一種10kv變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的是一種10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置。相電壓和相電流分別通過電壓互感器和電流互感器經由電流/電壓轉換電路和精密全波整流電路與單片機電路連接，電源電路為單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM模塊和液晶顯示器。本發(fā)明采集裝置不僅能根據(jù)需要隨時檢測變壓器二次電壓、電流的即時數(shù)據(jù)，而且能方便地通過GSM模塊，以發(fā)短信方式進行采集結果的無線傳輸，便于對變壓器二次電流、電壓的遠距離監(jiān)控。當需要電流電壓數(shù)據(jù)時，使用者發(fā)送一條信息，GSM模塊收到信息后會自動發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的手機上，并通過液晶LCD12864顯示出來。適宜作為變壓器二次電流采集和無線傳輸?shù)难b置應用。
【專利說明】-種10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種高電壓、大電流采集、傳輸裝置，用于10KV變壓器二次側電 流和二次側線電壓或相電壓的即時數(shù)據(jù)采集與傳輸，并通過GSM模塊進行數(shù)據(jù)無線傳輸， 具有遠距離控制通訊功能。具體說是一種10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置。

【背景技術】
[0002] 現(xiàn)有的電壓、電流采集裝置多是基于電壓電流互感器和轉換電路等組成的復合 體，通過電壓互感器和電流互感器采集高電壓大電流電路中的電壓和電流即時數(shù)據(jù)，通過 處理，用于顯示或進一步操作?，F(xiàn)有的電壓、電流采集裝置的工作方式是需要數(shù)據(jù)時人為地 使采集電路工作或者連續(xù)采集，具體的采集結果也多是用于靜態(tài)顯示，而無法進行遠距離 控制通訊。
[0003] 原有的工作方式使得電壓、電流采集裝置的工作效率較低，節(jié)能性相對較差，另外 處理器實時性差、控制策略簡單，當需要采集數(shù)據(jù)時不能較快地實施采集，在實時性要求較 高的場合達不到要求。
[0004] 此外當處于遠距離工作環(huán)境時，無法得到采集的數(shù)據(jù)結果，不能實現(xiàn)對采集結果 的遠距離監(jiān)控。這也限制著電壓、電流采集裝置的應用，在高電壓大電流的10KV變壓器工 作狀態(tài)檢測時，對安全性來說是一個隱患。


【發(fā)明內容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有的變壓器二次側電壓、電流采集裝置的不足，本發(fā)明提出了一種 10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置。該裝置通過采集相電壓和相電流，然后經過 電壓互感器和電流互感器與電流/電壓轉換電路和精密全波整流電路與單片機連接，單片 機分別與電源電路、GSM模塊和液晶顯示器連接，解決變壓器二次電流自動采集與無線傳輸 的技術問題。
[0006] 本發(fā)明解決技術問題所采用的方案是： 相電壓和相電流分別通過電壓互感器和電流互感器經由電流/電壓轉換電路和精密 全波整流電路與單片機電路連接，電源電路為單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM 模塊和液晶顯示器。
[0007] 相電壓采集來自于A/B/C三相，相電流采集也來自于A/B/C三相。
[0008] 積極效果，本發(fā)明采集裝置不僅能根據(jù)需要隨時檢測變壓器二次電壓、電流的即 時數(shù)據(jù)，而且能方便地通過GSM模塊，以發(fā)短信方式進行采集結果的無線傳輸，便于對變壓 器二次電流、電壓的遠距離監(jiān)控。當需要電流電壓數(shù)據(jù)時，使用者發(fā)送一條信息，GSM模塊 收到信息后會自動發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的手機上，并通過液晶LCD12864顯示出來。