于空心線圈的電子式電流互感器設(shè)計(jì)學(xué)院名稱：電氣工程學(xué)院班級(jí)：xxx學(xué)生姓名：xxx學(xué)號(hào)：xxx指導(dǎo)教師：xxx教師職稱：xxx2013年05月15日目次TOC\o"1-2"\h\u11913引言 1136881電子式電流互感器概述 2235141.1電子式電流互感器的研究背景和意義 2244681.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3139361.3本課題研究的目的 4306382系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 5242412.1系統(tǒng)方案論證 5299252.2課題方案設(shè)計(jì) 5118443電子式電流互感器傳感頭介紹 7135993.1Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)及其工作原理 7212043.2計(jì)算Rogowski線圈的互感系數(shù) 8167273.3Rogowski線圈兩種工作狀態(tài) 9173054高壓端電路和供電模塊 1295674.1積分電路 1242474.2濾波電路 14324514.3A/D轉(zhuǎn)換電路 15165014.4電源電路 18173244.5光纖收發(fā)模塊 20231205低壓端電路 212549總結(jié) 2225348致謝 236097參考文獻(xiàn) 244527附錄： 26引言隨著電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)不斷提高，對測量儀器的要求也越來越高，提高測量儀器的測量精度有利于電力系統(tǒng)安全和經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。目前廣泛使用的電流互感器是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器，但由于其本身存在缺點(diǎn)，人們不得不研究開發(fā)一種新型的互感器來代替它，在這個(gè)背景下，一種新型的電流互感器——電子式電流互感器隨之興起，它滿足了目前電力系統(tǒng)中對電網(wǎng)電流的測量的要求，克服了傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的缺點(diǎn)，有廣闊的發(fā)展空間。本文設(shè)計(jì)的電子式電流互感器采用了Rogowski線圈、89C51單片機(jī)、MAX197A/D轉(zhuǎn)換芯片為主要部分。通過Rogowski線圈對電網(wǎng)中的電流進(jìn)行采樣，實(shí)時(shí)的分析和處理采樣電流，將母線電流的實(shí)際狀況顯示出來，然后把信息反饋到控制室，如果電流出現(xiàn)異常，控制室向繼電保護(hù)發(fā)出保護(hù)命令，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。1電子式電流互感器概述1.1電子式電流互感器的研究背景和意義隨著電力系統(tǒng)進(jìn)入以大機(jī)組、大電廠、大電網(wǎng)、超高壓、自動(dòng)化為主的新時(shí)期，智能化電網(wǎng)技術(shù)興起并得到了發(fā)展。這種新技術(shù)對電力系統(tǒng)中的傳感器提出了“傳輸網(wǎng)絡(luò)化、測量線性化、信號(hào)數(shù)字化”的新要求，同時(shí)，數(shù)字化功率計(jì)量、計(jì)算機(jī)繼電保護(hù)裝置的廣泛應(yīng)用，對電壓、電流互感器技術(shù)及其產(chǎn)品向小型化和低功耗方向發(fā)展成為可能。目前，國內(nèi)外的輸變電設(shè)備電壓都達(dá)到了1000KV，系統(tǒng)的短路電流也跟著提高，測量高電壓、大電流對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大的意義，準(zhǔn)確的測量電網(wǎng)中的電壓、電流對電能測量、系統(tǒng)檢測診斷、繼電保護(hù)及電力系統(tǒng)分析極為重要。目前，電網(wǎng)中常用的電流互感器是傳統(tǒng)的電磁式電流互感器，雖然它有長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，且技術(shù)成熟，但因它由鐵芯和線圈構(gòu)成，使用中存在很多問題，主要有以下幾點(diǎn)：(1)絕緣難度較大，為了提高絕緣強(qiáng)度適應(yīng)500KV以上的電網(wǎng)，而提高了互感器的體積、質(zhì)量；(2)動(dòng)態(tài)范圍小，由于互感器內(nèi)部使用了鐵芯，當(dāng)被測電流較大時(shí)，容易出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象，從而導(dǎo)致互感器的測量不精準(zhǔn)，使二次保護(hù)不能保證在故障情況下動(dòng)作。(3)互感器輸出信號(hào)為模擬信號(hào)，輸送的二次側(cè)需要電纜作為媒介，還需要設(shè)備將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出；(4)二次側(cè)不能開路，由電磁感應(yīng)原理可知，開路后二次側(cè)兩端會(huì)產(chǎn)生高壓，對人和其它設(shè)備產(chǎn)生危險(xiǎn)；(5)易產(chǎn)生鐵磁諧振。上述原因使得傳統(tǒng)的電磁式電流互感器面臨著巨大挑戰(zhàn)。