一种电流测量方法技术

本发明专利技术公开了一种电流测量方法，包括采用电流传感器来测量电缆电流的步骤：其特征是：电流传感器包括安装座、电流检测组件、DSP信号处理器、示波器、电压跟随器和分压电阻；还包括以下步骤：步骤S1：由四个电流检测单元测得四个测点的(Bx,By)，随后根据各个测点的(Bx,By)来求取该点的合成场B；步骤S2:计算安装座上同一径向上的两个测点的合成场的比值：kx，ky；步骤S3:计算待测电缆在穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)；步骤S4：求得待测电缆在穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)后，分别计算各个测点与(x0,y0)的距离，推算出四个测点的电流值；步骤S5：取上述四个电流值的平均值，求得电缆的电流值。通过本发明专利技术的电流测量方法测得的电流值能够更为精确。

A current measuring method

The invention discloses a current measurement method, including measuring cable current using current sensor step is characterized by current sensor includes a mounting base, the current detection module, DSP signal processor, oscilloscope, voltage follower and pressure resistance; also includes the following steps: step S1: by four current detection unit test four points (Bx, By), then according to each measuring point (Bx, By) for the synthesis of B from the point of the field; step S2: calculation on the mounting seat on the same radial two points of synthesis field ratio: KX, KY; step S3: coordinate calculation of center point part of the test cable in the hole (x0, Y0); step S4: obtain the coordinates of the center point part in the test cable hole (x0, Y0), each measuring point and calculated respectively (x0, Y0) the distance calculated from four points of current value; step S5 take the above: The current value of the cable is obtained by averaging the four current values. The current value measured by the current measuring method of the invention can be more accurate.