適宜作為變 壓器二次電流采集和無線傳輸?shù)难b置應用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009] 圖1為本發(fā)明總電路方框圖 圖2為本發(fā)明LH10-10C0512-02電源模塊原理圖 圖3為本發(fā)明濾波部分原理圖 圖4為本發(fā)明LH10-10B05電源模塊原理圖 圖5為本發(fā)明Atmegal6單片機接口電路圖 圖6為本發(fā)明最小系統(tǒng)的復位電路圖 圖7為本發(fā)明最小系統(tǒng)的晶振電路圖 圖8為本發(fā)明電壓檢測電路圖 圖9為本發(fā)明電流檢測電路圖 圖10為本發(fā)明電流電壓轉換電路圖 圖11為本發(fā)明精密全波整流電路圖 圖12為本發(fā)明反向求和電路圖 圖13為本發(fā)明GSM模塊電路圖 圖14為本發(fā)明液晶顯不電路圖 圖中，1.電源電路，2.單片機，3.GSM模塊，4.液晶顯示器，5.相電壓，5.1.電壓互感 器，5.2.電流/電壓轉換電路，5. 3.精密全波整流電路，6.相電流，6.1.電流互感器。

【具體實施方式】
[0010] 據(jù)圖1所示，相電壓5和相電流6分別通過電壓互感器5. 1和電流互感器6. 1經 由電流/電壓轉換電路5. 2和精密全波整流電路5. 3與單片機2電路連接，電源電路1為 單片機提供電源，在單片機上分別連接有GSM模塊3和液晶顯示器4。
[0011] 相電壓采集來自于A/B/C三相，相電流采集也來自于A/B/C三相。
[0012] 器件參數(shù)： 采用Atmegal6單片機512字節(jié)EEPROM，1K字節(jié)SRAM，32個通用I/O口，32個通用工作 寄存器，工作電壓4.5 - 5. 5V，正常模式電流1.1mA，空閑模式電流0.35mA GSM模塊電流消耗：睡眠時3.0mA，閑置時10. 0mA，通話時300mA(最高2.0A)，掉 電時100iiA 互感器技術參數(shù)： 電壓互感器HWPT01: 2mA/2mA 電流互感器KHCT911L: 150A/5AHWCT:5A/5mA 系統(tǒng)的工作原理： 電壓信號與電流信號經過電流/電壓轉換電路，在經精密全波整流電路送至單片機， 單片機經A/D采樣計算三相電壓、電流的有效值，測得數(shù)據(jù)可以通過GSM模塊發(fā)送到手機上 (當需要電流電壓數(shù)據(jù)時，使用者發(fā)送一條信息，GSM模塊收到信息后會自動發(fā)送數(shù)據(jù)到指 定的手機上），并通過液晶IXD12864顯示出來。
[0013] 電路組成： 1)電源電路，如圖2、3和4所示，在系統(tǒng)中，Atmegal6單片機工作電壓為5V，而在電壓、 電流檢測與轉換電路中運算放大器基準電壓分別選定為+12V和-12V。因此電源電路部分 采用了LH10-10C0512-02電源模塊和LH10-10B05電源模塊，電壓紋波小、性價比高。通過 LH10-10C0512-02電源模塊得到+5V、+12V、-12V，用于系統(tǒng)供電。通過LH10-10B05電源模 塊得到+5V電壓，給GSM模塊供電。
[0014] 2)最小系統(tǒng)電路，如圖5所示，該10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置采 用Atmegal6單片機作為主控芯片，Atmegal6是基于增強的AVRRISC結構的低功耗8位 CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegal6的數(shù)據(jù)吞吐 率高達lMIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。
[0015]Atmegal6AVR內核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有的寄存器都 直接與算邏單元（ALU)相連接，使得一條指令可以在一個時鐘周期內同時訪問兩個獨立的 寄存器。這種結構提高了代碼效率，并且具有比普通的CISC微控制器最高至10倍的數(shù)據(jù) 吞吐率。端口A作為A/D轉換器的模擬輸入端。端口A為8位雙向I/O口，具有可編程的內 部上拉電阻。其輸出緩沖器具有對稱的驅動特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用 時，若內部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時將輸出電流。在復位過程中，即使系統(tǒng)時 鐘還未起振，端口A處于高阻狀態(tài)。在該10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置中， 采集到的電壓電流信號經過轉換電路的處理，最終經過單片機的PA口進行A/D轉換?；?的AVR硬件線路，包括復位線路、晶振線路、ISP下載接口、JTAG仿真接口和電源。