而電子式電流互感器克服了電磁式電流互感器的缺點(diǎn)，其有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)傳感頭使用的是線圈，沒有了鐵芯所造成的缺點(diǎn)，絕緣性能好，體積小、重量輕、造價(jià)低。(2)良好的線性度，不存在磁飽和現(xiàn)象，其動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大。(3)通過光電轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，由光纖傳輸至二次側(cè)設(shè)備接口，輸出信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)也可以為模擬信號(hào)。(4)不存在鐵磁諧振現(xiàn)象，不干擾影響環(huán)境和設(shè)備。(5)無充油，二次側(cè)沒有開路的危險(xiǎn)，利于維護(hù)和維修。綜上所述，電子式互感器沒有傳統(tǒng)電磁式電流互感器的缺點(diǎn)，適合當(dāng)前電網(wǎng)的需要，有廣闊的發(fā)展和應(yīng)用空間。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀為了適應(yīng)現(xiàn)在電網(wǎng)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的電磁式電流互感器已不能滿足電網(wǎng)的需求，從20世紀(jì)80年代，人們開始對新型的電流互感器進(jìn)行研究、創(chuàng)新。美國主要研究的是塊狀結(jié)構(gòu)的磁光式電流互感器，并進(jìn)行過掛網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)。在電流互感器發(fā)展的幾十年里，日本及西歐的幾個(gè)國家也在這種電流互感器上進(jìn)行了大量的研究，但是由于磁光式電流互感器本身存在的缺點(diǎn)（制造難度大、受外界影響大），以至于它不易于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，所以沒有推廣。磁光式電流互感器沒有得到推廣，加拿大的NxtPhase公司向另一種電流互感器進(jìn)行了研發(fā)，他們利用激光陀螺中的研究成果，成功的研制了全光纖式電流互感器，且此種電流互感器的準(zhǔn)確等級(jí)達(dá)到了0.2級(jí)，并生產(chǎn)出了系列的產(chǎn)品。該產(chǎn)品已在多個(gè)國家掛網(wǎng)運(yùn)行。全光纖式電流互感器有巨大的研究價(jià)值和市場空間，大部分國家都加大了對它的研究力度。20世紀(jì)90年代，美國ABB公司成功研制出了有源式的電子式電流互感器，為電流互感器的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國對電子式電流互感器的研究起步較晚，目前國內(nèi)從事電流互感器的研究的有清華大學(xué)、華中科技大學(xué)、西安交通大學(xué)、沈陽互感器廠、大連第一互感器廠、北京四方華能電網(wǎng)控制有限公司等，但大多數(shù)都處于試制階段。華中科技大學(xué)研制的電子式電流互感器是利用法拉第效應(yīng)，清華大學(xué)研究的有兩種，一種是利用Rogowski線圈，一種是利用法拉第效應(yīng)。清華大學(xué)和中國科學(xué)院共同研制的110KV的光學(xué)電流互感器于1991年進(jìn)行了掛網(wǎng)運(yùn)行。華中科技大學(xué)在2004年設(shè)計(jì)了電子式低功耗電流互感器。至今，我國在研究電子式電流互感器方面已經(jīng)取得階段性的成果，雖然和國外一些發(fā)達(dá)國家相比仍有差距，但我相信我們會(huì)很快追上發(fā)達(dá)國家的研制水平的。1.3本課題研究的目的本課題研究的目的就是設(shè)計(jì)出一個(gè)電子式電流互感器，在當(dāng)今高電壓、大電流的電力系統(tǒng)中能夠準(zhǔn)確的測量電網(wǎng)中母線電流，克服傳統(tǒng)的電磁式電流互感器的缺點(diǎn)。2系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)方案論證電子式電流互感器由一次采樣傳感頭、數(shù)據(jù)傳輸部分及數(shù)字信號(hào)處理部分組成，電子式電流互感器按一次側(cè)是否有供電電源分，可分為有源式和無源式兩種，高壓側(cè)有電源的為有源式電流互感器，沒有電源的為無源式電流互感器。無源式電流互感器的傳感頭不需要供電裝置，但其易受外界影響。有源式電流互感器傳感頭雖然需要供電裝置，但其原理簡單，已被廣泛應(yīng)用。有源式電流互感器可分為壓頻轉(zhuǎn)換式、A/D轉(zhuǎn)換式兩種。壓頻轉(zhuǎn)換式電流互感器經(jīng)傳感頭采樣的信號(hào)傳至低壓端電路需要經(jīng)過兩個(gè)步驟，采樣得到的電壓信號(hào)需要轉(zhuǎn)換成脈沖頻率變化信號(hào)，電脈沖信號(hào)再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，光信號(hào)通過光纖傳輸至低壓側(cè)經(jīng)過一系列的處理后在控制室顯示出來。A/D轉(zhuǎn)換式電流互感器和壓頻式電流互感器的大致結(jié)構(gòu)基本相同，不同的是將傳感頭采樣的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換變成光信號(hào)，信號(hào)通過光纖傳輸至低壓側(cè)，經(jīng)過一系列的處理可以以數(shù)字信號(hào)方式輸出也可以以模擬信號(hào)輸出。