【技术实现步骤摘要】
一种电流测量方法
本专利技术涉及电力参数测量领域，特别涉及一种电流测量方法。
技术介绍
配电网电流检测是系统安全运行的基础，通常配网正常运行电流为几kA、在发生短路故障时电流高达几十kA。传统电磁式传感器因铁芯的带宽和饱和问题造成测量失准，且它对含直流和谐波的电流测量有较大局限。对动态范围、带宽较大，交、直流量同测的需求，采用分流器方式需要接入待测回路而不便安装；基于电磁感应的罗氏线圈又不能测直流量；光纤电流传感器工作稳定性不。因此，采用霍尔元件测磁场并推算电流就具有一定优势。现有常用的线电流测量，通常从安培环路定律出发，在以电流轴线为轴向的圆周上等距放置霍尔传感器阵列，每个霍尔传感器测量切向磁场，根据安培环路定律将上述线积分用求和近似求得到电流值。但在实际测量中，待测电缆在由“霍尔传感器阵列”之间圆孔内的中心点与该圆孔的圆心之间通常为偏心(放置)，致使通过上述计算方法求得的电流值存有较大的误差。基于此，申请人考虑设计一种测量更为精确的电流测量方法。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：怎样提供一种测量更为精确的电流测量方法。为了解决上述技术问题，本专利技术采用了如下的技术方案：本专利技术的目的是通过这样的技术方案实现的，具体步骤如下：一种电流测量方法，包括采用电流传感器来测量电缆电流的步骤：其特征在于：所述电流传感器包括安装座、电流检测组件、DSP信号处理器、示波器、电压跟随器和分压电阻；所述安装座整体呈圆环形结构，所述安装座的中部具有供电缆贯穿的穿孔；所述电流检测组件包括有八个霍尔元件，所述八个霍尔元件构成有四个电流检测单元，其中，每个电流检测单元包括磁场敏感轴相互垂直且呈T型布置的两个霍尔元件；所述四个电流检测元件均固定安装在所述安装座上，并在所述穿孔的圆周方向均匀分布；所述DSP信号处理器包括信号采集模块和信号处理模块，所述八个霍尔元件的输出端分别与所述信号采集模块上各个对应的接线端口相连接，所述信号采集模块用于采集所述八个霍尔元件检测到的磁场信号，并将处理后的信号输出至所述示波器并显示；所述电压跟随器包括四个运算放大器，所述四个运算放大器的同相输入端分别与所述信号采集模块上对应的接线端口相连接，每个运算放大器的电路结构中连接有所述分压电阻；所述四个运算放大器用于增大被测电流的电压线性空间，并将处理后的信号输出到分压电阻输入端，所述分压电阻用于对电压跟随器输出信号进行分压，并将分压后的信号输出到所述DSP信号处理器中的输入端；测量时，将待测的电缆穿过所述安装座的所述穿孔；还包括采用快速估算方法来测得电缆中通过的电流值的步骤，所述快速估算方法包括以下步骤：步骤S1：由所述四个电流检测单元测得四个测点的(Bx,By)，随后根据各个测点的(Bx,By)来求取该点的合成场B；步骤S2:计算安装座上同一径向上的两个测点的合成场的比值：kx，ky；步骤S3:计算待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)；步骤S4：求得待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)后，分别计算各个测点与(x0,y0)的距离，推算出四个测点的电流值；步骤S5：取上述四个电流值的平均值，求得电缆的电流值。作为优选，步骤S1的计算公式为：式中(x0,y0)为待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标，(xt,yt)为各个电流检测单元的坐标。实施时，(xt,yt)具体为各个电流检测单元呈T型结构的两个霍尔元件的交点坐标。图1与图2中电流传感器仅为结构示意图，实际在制作本方案所涉及的电流传感器时，各个电流检测单元中呈T型结构的两个霍尔元件相交且具有交点坐标。作为优选，步骤S2的计算公式为：作为优选，步骤S3的计算公式为：式中R02＝xt2+yt2。作为优选，步骤S4的计算公式为：作为优选，电流测量方法还包括采用精确计算方法来测得电缆中通过的电流值的步骤，所述精确计算方法包括以下步骤：S1：将非线性模型转换为线性模型，将场分量相除消去电流变量，得到线性方程组；S2:用线性最小二乘法给出线性方程组的最优解(x0,y0)；S3：求得导线位置后，分别计算各测点与导线距离，推算出四个电流值；S4：取上述四个电流的平均值，求得电缆的电流值。作为优选，S1中的线性方程组为：作为优选，S3中的计算公式为：由于采用了上述技术方案，本专利技术的电流测量方法具有如下的优点：1、动态范围大、带宽宽、功耗与体积小。在电流监测和保护控制应用中有广阔的前景。本电流测量方法所采用的电流传感器中没有气隙铁芯聚磁，被测电流磁场空间分布分散，本专利技术的测量方法即利用八个霍尔元件的阵列方式来检测电缆的电流，提高测量的精度。同时也因为失去了铁芯对外部磁场屏蔽，对测量准确度造成显著影响，其信噪比相对有铁芯会低很多，使得测得的电流值更为精准。2、本专利技术的电流测量方法能够对待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点的位置进行计算，经确定待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点的位置后再求得的电流值的计算精度大幅提高。3、相比安培环路定律，现有的电流传感器挂接在电缆上，重力作用导致电缆的偏心达到最大，从而使得测得的电流值值的精度不高。安培环路定律只有当导线在圆心或偏心较小时才可保证精度。本专利技术的电流测量方法的测量精度受被测电缆位置影响小，导线处于圆环中的任何位置都可获得较高的精度。附图说明图1为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器的结构示意图；图2为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器(局部拆开状态)的结构示意图；图3为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中霍尔元件的电源U1、电源传输P1、接地传输P3的电路原理图；图4为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中霍尔元件01～04的电路原理图；图5为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中霍尔元件05～08的电路原理图；图6为图3和图4与传输模块P2的电路原理图；图7为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中电压跟随器中运算放大器U3、U4的电路原理图；图8为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中电压跟随器中运算放大器U2、U5的电路原理图；图9为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器中电压跟随器与DSP信号处理器连接的传输模块的电路原理图；图10为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器的测量示意图；图11为本专利技术的电流测量方法所采用的电流传感器的源测试图；图12为一次侧输入100A时电流磁场平行方向上PAC12交直流电流钳输出波形图；图13为其中一个霍尔元件输出波形图。图14为一次侧输入100A时采用安培环路定律、本专利技术的电流测量方法中快速估算方法和精确计算方法得到的电流波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。首先，详细说明下本专利技术的电流测量方法测量时需采用的电流传感器：如图1至图9所示，该电流传感器包括安装座1、电流检测组件、DSP信号处理器2、示波器(图中未示出)、电压跟随器3和分压电阻；所述安装座整体呈环形结构，所述安装座的中部具有供电缆4贯穿的穿孔；所述电流检测组件包括有八个霍尔元件，所述八个霍尔元件5构成有四个电流检测单元，每个电流检测单元包括两个磁场敏感轴相互垂直且呈T型布置的霍尔元件；所述四个电流检测元件均固定安装在所述安装座上，并在所述穿孔的圆周方向均匀分布；所述DS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流测量方法，包括采用电流传感器来测量电缆电流的步骤：其特征在于：所述电流传感器包括安装座、电流检测组件、DSP信号处理器、示波器、电压跟随器和分压电阻；所述安装座整体呈圆环形结构，所述安装座的中部具有供电缆贯穿的穿孔；所述电流检测组件包括有八个霍尔元件，所述八个霍尔元件构成有四个电流检测单元，其中，每个电流检测单元包括磁场敏感轴相互垂直且呈T型布置的两个霍尔元件；所述四个电流检测元件均固定安装在所述安装座上，并在所述穿孔的圆周方向均匀分布；所述DSP信号处理器包括信号采集模块和信号处理模块，所述八个霍尔元件的输出端分别与所述信号采集模块上各个对应的接线端口相连接，所述信号采集模块用于采集所述八个霍尔元件检测到的磁场信号，并将处理后的信号输出至所述示波器并显示；所述电压跟随器包括四个运算放大器，所述四个运算放大器的同相输入端分别与所述信号采集模块上对应的接线端口相连接，每个运算放大器的电路结构中连接有所述分压电阻；所述四个运算放大器用于增大被测电流的电压线性空间，并将处理后的信号输出到分压电阻输入端，所述分压电阻用于对电压跟随器输出信号进行分压，并将分压后的信号输出到所述DSP信号处理器中的输入端；测量时，将待测的电缆穿过所述安装座的所述穿孔；还包括采用快速估算方法来测得电缆中通过的电流值的步骤，所述快速估算方法包括以下步骤：步骤S1：由所述四个电流检测单元测得四个测点的(Bx,By)，随后根据各个测点的(Bx,By)来求取该点的合成场B；步骤S2:计算安装座上同一径向上的两个测点的合成场的比值：kx，ky；步骤S3:计算待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)；步骤S4：求得待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)后，分别计算各个测点与(x0,y0)的距离，推算出四个测点的电流值；步骤S5：取上述四个电流值的平均值，求得电缆的电流值。...

