專利名稱：一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感系統(tǒng)，尤其是一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直流牽引供電系統(tǒng)中，目前常用的電流測量方法是接觸式測量方式，如圖I所示， 在供電主回路中串聯(lián)毫歐級的電阻，這個電阻通常稱為分流器，分流器充當(dāng)取樣電阻的功能，將分流器兩端的信號接入隔離放大器，經(jīng)過隔離和信號調(diào)理后提供給保護(hù)測控裝置。
接觸式測量方式雖然方法直接、原理簡單，如圖2所示，隔離放大器由三個端口組成，分別是電源輸入端口、信號輸入端口和信號輸出端口(其中信號輸出端口可以是多組)， 這3個端口要求相互隔離，即既要求信號輸入與輸出之間隔離，也要求信號輸入輸出與電源輸入之間也要隔離，且隔離電壓要達(dá)到15kV AC，以保證對設(shè)備和人身的高安全性。在工業(yè)控制領(lǐng)域所用到的信號隔離器，其隔離電壓一般只有2kV AC，不適合應(yīng)用在直流牽引供電系統(tǒng)中。
要想達(dá)到15kV AC的高隔離電壓等級，需要采取特殊的方法，電光電模式就是常用的方法之一。如圖3所示，其隔離原理是先將輸入的模擬信號經(jīng)過AD采樣轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號， 然后經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換，通過光纖傳送到輸出側(cè)，在輸出側(cè)經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)過DA轉(zhuǎn)換和信號處理，輸出所需要的模擬量。另外，電源的隔離采用固定頻率且無反饋的高頻開關(guān)電源，其中的高頻變壓器的隔離電壓也設(shè)計成15kV AC，不過體積較大。目前德國的西門子(Siemens )、英國的霍克西利(Hawker SiddeIey )和意大利的MS,都采用的是電光電模式。另一種方法是以Knick為代表的電磁電模式,類似于電光電模式,只是通過電磁耦合來傳遞數(shù)字信號而已。
在接觸式測量方式中，測試設(shè)備和被測系統(tǒng)的信號相互干擾，導(dǎo)致測量精度低，可靠性差。上述兩種隔離模式，雖然達(dá)到了隔離的目的，但實現(xiàn)起來成本高，技術(shù)難度大，精度低，目前也只有少數(shù)幾家公司掌握了核心技術(shù)，特別是Knick的產(chǎn)品中，大量地使用了新工藝和新材料，如硬件堆棧工藝和平板變壓器等，一般公司難以實現(xiàn)，不利于推廣與普遍應(yīng)用。另外，在數(shù)字傳輸過程中，傳輸方向是單向的，沒有握手信號和信號重發(fā)機(jī)制，在遇到干擾時，只能是被動地丟幀，造成了可靠性差。發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，包括霍爾電流感應(yīng)模塊，用于檢測直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流；電源模塊，與霍爾電流感應(yīng)模塊連接，用于霍爾電流感應(yīng)模塊的供電；信號通信模塊，用于輸出霍爾電流感應(yīng)模塊所檢測到的直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流號。
進(jìn)一步，所述霍爾電流感應(yīng)模塊中采用補(bǔ)償式霍爾電流傳感器。
進(jìn)一步，所述電源模塊包括有開關(guān)電源和電源濾波器，所述開關(guān)電源的輸入端連接至電源濾波器的輸出端。
進(jìn)一步，所述信號通信模塊的信號輸出模式包括有電壓型和電流環(huán)型。
進(jìn)一步， 所述新型傳感系統(tǒng)還包括有計量控制模塊，所述計量控制模塊包括有直流計量表、記錄儀、遠(yuǎn)方控制器、第一隔離變壓器和第二隔離變壓器，所述第一隔離變壓器的輸入端和第二隔離變壓器的輸入端均連接至信號通信模塊的輸出端，所述直流計量表的輸入端和記錄儀的輸入端均連接至第一隔離變壓器的輸出端，所述遠(yuǎn)方控制器的輸入端連接至第二隔離變壓器的輸出端。
進(jìn)一步，所述計量控制模塊中還包括有直流繼電保護(hù)裝置。
進(jìn)一步，所述霍爾電流感應(yīng)模塊還連接有用于測試霍爾電流感應(yīng)模塊信號輸出性能的檢測模塊。