2.2課題方案設(shè)計(jì)上文論述了電子式電流互感器的組成部分及兩種不同的有源電子式電流互感器的工作步驟，經(jīng)過比較個(gè)人感覺A/D轉(zhuǎn)換式電流互感器比較簡單，故本課題設(shè)計(jì)的電子式電流互感器定為A/D轉(zhuǎn)換式電流互感器，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2.1所示。2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖整個(gè)系統(tǒng)由Rogowski線圈、積分電路、A/D轉(zhuǎn)換器、E/O轉(zhuǎn)換模塊、電源等幾部分組成。系統(tǒng)由89C51單片機(jī)控制，采樣線圈（Rogowski線圈）在高壓母線上經(jīng)過電磁感應(yīng)得到一個(gè)電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)為微分信號(hào)，需要經(jīng)過積分電路使其相位還原，還原后的信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換和傳輸模塊送至低壓端，經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理后以數(shù)字信號(hào)輸出。3電子式電流互感器傳感頭介紹電子式電流互感器的傳感頭采用Rogowski線圈，Rogowski線圈根據(jù)截面來分可以分為兩種，一種是矩形，一種是圓形；根據(jù)骨架來分又可以分為環(huán)形骨架和方形骨架兩種。本設(shè)計(jì)采用的是橫截面為矩形，骨架為環(huán)形的Rogowski線圈。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，容易工業(yè)化生產(chǎn)且易均勻纏繞。3.1Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)及其工作原理目前，大多數(shù)電子式電流互感器的傳感頭選用的是Rogowski線圈，Rogowski線圈造價(jià)便宜，且性能優(yōu)異。它的測量精度可達(dá)到0.5%——1%，測量范圍也較廣，可以達(dá)到幾千安培。環(huán)形骨架的Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)原理圖如圖3.1。圖3.1環(huán)形骨架的Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)原理圖Rogowski線圈均勻纏繞在一個(gè)由塑料棒（例如聚酰胺等非磁性材料)構(gòu)成的截面均勻的環(huán)形骨架上，被測電流穿過上圖所示的環(huán)形，由電磁感應(yīng)原理可知線圈兩端會(huì)產(chǎn)生一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢。測量線圈的磁鏈與被測電流存在線性關(guān)系，設(shè)環(huán)形半徑為，骨架半徑為，則橫截面積。當(dāng)時(shí)，骨架單位長度上的小線圈的磁鏈：式中：——磁感應(yīng)強(qiáng)度在測量線圈軸線方向的切線分量；——Rogowski線圈的總匝數(shù)。小線圈的總磁鏈為：根據(jù)全電流定律有：，則有。——真空磁導(dǎo)率，3.2計(jì)算Rogowski線圈的互感系數(shù)當(dāng)一個(gè)線圈中的電流發(fā)生變化時(shí)，將在它周圍空間產(chǎn)生變化的磁場，從而可在附近的另一個(gè)線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，這種因兩個(gè)載流線圈中的電流變化而相互在對方線圈中激起感應(yīng)電動(dòng)勢的現(xiàn)象稱為互感現(xiàn)象，相應(yīng)的電動(dòng)勢叫做互感電動(dòng)勢。為了使Rogowski線圈測得的母線電流更加準(zhǔn)確，我們需要研究Rogowski線圈的互感系數(shù)，下面就以橫截面積為矩形的線圈進(jìn)行分析。圖3.2為橫截面積為矩形的Rogowski線圈測量電流的示意圖，骨架的材料為非磁性材料，且線圈均勻的纏繞。圖3.2橫截面為矩形的線圈測量電流示意圖設(shè)骨架的半徑為R，通過母線的電流為，根據(jù)全電流定律有：；則：故：(1)橫截面面積為：(2)由電磁感應(yīng)定律有：(3)(4)將(1)式和(2)式帶入(4)式積分的：總磁鏈：(5)將上式帶入(5)式得感應(yīng)電動(dòng)勢為：由于：所以互感系數(shù)M為：式中：——真空磁導(dǎo)率，；——被測導(dǎo)體中流過的電流，單位；——線圈匝數(shù)；——骨架高度，單位；——骨架外徑，單位；——骨架內(nèi)徑，單位。3.3Rogowski線圈兩種工作狀態(tài)由于本身的電阻、電感和電容的原因，Rogowski線圈有兩種工作狀態(tài)，一種是自積分狀態(tài)，一種是微分狀態(tài)。在線圈兩端接一個(gè)電阻，使得Rogowski線圈與電阻組成一個(gè)回路，然后將回路的等效電路畫出來，通過等效電路來分析它們的伏安特性，進(jìn)一步了解線圈的特性，下面來分析Rogowski線圈在兩種工作狀態(tài)下的伏安特性。3.3.1自積分狀態(tài)圖3.3Rogowski線圈自積分等效電路圖3.3是Rogowski線圈自積分的等效電路，其中：L為線圈自身電感，為線圈內(nèi)阻，為線圈自身的電容。由上圖可得：（1）當(dāng)時(shí)，，所以，故上式可以化為：當(dāng)時(shí)，，又可得：；故線圈兩端的電壓：在不等式上述條件成立的情況下，由上式可知輸出電壓與被測電流成正比關(guān)系。