[0016] (1)復位線路的設計，如圖6所示，Atmegal6已經內置了上電復位設計。并且在 熔絲位里，可以控制復位時的額外時間，故AVR外部的復位線路在上電時，可以設計得很簡 單：直接拉一只10K的電阻到VCC即可（R5)。為了可靠，再加上一只0.luF的電容（C5)以 消除干擾、雜波。當AVR在工作時，按下S0開關時，復位腳變成低電平，觸發(fā)AVR芯片復位。
[0017] (2)晶振電路的設計，如圖7所示，Atmegal6已經內置RC振蕩線路，可以產生1M、 2M、4M、8M的振蕩頻率，實際應用時，如果你不需要太高精度的頻率，可以使用內部RC振蕩。 即這部分不需要任何的外圍零件。然而，內置的畢竟是RC振蕩，在一些要求較高的場合，t匕 如要與RS232通信需要比較精確的波特率時，建議使用外部的晶振線路。早期的90S系列， 晶振兩端均需要接22pF左右的電容。Atmegal6系列實際使用時，這兩只小電容不接也能正 常工作。
[0018] 3)檢測與轉換單元 該檢測與轉換單元包括電壓檢測電路、電流檢測電路、電流電壓轉換電路、精密全波整 流電路組成，完成變壓器二次側電壓和電流值的采集和轉換，便于送到主控系統(tǒng)中。
[0019]A)電壓檢測電路，如圖8所示，電壓檢測電路部分采用電流型電壓互感器進行電 壓信號的采集，經過電流電壓轉換電路和精密全波整流電路，進行電壓轉換，最后經過反向 求和電路得到所需的電壓信號。
[0020] B)電流檢測電路，如圖9所示，電壓檢測電路部分采用電流互感器進行電流信號 的采集，經過電流電壓轉換電路和精密全波整流電路，進行電流轉換，最后經過反向求和電 路得到所需的電流信號。
[0021]C)電流電壓轉換電路，如圖10所示，在互感器采集到信號以后都進行了電流電壓 轉換，電壓互感器采用的是電流型的，因此在電壓互感器和電流互感器采集信號之后都需 要把電流信號轉換為電壓信號。以電壓互感器采集A相電壓后為例，對其電流電壓轉換電 路和工作原理： 工作原理如下：工頻交流電的A相經過精密電流型電壓互感器后，感應出微弱的電流 信號，最大輸出值2mA。經過米樣電阻R24后，把電流信號轉換成電壓信號。
[0022] D)精密全波整流電路，如圖11所示，由于電流電壓轉換電路部分輸出的是交流電 壓，需要通過整流電路，將其轉變成直流電壓?？紤]到整流部分的精確性和結構的簡易性， 該部分選用精密全波整流電路。
[0023] 工作原理如下： 當U1>0時，必然使集成運算放大器的輸出端U0〈0,從而導致二極管D25導通，D24截 止。此時該部分電路實現(xiàn)反相比例運算，輸出電壓心=，在該電路中由 電阻關系可知= -CA。
[0024] 當U1〈0時，必然使輸出端U0>0,從而使二極管D24導通，D25截止，R66中電流為 零，因此輸出電壓^"2 = 0。
[0025] 因此，可以利用反相求和電路將U2與U1的負半周波形相加，就可以實現(xiàn)全波整 流。
[0026] E)反向求和電路，如圖12所示，該部分電路是由運算放大器組成的反向加法器電 路，輸入部分分別為電壓電流轉換部分的輸出U1，精密全波整流電路的輸出U2,利用反向 求和電路配合整流部分可以實現(xiàn)全波整流，得到所需的直流電壓，便于送到單片機進行數(shù) 據(jù)處理。
[0027] 工作原理如下： 該部分反相求和電路的輸入電壓分別為電流電壓轉換電路的輸出電壓U1，精密全波整 流電路的輸出電壓U2,該部分的輸出則為U3。利用運算放大器的運算方法可以得到該部 分電路的輸入輸出關系：口3 。由電路中的電阻值可以得 至ij: M。
[0028] 當U1>0時，由上述精密全波整流電路部分可以得到：L72 =-仍，而結合本部分 的電壓關系W=-2C/2 -W可以得到丨73=21/1-[/1=[/I;當U1〈0時，由上述精密全波整流電 路部分可以得到：C/2 = 0 ,而結合本部分的電壓關系可以得到,即完成了精密全波 整流電路部分負半周波形相加，實現(xiàn)了全波整流，同時起到反相器作用。
[0029] 4)GSM電路，如圖13所示，該10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置的創(chuàng)新 點之一就是利用GSM模塊，把采集到的變壓器二次側的電壓和電流的即時數(shù)值以短信方式 發(fā)送到工作人員的手機上，即當需要電流電壓數(shù)據(jù)時，使用者發(fā)送一條信息，GSM模塊收到 信息后會自動發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的手機上，便于工作人員在非現(xiàn)場操作的情況下對變壓器的 工作情況進行遠距離監(jiān)控。GSM部分利用集成的GSM模塊。
