一种直流牵引供电系统的新型传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种直流牵引供电系统的新型传感系统，包括霍尔电流感应模块，用于检测直流牵引供电系统的供电主回路电流；电源模块，与霍尔电流感应模块连接，用于霍尔电流感应模块的供电；信号通信模块，用于输出霍尔电流感应模块所检测到的直流牵引供电系统的供电主回路电流信号。本发明专利技术采用了霍尔电流传感器，使用非接触的测量方式，降低了对隔离电压的要求，技术难度小，从而降低了成本。同时，减少了测试设备和被测系统的信号相互干扰，具有高可靠性、高精度和高灵敏度。本发明专利技术作为一种直流牵引供电系统的新型传感系统，可广泛应用于直流牵引供电领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种传感系统，尤其是一种直流牵引供电系统的新型传感系统。
技术介绍
直流牵引供电系统中，目前常用的电流测量方法是接触式测量方式，如图I所示， 在供电主回路中串联毫欧级的电阻，这个电阻通常称为分流器，分流器充当取样电阻的功能，将分流器两端的信号接入隔离放大器，经过隔离和信号调理后提供给保护测控装置。接触式测量方式虽然方法直接、原理简单，如图2所示，隔离放大器由三个端口组成，分别是电源输入端口、信号输入端口和信号输出端口(其中信号输出端口可以是多组)， 这3个端口要求相互隔离，即既要求信号输入与输出之间隔离，也要求信号输入输出与电源输入之间也要隔离，且隔离电压要达到15kV AC，以保证对设备和人身的高安全性。在工业控制领域所用到的信号隔离器，其隔离电压一般只有2kV AC，不适合应用在直流牵引供电系统中。要想达到15kV AC的高隔离电压等级，需要采取特殊的方法，电光电模式就是常用的方法之一。如图3所示，其隔离原理是先将输入的模拟信号经过AD采样转换成数字信号， 然后经过电光转换，通过光纤传送到输出侧，在输出侧经过光电转换，将光信号转换成电信号，再经过DA转换和信号处理，输出所需要的模拟量。另外，电源的隔离采用固定频率且无反馈的高频开关电源，其中的高频变压器的隔离电压也设计成15kV AC，不过体积较大。目前德国的西门子(Siemens )、英国的霍克西利(Hawker SiddeIey )和意大利的MS,都采用的是电光电模式。另一种方法是以Knick为代表的电磁电模式,类似于电光电模式,只是通过电磁耦合来传递数字信号而已。在接触式测量方式中，测试设备和被测系统的信号相互干扰，导致测量精度低，可靠性差。上述两种隔离模式，虽然达到了隔离的目的，但实现起来成本高，技术难度大，精度低，目前也只有少数几家公司掌握了核心技术，特别是Knick的产品中，大量地使用了新工艺和新材料，如硬件堆栈工艺和平板变压器等，一般公司难以实现，不利于推广与普遍应用。另外，在数字传输过程中，传输方向是单向的，没有握手信号和信号重发机制，在遇到干扰时，只能是被动地丢帧，造成了可靠性差。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是一种直流牵引供电系统的新型传感系统，包括霍尔电流感应模块，用于检测直流牵引供电系统的供电主回路电流；电源模块，与霍尔电流感应模块连接，用于霍尔电流感应模块的供电；信号通信模块，用于输出霍尔电流感应模块所检测到的直流牵引供电系统的供电主回路电流号。进一步，所述霍尔电流感应模块中采用补偿式霍尔电流传感器。进一步，所述电源模块包括有开关电源和电源滤波器，所述开关电源的输入端连接至电源滤波器的输出端。进一步，所述信号通信模块的信号输出模式包括有电压型和电流环型。进一步， 所述新型传感系统还包括有计量控制模块，所述计量控制模块包括有直流计量表、记录仪、远方控制器、第一隔离变压器和第二隔离变压器，所述第一隔离变压器的输入端和第二隔离变压器的输入端均连接至信号通信模块的输出端，所述直流计量表的输入端和记录仪的输入端均连接至第一隔离变压器的输出端，所述远方控制器的输入端连接至第二隔离变压器的输出端。进一步，所述计量控制模块中还包括有直流继电保护装置。进一步，所述霍尔电流感应模块还连接有用于测试霍尔电流感应模块信号输出性能的检测模块。进一步，所述霍尔电流感应模块外装有保护外壳。进一步，所述霍尔电流感应模块、电源模块、信号通信模块、计量控制模块和检测模块之间的相互连接均使用KMPW-2. 0mm2的带屏蔽层的双绞线，且屏蔽层接地。本专利技术的有益效果是在直流牵引供电系统中采用一种新型传感系统，采用了霍尔电流传感器，使用非接触的测量方式，降低了对隔离电压的要求，技术难度小，从而降低了成本。