故在一定的條件下，線圈測量等效電路本身就是一個(gè)積分電路，能夠?qū)⒈粶y電流進(jìn)行還原。故工作在這種狀態(tài)下的線圈，可以用來測量變化率較高的脈沖電流。3.3.2微分狀態(tài)當(dāng)線圈的自身電容忽略不計(jì)時(shí)，即時(shí)，Rogowski線圈的等效電路可以等效為一個(gè)純電阻電路，等效電路如圖2.5。圖3.4Rogowski線圈微分等效電路由上圖可得：；當(dāng)線圈電感足夠小時(shí)，即時(shí)，上式可化為：；由上式可得：；所以：；由上式可以看出Rogowski線圈的采樣信號(hào)為一個(gè)微分信號(hào)，輸出的電壓信號(hào)和被測電流之間的相位相差，為了使信號(hào)還原就必須要加一個(gè)積分環(huán)節(jié)。測量變化率較小的母線電流時(shí)，線圈一般工作在微分狀態(tài)，且在線圈末端加一個(gè)有源積分器，使得信號(hào)還原，以達(dá)到測量目的。4高壓端電路和供電模塊4.1積分電路由上文可知，在實(shí)際應(yīng)用中測量母線電流時(shí)，Rogowski線圈工作在微分狀態(tài)，這樣線圈末端輸出的電壓是一個(gè)正比于一次電流對時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，為了使信號(hào)還原成的形式，需要在線圈輸出端加上一個(gè)積分器。幾種常見的積分器：圖4.1無源積分器由電路方程可以得到其傳遞函數(shù)：(1)當(dāng)即時(shí)，上式可化為：(2)即(3)輸出電壓和輸入電壓幅值比：(4)由(3)式可以看出，在具有同樣的電阻和電容時(shí)，無源積分器只對信號(hào)周期比電路的時(shí)間常數(shù)小得多的信號(hào)進(jìn)行積分，得到近似的積分關(guān)系。要使相對誤差在容許誤差范圍內(nèi)，電路時(shí)間常數(shù)至少是信號(hào)周期的100倍。由(4)式可以看出經(jīng)過積分后的電壓幅值很小。所以無源積分器不能滿足設(shè)計(jì)的需求，這里需要用有積分、放大兩種功能的有源積分器。圖4.2理想有源積分器理想有源積分器雖然既有積分環(huán)節(jié)又有放大環(huán)節(jié)，但由于電容和放大器都不是理想器件，會(huì)出現(xiàn)“積分漂移”現(xiàn)象，即當(dāng)輸入電壓為0時(shí)，輸出的電壓不為0。為了消除這種現(xiàn)象需要在理想有源積分器上加一個(gè)負(fù)反饋環(huán)節(jié)。帶負(fù)反饋環(huán)節(jié)的有源積分器如圖4.3：圖4.3帶負(fù)反饋積分器這種積分器減小了“積分漂移”現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)簡單，為了不使反饋電阻影響過大，一般選用的數(shù)量級(jí)為兆歐級(jí)。輸出與輸入應(yīng)滿足關(guān)系式：將式帶入上式可得：本文所選的電阻電容的參數(shù)由上式計(jì)算所得，具體數(shù)值如圖4.3中所標(biāo)示。4.2濾波電路經(jīng)過積分器的積分作用，傳感頭采樣的信號(hào)被還原成了原來的信號(hào)，由于周圍的環(huán)境和本身材料的影響，信號(hào)中會(huì)產(chǎn)生一些雜波從而導(dǎo)致波形失真，為了提高測量精度，消除噪聲的影響，我們需要加入一個(gè)低通濾波器以達(dá)到目的，濾波器選用二階巴特沃斯低通濾波器，由于我國電網(wǎng)的電壓頻率規(guī)定為50HZ，故該濾波器應(yīng)該只能通過50HZ的電壓信號(hào)，下面計(jì)算濾波器各元件的參數(shù)。選取電容的容量為，由式得：選取，在模電課本上查表有，計(jì)算得：運(yùn)算放大器選用LF353器件，LF353放大器運(yùn)行速率高，可以內(nèi)部調(diào)整輸入的補(bǔ)償電壓，且價(jià)格便宜，性價(jià)比較高。電路圖如圖4.4所示。圖4.4二階巴特沃斯低通濾波器此濾波器可以使50HZ的波形通過，將其他雜波消除掉。輸入上述參數(shù)，利用protues仿真軟件進(jìn)行仿真，使用信號(hào)發(fā)生器輸入一個(gè)頻率為50HZ的正弦電壓信號(hào)和一個(gè)頻率為2KHZ的正弦電壓信號(hào)，經(jīng)過濾波電路濾波后的波形如圖4.5所示。圖4.5示渡器顯示的輸入和輸出波形上圖是由proteus仿真軟件仿真得到的二階巴特沃斯低通濾波器濾波后得到的圖形，上圖中紅色代表輸入波形，黃色代表經(jīng)過二階巴特沃斯低通濾波器后輸出的波形。由上圖可知二階巴特沃斯低通濾波器可以很好的消除雜波，能提高測量的精度。4.3A/D轉(zhuǎn)換電路由上文可知母線電流由Rogowski線圈采樣出的電壓信號(hào)經(jīng)積分器還原、濾波電路將雜散波過濾后，得到的是一個(gè)正弦電壓信號(hào)，本設(shè)計(jì)需要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換電路用到的芯片有MAX197A/D轉(zhuǎn)換芯片，可編程放大器LH0084，采樣保持器AD585，單片機(jī)AT89C51。LH0084是一個(gè)高速、高精度的可編程放大器，它的非線性度為，增益精度可達(dá)到，多種可編程增益選擇。LH0084外圍電路如圖4.6所示。圖4.6LH0084外圍電路信號(hào)經(jīng)過采樣保持器向可編程放大器LH0084輸入信號(hào)，電源經(jīng)過電容的濾波作用連接到芯片上，為芯片提供電源。控制端D0、D1連接到單片機(jī)上控制芯片的輸入狀態(tài)，輸入級(jí)有1、2、5、10四個(gè)增益值。輸出級(jí)增益采用固定接線方式，有1、4、10三個(gè)增益值。