進(jìn)一步，所述霍爾電流感應(yīng)模塊外裝有保護(hù)外殼。
進(jìn)一步，所述霍爾電流感應(yīng)模塊、電源模塊、信號通信模塊、計量控制模塊和檢測模塊之間的相互連接均使用KMPW-2. 0mm2的帶屏蔽層的雙絞線，且屏蔽層接地。
本發(fā)明的有益效果是在直流牽引供電系統(tǒng)中采用一種新型傳感系統(tǒng)，采用了霍爾電流傳感器，使用非接觸的測量方式，降低了對隔離電壓的要求，技術(shù)難度小，從而降低了成本。同時，在接觸式測量方式中，測試設(shè)備和被測系統(tǒng)的信號相互干擾，而本發(fā)明使用非接觸的測量方式，具有可靠性。直流牽引供電系統(tǒng)中電流變化時，通過霍爾電流傳感器對失衡磁場進(jìn)行補(bǔ)償?shù)倪^程所需的時間理論上不到I μ S，擁有高精度和高靈敏度。


圖1是直流牽引供電系統(tǒng)中接觸式測量方式的傳感系統(tǒng)框架圖；圖2是隔離放大器結(jié)構(gòu)圖；圖3是電光電模式隔離放大器的原理圖；圖4是一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)的系統(tǒng)框架圖；圖5是圖4的具體模塊結(jié)構(gòu)圖；圖6是圖5的電路原理圖。
圖中1、開關(guān)電源；2、電源濾波器；3、直流計量表；4、記錄儀；5、遠(yuǎn)方控制器；6、 第一隔離變壓器；7、第二隔離變壓器；8、試驗端子；9、直流牽引供電系統(tǒng)供電主回路的銅排。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進(jìn)一步說明參照圖4和圖6，一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，包括霍爾電流感應(yīng)模塊，所述霍爾電流感應(yīng)模塊套入直流牽引供電系統(tǒng)供電主回路的銅排 9，與一次側(cè)系統(tǒng)完全隔離，安裝時要注意傳感器與主回路的銅排要垂直，所述霍爾電流感應(yīng)模塊用于檢測直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流；電源模塊，與霍爾電流感應(yīng)模塊連接，用于霍爾電流感應(yīng)模塊的供電；信號通信模塊，用于輸出霍爾電流感應(yīng)模塊所檢測到的直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流號。
進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述霍爾電流感應(yīng)模塊中采用補(bǔ)償式霍爾電流傳感器。
霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)原理制成的，一般由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾器件、次級線圈和放大電路等部件組成?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點，它們的結(jié)構(gòu)牢固，體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高(可達(dá)1MHZ)，耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾線性器件的精度高、線性度好。取用了各種補(bǔ)償和保護(hù)措施的霍爾器件的工作溫度范圍寬，可達(dá)一 55°C 150°C。
根據(jù)有無次級線圈，霍爾電流傳感器又分為閉環(huán)式和開環(huán)式兩種。在實際應(yīng)用中， 以閉環(huán)電流傳感器為主，即補(bǔ)償式霍爾電流傳感器，也稱磁平衡式霍爾電流傳感器。
閉環(huán)電流傳感器的工作原理如下被測主回路的電流在聚磁環(huán)處產(chǎn)生的磁場通過一個次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，從而使霍爾器件處于零磁通的工作狀態(tài)。由安培定律可知，一個流過導(dǎo)體的電流I會在導(dǎo)體的周圍產(chǎn)生一個磁場，而繞在磁芯上的N匝線圈，如果通1/N倍的反相電流，就可以抵消原邊電流I所產(chǎn)生的磁場。霍爾電流傳感器是安裝在磁芯的開口間隙中，如果原副邊的磁通不平衡，磁通就不為零，則霍爾電流傳感器就會有電壓信號輸出。該信號經(jīng)過高增益的放大器放大后，自動調(diào)節(jié)二側(cè)次電流以抵消原副邊不平衡產(chǎn)生的偏差。因此，在磁芯開口間隙中，由二次側(cè)電流所產(chǎn)生的磁通始終能夠抵消原邊電流I所產(chǎn)生的磁通。