[0030] 5)顯示電路 該裝置不僅能利用GSM模塊，以短信方式在非現(xiàn)場操作的情況下進行變壓器二次側電 壓、電流信號的采集與傳輸，而且還有液晶LCD12864顯示部分電路，對采集的結果進行現(xiàn) 場顯示。利用液晶顯示，便于工作人員在現(xiàn)場操作時進行參照。
[0031] 工作過程： 三個電流型電壓互感器的一次繞組和被測電路并聯(lián)，二次繞組應和所接的測量儀表、 繼電保護裝置或自動裝置的電壓線圈并聯(lián)，同時要注意極性的正確性。三個電流互感器的 接線應遵守串聯(lián)原則，即一次繞阻應與被測電路串聯(lián)。
[0032] 在正常工作時，通過電壓互感器和電流互感器，對10KV變壓器兩端的電壓和電流 信號進行采集。得到的微弱信號經由電流電壓轉換電路統(tǒng)一轉換為電壓信號，再經過運算 放大器部分對微弱信號進行放大。將放大后的電壓信號通過精密全波整流電路進行整流， 配合反向求和電路，得到正向的直流電壓信號。將上述六路直流電壓信號依次接到單片機 的PA0至PA5 口，進行A/D轉換和存儲，便于系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理。經過數(shù)據(jù)處理后，由單片 機系統(tǒng)控制液晶顯示部分，將檢測的六路電壓電流信號在液晶上顯示出來，便于工作人員 在現(xiàn)場操作時進行參照。
[0033] 當工作人員處于非現(xiàn)場操作的情況下，又想得到變壓器二次側電壓和電流的值， 以便于對變壓器的工作情況進行監(jiān)控時，就可以通過手機發(fā)送短信，進行數(shù)據(jù)查詢。當GSM 模塊收到信息后會自動地將系統(tǒng)監(jiān)測到的變壓器二次側的電流電壓數(shù)據(jù)發(fā)送到指定的手 機上，這對于非現(xiàn)場操作情況下的工作人員是十分方便的。有了這種10KV變壓器二次電流 自動采集無線傳輸裝置，工作人員可以隨時隨地了解指定變壓器的工作信息，便于遠距離 監(jiān)控和通訊。
[0034] 本發(fā)明針對以往電壓電流采集裝置的薄弱環(huán)節(jié)，同時也是較大的安全隱患，作出 了全面的分析，并依次給出了有效的解決方案。針對10KV變壓器二次側電壓、電流信號的 采集，效果較好。另外，元器件性價比高，體積封裝小、易于集成控制板。
[0035] 本發(fā)明提出的技術方案可直接對傳統(tǒng)接觸器進行改造，通用性極強，已基本完成 硬件測試，具有較大的應用價值。
[0036] 特點： 變壓器二次側電壓、電流采集裝置通過Atmegal6單片機最小系統(tǒng)、電源電路、GSM模塊 電路、顯示電路、電壓互感器和電流互感器電路、電壓電流轉換電路、精密全波整流電路相 結合，具有如下優(yōu)點： 1)具有六路互感器裝置，可以短時間內分別對三相電的電壓和電流進行互感器檢測。 通過電壓電流轉換電路和精密全波整流電路，送至單片機控制系統(tǒng)。
[0037] 2)采用Atmegal6單片機最小系統(tǒng)作為主控系統(tǒng)，電路簡單，控制效果好。占用空 間較小，結構緊湊，集成度較高，便于應用到變壓器系統(tǒng)中。采用液晶LCD12864用于顯示檢 測結果，便于現(xiàn)場的監(jiān)控。
[0038] 3)針對非現(xiàn)場的監(jiān)測，采用了GSM模塊，能夠將檢測結果以發(fā)短信方式進行采集 結果的無線傳輸，便于對變壓器二次電流、電壓的遠距離監(jiān)控。當需要電流電壓數(shù)據(jù)時，使 用者發(fā)送一條信息，GSM模塊收到信息后會自動發(fā)送數(shù)據(jù)到指定的手機上。
[0039] 4)經濟性較好，采用Atmegal6單片機作為主控芯片，價格不高，系統(tǒng)總體的成本 也不高，應用性較好。
【權利要求】
1. 一種10KV變壓器二次電流自動采集無線傳輸裝置，其特征是：相電壓（5 )和相電流 (6)分別通過電壓互感器（5. 1)和電流互感器（6. 1)經由電流/電壓轉換電路（5. 2)和精 密全波整流電路（5. 3)與單片機（2)電路連接，電源電路（1)為單片機提供電源，在單片機 上分別連接有GSM模塊（3)和液晶顯示器（4); 相電壓采集來自于A/B/C三相，相電流采集也來自于A/B/C三相。
【文檔編號】G01R19/25GK104330613SQ201410526287
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月8日 優(yōu)先權日:2014年10月8日
【發(fā)明者】李軍, 郭鳳儀, 賀樹平, 趙飛, 孫濤, 高洪鑫, 王喜利, 王丹 申請人:國網遼寧省電力有限公司葫蘆島供電公司, 國家電網公司, 遼寧工程技術大學