本設(shè)計(jì)將X4的信號(hào)反饋到輸出端，這時(shí)可編程放大器的輸出級(jí)的增益值為4，實(shí)現(xiàn)的增益值可為為4、8、20、40。可以滿足本課題設(shè)計(jì)的需要。應(yīng)用在電子式電流互感器中的A/D轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)具有：功耗小、采樣頻率高、串行A/D芯片、分辨率可以滿足系統(tǒng)的分辨率。這里采用MAX197芯片，MAX197是一個(gè)高速轉(zhuǎn)換的A/D芯片，分辨率可達(dá)到12位，有多個(gè)測量量程，8路輸入通道。可獨(dú)立完成A/D轉(zhuǎn)換，芯片的采樣模式由控制字ACQMOD控制，當(dāng)它為0時(shí)，為內(nèi)部采樣模式，為1時(shí)，是外部采樣模式。控制字PD0、PD1控制時(shí)鐘和低功耗模式。當(dāng)PD1為0時(shí)，芯片工作在正常狀態(tài)，為1時(shí)，芯片工作在省電模式。MAX197可以和單片機(jī)共用一個(gè)電源，電源電壓為，轉(zhuǎn)換時(shí)間，采樣率。可以達(dá)到本設(shè)計(jì)的要求。MAX197芯片的引腳圖和A/D轉(zhuǎn)換硬件電路分別如圖4.7和圖4.8所示。圖4.7MAX197的引腳圖圖4.8A/D轉(zhuǎn)換部分的硬件接線圖可編程放大器LH0084增益的電壓信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線輸入到MAX197芯片的模擬輸入端，D0~D7連接到單片機(jī)AT89C51的P0.0~P0.7上。控制位D5控制數(shù)據(jù)信號(hào)的采樣和轉(zhuǎn)換，當(dāng)D5為1時(shí)，開始采樣間隔；置0時(shí)，開始A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，引腳INT置0，通知外部處理器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。由HBEN控制數(shù)據(jù)的輸出，當(dāng)HBEN為1時(shí)，控制高四位數(shù)據(jù)輸出，為0時(shí)，控制低八位數(shù)據(jù)輸出。程序流程圖如圖4.9所示：圖4.9程序流程圖4.4電源電路在高壓端，單片機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換芯片等為有源器件，需要給它們提供+5V的電源，目前高壓端供電方式總的來說有三種：激光取能供電、太陽能供電、直接從高壓母線上取能供電。激光取能供電方式是從低壓端獲取光能，由光纖傳輸至高壓端，通過光電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)，由整流濾波和變壓等步驟獲取有源器件所需要的電壓。這種供電方式?jīng)]有高低壓端的電磁干擾，并且供電可靠。太陽能供電方式是采用硅太陽能電池對高壓端有源器件進(jìn)行供電，這種電池不會(huì)儲(chǔ)存電能，是在有光照的情況下直接取能供電，在陰天或者雨天的時(shí)候沒有強(qiáng)光照射，其能量不足以支持有源電路的正常運(yùn)行。直接從高壓母線上取能供電是通過CT或者PT從高壓母線上獲取電能，經(jīng)過整流濾波穩(wěn)壓等電路供給高壓端有源電路。此種方法簡單，且成本較低，運(yùn)行可靠。綜合考慮，本文選用第三種方法供電，直接從高壓母線上取能供電。常用的從高壓母線上取能供電電源有CT取能供電，PT取能供電，CT取能和PT取能結(jié)合供電，CT取能和蓄電池結(jié)合供電。本設(shè)計(jì)選用的是CT取能和蓄電池結(jié)合供電，CT取能供電為主，蓄電池供電為輔，提供的電壓為+5V。當(dāng)母線電流較小時(shí)，CT取能供電不能滿足后續(xù)電路中所需要的電壓，這時(shí)就需要蓄電池代替CT取能供電。當(dāng)CT取能正常運(yùn)行時(shí)，它又可以對蓄電池進(jìn)行充電補(bǔ)充，這樣的供電方式既解決了母線電流較小時(shí)CT不能正常供電的缺點(diǎn)，又解決了蓄電池可能沒電的缺點(diǎn)。CT取能電源由變壓器、整流橋、濾波器等組成，蓄電池選用的是12V的鉛蓄電池。由CT和蓄電池得到的12V直流電壓經(jīng)過7805穩(wěn)壓電路得到+5V的直流電壓，可以直接供給高壓側(cè)的有源電路使用。高壓端供電原理圖如圖4.10所示。圖4.10電源電路4.5光纖收發(fā)模塊母線電流經(jīng)過采樣線圈和高壓端的一些電子電路，將母線的電流信號(hào)還原并進(jìn)行了數(shù)模轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)需要發(fā)送至低壓端進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，然后可以以數(shù)字輸出或者模擬輸出。高壓端向低壓端傳送的媒介為光纖，本文選用的是光纖收發(fā)器。本文設(shè)計(jì)的電子式電流互感器選用的光纖收發(fā)器是由Agilent公司生產(chǎn)的HFBR-1524和HFBR-2524芯片，該芯片成本低且性能良好，可垂直或水平安裝，易和單、雙面和封閉連接器連接，兼容TTL電路，絕緣性能良好。發(fā)送器HFBR-1524使用的是LED發(fā)光二極管，其可見波長為。接收器HFBR2524由一個(gè)直流耦合單片集成電路和一個(gè)集電極開路肖特基輸出的晶體管。接收器中有3個(gè)屏蔽板，可以屏蔽外部的噪聲干擾。光纖收發(fā)器的硬件接線圖如圖4.11所示。