由于閉環(huán)電流傳感器始終處于零磁通的平衡狀態(tài)，磁路中的鐵芯不會飽和，因此測量范圍寬，從毫安級到500kA的電流都能實現(xiàn)，且精度高，目前廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化技術(shù)、檢測技術(shù)及信息處理等方面。
參照圖5和圖6，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述電源模塊包括有開關(guān)電源I和電源濾波器2，所述開關(guān)電源I的輸入端連接電源濾波器2的輸出端。霍爾電流感應(yīng)模塊的工作電源為±15V DC，由開關(guān)電源I提供，開關(guān)電源I的前端需加裝濾波器2，以防止外部干擾。
參照圖6，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述信號通信模塊的信號輸出模式包括有電壓型和電流環(huán)型，即霍爾電流感應(yīng)模塊檢測到的直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流信號可作為電壓形式或者電流形式輸出。參照圖5，如圖所示上述電流信號從I+、I-端口發(fā)送，即電流環(huán)型信號輸出模式；在實際應(yīng)用中，上述電流信號也可從V+、V-端口發(fā)送，即電壓型信號輸出模式。其中電流環(huán)型信號輸出模式因為負(fù)載能力強(qiáng)，抗干擾性能好，工程上比較常用。
參照圖5和圖6，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述新型傳感系統(tǒng)還包括有計量控制模塊，所述計量控制模塊包括有直流計量表3、記錄儀4、遠(yuǎn)方控制器5、第一隔離變壓器6 和第二隔離變壓器7，所述第一隔離變壓器6的輸入端和第二隔離變壓器7的輸入端均連接至信號通信模塊的輸出端，所述直流計量表4的輸入端和記錄儀5的輸入端均連接至第一隔離變壓器6的輸出端，所述遠(yuǎn)方控制器5的輸入端連接至第二隔離變壓器7的輸出端。 所述計量控制模塊中，遠(yuǎn)方控制器6可以在在數(shù)字傳輸過程中出現(xiàn)信號的丟幀時，控制信號的發(fā)送端(即圖5中的I+、I-端口或V+、V-端口)進(jìn)行信號重發(fā)。
進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述計量控制模塊中還包括有直流繼電保護(hù)裝置。
參照圖5和圖6，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述霍爾電流感應(yīng)模塊還連接有用于測試霍爾電流感應(yīng)模塊信號輸出性能的檢測模塊，模塊中包括有試驗端子8。
進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述霍爾電流感應(yīng)模塊外裝有保護(hù)外殼，所述保護(hù)外殼可以為工程塑料外殼，并用環(huán)氧樹脂澆注，用以保證傳感器內(nèi)部器件不受外部環(huán)境的影響。
參照圖6，進(jìn)一步作為優(yōu)選的實施方式，所述霍爾電流感應(yīng)模塊、電源模塊、信號通信模塊、計量控制模塊和檢測模塊之間的相互連接均使用KMPW-2. 0mm2的帶屏蔽層的雙絞線，且屏蔽層接地以防止噪聲干擾。
按照閉環(huán)電流傳感器的原理研制成的新型傳感器，根據(jù)測量量程的不同，設(shè)計出了多款新型傳感器。信號和電源的端子均采用美標(biāo)螺釘壓接式端子，便于工程接線和維護(hù)。 例如量程范圍為500kA的一種，使用黑色工程塑料外殼，并用環(huán)氧樹脂澆注，外形尺寸長寬高為380mmX270mmX100mm,體積小巧,適合安裝于空間狹小的直流牽引柜中。
為了便于工程安裝應(yīng)用，傳感器需選用合適的中心孔尺寸，一般開孔尺寸的長和寬分別比銅排大50mm即可，例如銅排尺寸為20mmX 150mm時，可選用開孔為70mmX 200mm 的傳感器。其電氣參數(shù)量程范圍為-50kA (T+50kA ;輸出電壓為-5V (T+5V ;輸出電流為-20ι Α^Γ+20πιΑ ;測量精度為±1. 5% ;電源電壓為DC±15V ;電源消耗電流300mA以下。