同时，在接触式测量方式中，测试设备和被测系统的信号相互干扰，而本专利技术使用非接触的测量方式，具有可靠性。直流牵引供电系统中电流变化时，通过霍尔电流传感器对失衡磁场进行补偿的过程所需的时间理论上不到I μ S，拥有高精度和高灵敏度。附图说明图1是直流牵引供电系统中接触式测量方式的传感系统框架图；图2是隔离放大器结构图；图3是电光电模式隔离放大器的原理图；图4是一种直流牵引供电系统的新型传感系统的系统框架图；图5是图4的具体模块结构图；图6是图5的电路原理图。图中1、开关电源；2、电源滤波器；3、直流计量表；4、记录仪；5、远方控制器；6、 第一隔离变压器；7、第二隔离变压器；8、试验端子；9、直流牵引供电系统供电主回路的铜排。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明参照图4和图6，一种直流牵引供电系统的新型传感系统，包括霍尔电流感应模块，所述霍尔电流感应模块套入直流牵引供电系统供电主回路的铜排 9，与一次侧系统完全隔离，安装时要注意传感器与主回路的铜排要垂直，所述霍尔电流感应模块用于检测直流牵引供电系统的供电主回路电流；电源模块，与霍尔电流感应模块连接，用于霍尔电流感应模块的供电；信号通信模块，用于输出霍尔电流感应模块所检测到的直流牵引供电系统的供电主回路电流号。进一步作为优选的实施方式，所述霍尔电流感应模块中采用补偿式霍尔电流传感器。霍尔电流传感器是根据霍尔效应原理制成的，一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、次级线圈和放大电路等部件组成。霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高(可达1MHZ)，耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。霍尔线性器件的精度高、线性度好。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达一 55°C 150°C。 根据有无次级线圈，霍尔电流传感器又分为闭环式和开环式两种。在实际应用中， 以闭环电流传感器为主，即补偿式霍尔电流传感器，也称磁平衡式霍尔电流传感器。闭环电流传感器的工作原理如下被测主回路的电流在聚磁环处产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于零磁通的工作状态。由安培定律可知，一个流过导体的电流I会在导体的周围产生一个磁场，而绕在磁芯上的N匝线圈，如果通1/N倍的反相电流，就可以抵消原边电流I所产生的磁场。霍尔电流传感器是安装在磁芯的开口间隙中，如果原副边的磁通不平衡，磁通就不为零，则霍尔电流传感器就会有电压信号输出。该信号经过高增益的放大器放大后，自动调节二侧次电流以抵消原副边不平衡产生的偏差。因此，在磁芯开口间隙中，由二次侧电流所产生的磁通始终能够抵消原边电流I所产生的磁通。由于闭环电流传感器始终处于零磁通的平衡状态，磁路中的铁芯不会饱和，因此测量范围宽，从毫安级到500kA的电流都能实现，且精度高，目前广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。参照图5和图6，进一步作为优选的实施方式，所述电源模块包括有开关电源I和电源滤波器2，所述开关电源I的输入端连接电源滤波器2的输出端。霍尔电流感应模块的工作电源为±15V DC，由开关电源I提供，开关电源I的前端需加装滤波器2，以防止外部干扰。参照图6，进一步作为优选的实施方式，所述信号通信模块的信号输出模式包括有电压型和电流环型，即霍尔电流感应模块检测到的直流牵引供电系统的供电主回路电流信号可作为电压形式或者电流形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流牵引供电系统的新型传感系统，其特征在于：包括：霍尔电流感应模块，用于检测直流牵引供电系统的供电主回路电流；电源模块，与霍尔电流感应模块连接，用于霍尔电流感应模块的供电；信号通信模块，用于输出霍尔电流感应模块所检测到的直流牵引供电系统的供电主回路电流信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常伦凯，常宝波，袁伟恒，卢伟东，
申请(专利权)人：广州东芝白云电器设备有限公司，
类型：发明
国别省市：