圖4.11光纖收發(fā)器的硬件接線圖5低壓端電路信號(hào)由光纖發(fā)射器發(fā)送至低壓端，用光纖接收器接收信號(hào)，接收到的信號(hào)經(jīng)內(nèi)部轉(zhuǎn)換變成電信號(hào)。信號(hào)經(jīng)過數(shù)字信號(hào)處理可以數(shù)字輸出，一般都需要模擬母線電流信號(hào)波形輸出，在數(shù)字信號(hào)處理器后外加一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換芯片，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)再輸出。低壓端電路如圖5.1所示。圖5.1低壓端電路光纖發(fā)射器HFBR-1524發(fā)出的信號(hào)由在控制室的接收器HFBR-2524接收，接收到的信號(hào)經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換后，輸送到數(shù)字處理單元進(jìn)行處理，處理后可以直接以數(shù)字信號(hào)輸出，也可以再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換以模擬信號(hào)的方式輸出。總結(jié)傳統(tǒng)的電磁式電流互感器由于其本身存在的缺點(diǎn)，已不能滿足當(dāng)今及以后電網(wǎng)的需要，為了提高測量電網(wǎng)母線電流的精度，人們開發(fā)研制了一種新型的電流互感器——電子式電流互感器，它克服了電磁的電流互感器的缺點(diǎn)。本文介紹了基于空心線圈的電子式電流互感器的原理及結(jié)構(gòu)，總結(jié)如下：本文研究的是A/D轉(zhuǎn)換式電流互感器，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。分析了Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)、測量原理及其工作狀態(tài)，闡述了測量變化率較小的母線電流需要線圈工作在微分狀態(tài)。本文根據(jù)結(jié)構(gòu)圖的順序，分別介紹了電子式電流互感器的傳感頭、A/D轉(zhuǎn)換、高壓側(cè)電源。本文設(shè)計(jì)的電子式電流互感器結(jié)構(gòu)簡單，成本低。由于自己的知識(shí)有限，在很多地方有不足之處，低壓端電路這一塊只是做了一個(gè)簡單的說明。由于自己的經(jīng)驗(yàn)限制，系統(tǒng)在硬件和軟件設(shè)計(jì)方面還有一些不足之處，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。致謝隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，我的大學(xué)生涯也即將畫上句號(hào)了。在這兩個(gè)多月的畢業(yè)時(shí)間里，我的收獲很多，對所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了鞏固。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)當(dāng)中也遇到了一些困難，在這里我要感謝那些對我?guī)椭^的人。首先，我要感謝大學(xué)四年對我們授課的老師，是你們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，讓我從一個(gè)“門外漢”變成了內(nèi)行人，是你們教會(huì)了我如何學(xué)習(xí)，是你們教會(huì)了我如何做人，如何做事，在這里由衷的感謝你們，并祝你們能培養(yǎng)出更多的優(yōu)秀的人才。其次，我要感謝我的指導(dǎo)老師，xxx教授。從最初的定題、收集資料到開題報(bào)告和論文的定稿，您都耐心的給了我指導(dǎo)。您教學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)，為人和善。您放棄了休息時(shí)間，在我設(shè)計(jì)遇到困難的時(shí)候?qū)ξ壹?xì)心的講解和給出指導(dǎo)性的建議。在這里我想對您說“謝謝您，老師”。最后，謝謝這四年陪我一起渡過大學(xué)時(shí)光的同學(xué)們。這四年雖然不長，但它卻是我人生中重要的四年，我們的青春一起在這里渡過，我們相互幫助，在這里有歡笑也有悲傷。謝謝你們，正是有你們的存在，讓我有了一個(gè)美好的回憶。參考文獻(xiàn)[1]郭國領(lǐng).基于Rogowski線圈的電子式電流互感器的設(shè)計(jì)及校驗(yàn)[J].中國科技博覽,2012(34):279-280.[2]胡鵬.電子式電流互感器的原理及應(yīng)用[J].云南電力技術(shù),2011,39(5):72-76.[3]阮晶晶.電子式電流互感器的研究及應(yīng)用[J].貴州電力技術(shù),2012,15(5):62-63.[4]穆淑云,黃玫,王德忠.電子式互感器技術(shù)發(fā)展趨勢分析[J].陜西電力,2012,40(9):72-77.[5]謝彬,尹項(xiàng)根,張哲,等.基于Rogowski線圈的電子式電流互感器的積分器技術(shù)[J].繼電器,2007,35(3):45-50.[6]尚秋峰,劉艷峰.方形骨架Rogowski線圈的性能分析[J].高電壓技術(shù),2008,34(3):476-479.[7]周有慶,劉琨,吳桂清,等.基于Rogowski線圈電子式電流互感器的研究[J].電力電氣,2006,25(6):106-110.[8]申?duì)T,王士敏,羅承沐.一種電子式電流互感器的研制[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2002,26(18):41-44.