【技术特征摘要】
1.一种电流测量方法，包括采用电流传感器来测量电缆电流的步骤：其特征在于：所述电流传感器包括安装座、电流检测组件、DSP信号处理器、示波器、电压跟随器和分压电阻；所述安装座整体呈圆环形结构，所述安装座的中部具有供电缆贯穿的穿孔；所述电流检测组件包括有八个霍尔元件，所述八个霍尔元件构成有四个电流检测单元，其中，每个电流检测单元包括磁场敏感轴相互垂直且呈T型布置的两个霍尔元件；所述四个电流检测元件均固定安装在所述安装座上，并在所述穿孔的圆周方向均匀分布；所述DSP信号处理器包括信号采集模块和信号处理模块，所述八个霍尔元件的输出端分别与所述信号采集模块上各个对应的接线端口相连接，所述信号采集模块用于采集所述八个霍尔元件检测到的磁场信号，并将处理后的信号输出至所述示波器并显示；所述电压跟随器包括四个运算放大器，所述四个运算放大器的同相输入端分别与所述信号采集模块上对应的接线端口相连接，每个运算放大器的电路结构中连接有所述分压电阻；所述四个运算放大器用于增大被测电流的电压线性空间，并将处理后的信号输出到分压电阻输入端，所述分压电阻用于对电压跟随器输出信号进行分压，并将分压后的信号输出到所述DSP信号处理器中的输入端；测量时，将待测的电缆穿过所述安装座的所述穿孔；还包括采用快速估算方法来测得电缆中通过的电流值的步骤，所述快速估算方法包括以下步骤：步骤S1：由所述四个电流检测单元测得四个测点的(Bx,By)，随后根据各个测点的(Bx,By)来求取该点的合成场B；步骤S2:计算安装座上同一径向上的两个测点的合成场的比值：kx，ky；步骤S3:计算待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)；步骤S4：求得待测电缆在所述穿孔内的部分的中心点坐标(x0,y0)后，分别计算各个测点与(x0,y0)的距离，推算出四个测点的电流值；步骤S5：取上述四个电流值的平均值，求得电缆的电流值。2.如权利要求1所述的电流测量方法，其特征在于：步骤S1的计算公式为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张淮清，顾善匀，李非凡，秦领，陶阳，陈琳，宋芳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50