以上是對本發(fā)明的較佳實施進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可以作出種種的等同變換或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于包括 霍爾電流感應(yīng)模塊，用于檢測直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流； 電源模塊，與霍爾電流感應(yīng)模塊連接，用于霍爾電流感應(yīng)模塊的供電； 信號通信模塊，用于輸出霍爾電流感應(yīng)模塊所檢測到的直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述霍爾電流感應(yīng)模塊中采用補(bǔ)償式霍爾電流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述電源模塊包括有用于為霍爾電流感應(yīng)模塊供電的開關(guān)電源(I)和電源濾波器(2)，所述開關(guān)電源(I)的輸入端連接至電源濾波器(2)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述信號通信模塊的信號輸出模式包括有電壓型和電流環(huán)型。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于還包括有計量控制模塊，所述計量控制模塊包括有直流計量表(3)、記錄儀(4)、遠(yuǎn)方控制器(5)、第一隔離變壓器(6)和第二隔離變壓器(7)，所述第一隔離變壓器(6)的輸入端和第二隔離變壓器(7)的輸入端均連接至信號通信模塊的輸出端，所述直流計量表(3)的輸入端和記錄儀(4)的輸入端均連接至第一隔離變壓器(6)的輸出端，所述遠(yuǎn)方控制器(5)的輸入端連接至第二隔離變壓器(7)的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述計量控制模塊中還包括有直流繼電保護(hù)裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述霍爾電流感應(yīng)模塊還連接有用于測試霍爾電流感應(yīng)模塊信號輸出性能的檢測模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在于所述霍爾電流感應(yīng)模塊外裝有保護(hù)外売。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至8中任意一項權(quán)利要求所述的ー種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，其特征在干所述霍爾電流感應(yīng)模塊、電源模塊、信號通信模塊、計量控制模塊和檢測模塊之間的相互連接均使用KMPW-2. 0mm2的帶屏蔽層的雙絞線，且屏蔽層接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，包括霍爾電流感應(yīng)模塊，用于檢測直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流；電源模塊，與霍爾電流感應(yīng)模塊連接，用于霍爾電流感應(yīng)模塊的供電；信號通信模塊，用于輸出霍爾電流感應(yīng)模塊所檢測到的直流牽引供電系統(tǒng)的供電主回路電流信號。本發(fā)明采用了霍爾電流傳感器，使用非接觸的測量方式，降低了對隔離電壓的要求，技術(shù)難度小，從而降低了成本。同時，減少了測試設(shè)備和被測系統(tǒng)的信號相互干擾，具有高可靠性、高精度和高靈敏度。本發(fā)明作為一種直流牽引供電系統(tǒng)的新型傳感系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于直流牽引供電領(lǐng)域。
文檔編號G01R19/00GK102981033SQ201210468548
公開日2013年3月20日 申請日期2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月19日
發(fā)明者常倫凱, 常寶波, 袁偉恒, 盧偉東 申請人:廣州東芝白云電器設(shè)備有限公司