[9]謝完成,戴瑜興.一種改進(jìn)的基于Rogowski線圈的電子式電流互感器數(shù)字積分算法[J].職教與經(jīng)濟(jì)研究,2011,9(3):18-21.[10]康華光,陳大欽,張林.電子技術(shù)基礎(chǔ).模擬部分[M].第五版.北京：高等教育出版社:華中科技大學(xué)電子技術(shù)課程組,2006.1.[11]WenBinY,BoJ,GuoQingZ,etal.Experimentalinvestigationontheperformancesofelectroniccurrenttransformers[C].//YUWenBin.2011TheInternationalConferenceonAdvancedPowerSystemAutomationandProtection,Beijing:2011:1235-1239.[12]申?duì)T,羅承沐.電子式電流互感器的新進(jìn)展[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2001,25(22):59-63.[13]王兆安,劉進(jìn)軍.電力電子技術(shù)[M].5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社:,2009.[14]張俊濤,王長安.12bA/D轉(zhuǎn)換器MAX197及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2004(186):76-77.[15]ChunrongJia;Coll.ofElectr.Eng.,UnivHU,Tangshan,etal.Designofanewfashionedhighprecisionelectroniccurrenttransducer[C].//ComputerScienceandServiceSystem(CSSS),2011InternationalConferenceon,2011:1220-1223.[16]ZhengQian;Sch.ofInstrum.Sci.&Optoelectron.Eng.,UnivB,Beijing,etal.Multifunctionrealizationofactiveelectroniccurrenttransformer[C].//PropertiesandApplicationsofDielectricMaterials,2009.ICPADM2009.IEEE9thInternationalConference,2009:1084-1087.附錄：基于C8051F單片機(jī)直流電動(dòng)機(jī)反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的嵌入式Web服務(wù)器的研究MOTOROLA單片機(jī)MC68HC（8）05PV8/A內(nèi)嵌EEPROM的工藝和制程方法及對良率的影響研究基于模糊控制的電阻釬焊單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)的研制基于MCS-51系列單片機(jī)的通用控制模塊的研究基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的供暖系統(tǒng)最佳啟停自校正（STR）調(diào)節(jié)器單片機(jī)控制的二級(jí)倒立擺系統(tǒng)的研究基于增強(qiáng)型51系列單片機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的蓄電池自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)基于32位嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)的圖像采集與處理技術(shù)的研究基于單片機(jī)的作物營養(yǎng)診斷專家系統(tǒng)的研究基于單片機(jī)的交流伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)研究與開發(fā)基于單片機(jī)的泵管內(nèi)壁硬度測試儀的研制基于單片機(jī)的自動(dòng)找平控制系統(tǒng)研究基于C8051F040單片機(jī)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)基于單片機(jī)的液壓動(dòng)力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測儀開發(fā)模糊Smith智能控制方法的研究及其單片機(jī)實(shí)現(xiàn)一種基于單片機(jī)的軸快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究基于CYGNAL單片機(jī)的在線間歇式濁度儀的研制基于單片機(jī)的噴油泵試驗(yàn)臺(tái)控制器的研制基于單片機(jī)的軟起動(dòng)器的研究和設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的高速快走絲電火花線切割機(jī)床短循環(huán)走絲方式研究基于單片機(jī)的機(jī)電產(chǎn)品控制系統(tǒng)開發(fā)基于PIC單片機(jī)的智能手機(jī)充電器基于單片機(jī)的實(shí)時(shí)內(nèi)核設(shè)計(jì)及其應(yīng)用研究基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的煙氣二氧化硫濃度檢測儀的研制基于微型光譜儀的單片機(jī)系