低频多频段变送器的研究与设计

低频多频段变送器的研究与设计

杨友振

(江阴市星火电子科技有限公司,江苏省江阴市 214400)

摘要:

随着国家对设备节能减排的要求越来越重视,我们好多的设备也在不断的更新换代,比如电机行业采用变频电机,发电机行业通过改变转速来改变对电力供给系统的有效控制发电量,但是这些设备都要通过精确的测量电流来监测设备的好坏和使用寿命情况,之前我们行业都是通过传统的互感器来进行测量,然后通过设计相对应的模拟变送器(4-20mA/0-10vdc)来衔接控制设备,但是传统的互感器在安装上有很大的不方便,灵活性不够,所以我们根据我们的优势设计出一款用罗氏线圈变送器(4-20mA/0-10vdc)来测量各种设备在不同频率(10HZ-400HZ)时的电流大小,这样极大的改善了测量不便性,也提高了电流在不同频率下的测量准确性。

关键字:罗氏线圈 低频  宽频  模拟量变送器

0 引言

随着现在科技的不断发展,设备对设计的要求也越来越高,不在满足之前简单粗暴的设计规则,不在满足只要能用就行,而且随着近些年对节能降耗的要求也越来越重视,所有的产品都在走绿色低碳的路线。

在变频控制电机系统中,风机发电系统中,对频率的多样性也越来越多,不在规定只有50/60HZ才能使用,而是为了降低功耗,采用变频(<50hZ)的方式来控制电机的运作,随着负荷的大小来改变频率的大小;发电机随着风力大小,运行需要来控制风机的转速,从而也会产生不同的频率电流(<50hZ)。为了能够很好的监测到在变频状态下能够精准的测量到电流,所以需要设计一款用来监测低频,多频段的产品来满足采集要求。

1、罗氏线圈探头的设计

与常规互感器相比,罗氏线圈不含铁磁性材料,故没有饱和现象,所以能够测量数千A到数十万A的大电流而不饱和,同时线圈的重量轻,线圈柔韧性适合任何形状电极下安装,经过积分变送处理后几乎没有相位误差影响,同时也没有像互感器那要存在二次开路的危险等优点。

罗氏线圈探头

2. 低频多频段变送器各部分功能介绍

设计框图

通过设计框图我们可以看出整个产品主要包括积分电路,计量SOC核心采样电路,整流电路和变送转换电路及供电电路部分组成。

积分电路是配合罗氏线圈来使用,保证整个线圈在不同频段下能够输出不随输入频率的变化而变化,这样才能保证采样的准确性。我们在这里主要讨论频率在10hz-400HZ范围内的电流采样情况。

计量SOC芯片采样电路,主要通过SOC芯片自身的优势,内部能够通过硬件方式来采样和保证在采样过程中保持电流好的精度,通过内部一系列的复杂计算而能够输出高精度的信号,保证后端转换电路能够顺利的把精度还原处理。

整流电路和变送器电路,通过SOC芯片输出一个PWM信号,这个时候就需要将PWM信号转换为可用的直流信号,通过整流滤波电路高精度的转换后送入变送V/I电路,通过变送电路转换后就能得到我们想要的4-20mA或0-10VDC的模拟量信号供PLC或DCS控制系统来采样使用。

供电电路主要负责给整个产品提供电的支持,为了保证整个产品的可靠性和优秀的性能,对供电电路采取了优异的抗干扰,抗浪涌的处理,即使在复杂的环境下也能够保证产品的可靠运行。

3. 低频多频段变送器产品构造和性能测试

3.1 整个产品为了考虑安装的方便性,全部采用端子对接方式,能够保证在每个环境中都能够安装方便,应用自如。

产品整体实物框图

3.2    产品性能测试

从测试数据来看,整个产品频率在10-400HZ都能够保证在不同频率下产品输出的一致性,我们也通过测试发现,就算频率在400HZ-600HZ之间时也能够保证性能控制在2%精度以内。

表格为输入20A,输出5.08mADC的测试数据(4-20mADC)

频率HZ	8	9	10	20	30	40	50	60	70
输出(mADC)	5.06	5.07	5.08	5.10	5.08	5.08	5.08	5.09	5.10
频率HZ	80	90	100	200	400	600	800	1000
输出(mADC)	5.10	5.10	5.10	5.09	5.08	5.06	5.03	5.00

4. 结论

罗氏线圈低频多频段变送器的产品将会在以后的设备改造和新工厂的设备安装中发挥重要的作用,使用的用途非常的广泛,以后不仅会在变频系统、各种发电机系统得到好的应用,在其他风电、水电行业也将得到广泛的使用,从上面的内容看,我们从设备到电路结构上都进行的全面的分析和解释,以后可能还有更好的方式来进行设计,将会在以后的设计或使用中对产品不断的进行完善。最后希望通过这边文章来给同仁们有一个了解和对产品设计有一个更加清晰的思路。

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