統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)軟件構(gòu)件開發(fā)的技術(shù)研究基于單片機(jī)的液體點(diǎn)滴速度自動(dòng)檢測儀的研制基于單片機(jī)系統(tǒng)的多功能溫度測量儀的研制基于PIC單片機(jī)的電能采集終端的設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于單片機(jī)的光纖光柵解調(diào)儀的研制氣壓式線性摩擦焊機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)的研制基于單片機(jī)的數(shù)字磁通門傳感器基于單片機(jī)的旋轉(zhuǎn)變壓器-數(shù)字轉(zhuǎn)換器的研究基于單片機(jī)的光纖Bragg光柵解調(diào)系統(tǒng)的研究單片機(jī)控制的便攜式多功能乳腺治療儀的研制基于C8051F020單片機(jī)的多生理信號(hào)檢測儀基于單片機(jī)的電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)Pico專用單片機(jī)核的可測性設(shè)計(jì)研究基于MCS-51單片機(jī)的熱量計(jì)基于雙單片機(jī)的智能遙測微型氣象站MCS-51單片機(jī)構(gòu)建機(jī)器人的實(shí)踐研究基于單片機(jī)的輪軌力檢測基于單片機(jī)的GPS定位儀的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的電液伺服控制系統(tǒng)用于單片機(jī)系統(tǒng)的MMC卡文件系統(tǒng)研制基于單片機(jī)的時(shí)控和計(jì)數(shù)系統(tǒng)性能優(yōu)化的研究基于單片機(jī)和CPLD的粗光柵位移測量系統(tǒng)研究單片機(jī)控制的后備式方波UPS提升高職學(xué)生單片機(jī)應(yīng)用能力的探究基于單片機(jī)控制的自動(dòng)低頻減載裝置研究基于單片機(jī)控制的水下焊接電源的研究基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于uPSD3234單片機(jī)的氚表面污染測量儀的研制基于單片機(jī)的紅外測油儀的研究96系列單片機(jī)仿真器研究與設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的單晶金剛石刀具刃磨設(shè)備的數(shù)控改造基于單片機(jī)的溫度智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)基于MSP430單片機(jī)的電梯門機(jī)控制器的研制基于單片機(jī)的氣體測漏儀的研究基于三菱M16C/6N系列單片機(jī)的CAN/USB協(xié)議轉(zhuǎn)換器基于單片機(jī)和DSP的變壓器油色譜在線監(jiān)測技術(shù)研究基于單片機(jī)的膛壁溫度報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于AVR單片機(jī)的低壓無功補(bǔ)償控制器的設(shè)計(jì)基于單片機(jī)船舶電力推進(jìn)電機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)基于單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)的振動(dòng)信號(hào)的采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的應(yīng)用研究基于單片機(jī)的疊圖機(jī)研究與教學(xué)方法實(shí)踐基于單片機(jī)嵌入式Web服務(wù)器技術(shù)的研究及實(shí)現(xiàn)基于AT89S52單片機(jī)的通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于單片機(jī)的多道脈沖幅度分析儀研究機(jī)器人旋轉(zhuǎn)電弧傳感角焊縫跟蹤單片機(jī)控制系統(tǒng)基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)在PLC虛擬教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究基于單片機(jī)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信研究與應(yīng)用基于PIC16F877單片機(jī)的莫爾斯碼自動(dòng)譯碼系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究基于單片機(jī)的模糊控制器在工業(yè)電阻爐上的應(yīng)用研究基于雙單片機(jī)沖床數(shù)控系統(tǒng)的研究與開發(fā)基于Cygnal單片機(jī)的μC/OS-Ⅱ的研究基于單片機(jī)的一體化智能差示掃描量熱儀系統(tǒng)研究基于TCP/IP協(xié)議的單片機(jī)與Internet互聯(lián)的研究與實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速液壓電梯單片機(jī)控制器的研究基于單片機(jī)γ-免疫計(jì)數(shù)器自動(dòng)換樣功能的研究與實(shí)現(xiàn)基于單片機(jī)的倒立擺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)嵌入式以太網(wǎng)防盜報(bào)警系統(tǒng)\t"_