10+ kV低功耗光电电流互感器的研究

WNSKS

摘要:光电电流互感器目前已成为国内外的研究热点。利用MSP430FI49单片机,设计了低功耗光电电流互感器高压
- ^- e! ]  C1 |: j, L/ c9 R侧电路,详细分析了光电电流互感器的主要特点,并进行了误差分析。给出了高压端低功耗电路的软硬件设计,同时
为达到低功耗采取了相应措施，并详细介绍了程序流程。
  W, E" N* X- g: z
+ Z3 Z8 Q  t. }* l4 `3 Z7 f关键词:电流互感器;光电技术;单片机1低功耗

% H; ?- h0 E5 p( C1引言
( z6 ^1 I% a3 s  Q+ H4 O+ R9 e电流/电压互感器是电力系统重要的测量和保
护设备。随着电力系统的不断发展,电网电压的等
) {8 g1 g" ?$ [% }" r1 c9 S! b级不断提高，传统带铁心的电磁感应式互感器由于
自身结构上的局限,已越来越不能适应电力系统的
$ F$ q1 e: [+ v, e* ?% M要求"。近年来,基于光学和电子学原理的光电式电
流/电压互感器因具有体积小、重量轻、频带响应宽、
无饱和现象等诸多优点，成为传统电磁感应式互感
器的理想替代品,受到了国内外的普遍重视，具有广
. v/ O3 ?8 D/ ^8 d泛的研究前景q。由于光电电流互感器高、低压间无
电联系,可采用电池供电、母线取电激光供电等多
/ Z( t( u+ f  N# Q5 M  t种方式，但无论采用何种供电方式,都要求传感器高
压端功耗尽可能低，因此解决高压侧电路的功耗问
8 E' D! Q# H* j1 k1 L2 p9 S题是一个关键。在此研究了- -种基于超低功耗单片
5 h' m2 V& C" Q* m4 |机MSP430F149的高压端数据采集系统的设计,是
解决该问题的一种有效方法。所研究的光电互感器
高、低压端在电气上完全隔离,安全可靠,主要应用
9 u" `, N. g% W% @2 e2 o于10kV电力系统的计量、测量和保护。
( Z/ C. h6 v0 G9 J2光电互感器工作原理
图1所示光电电流互感器由高压端电路和低
( P/ e* ~( ~, i: `% G3 t" z压端电路两部分组成,通过光纤连接。高压端包括
  F! Z' ^; d3 j( a6 S* jRogowski线圈、信号调理、A/D转换和光电转换电路;
低压端包括电光转换、串并转换和显示接口电路。

任何一个随时间变化的电流在其周围都会产生
一个随时间变化的磁场，如果将Rogowski线圈包围
被测电流i(t),则电流磁场将在线圈的两出线端间感
( p. b9 W% q' C+ c8 w3 x$ X* ]应一个电势e(t),根据电磁感应原理可得e=Mdildt,
0 r( ?: l2 l# A0 F! [* _即线圈输出电压信号是被测电流信号的导数。信号
调理电路的目的是将线圈的输出信号调理成与被测
2 J5 m* m4 u  O/ U电流成比例的同相位电压信号，如图2所示。
0 |8 k4 J5 \) Y& a1 q6 D
# @+ D1 C$ u; o  T5 Y3设计电路结构和原理
  }3 [5 n2 l; `# Z3.1核心芯片 介绍.
0 q) B( R& B6 x2 g5 r0 }微处理器要完成的功能主要包括高精度的数据
6 x" x- x- T' Y# h: Q采集和光纤通信编码,结合考虑高压侧的低功耗问
) B( u8 ~) A/ t题，选用了超低功耗16位微处理器MSP430F149。
: `+ s5 B+ e. t) b5 b9 a其工作电压为1.8~3.6V,内含60 kB FLASH存储空
9 r# X* V  j! Y( j间,片上资源丰富,同时I/0口功能更强,可实现双
9 y% v# d4 @! v向的输入输出,利于与外设接口,减少了设计复杂
度,完全满足设计要求四。
% [  @6 f" ?1 B+ j相同性能下，串行比并行的功耗低得多。，这里的
转换模块选用ADS8325芯片,它不但精度高(16位
( y$ `4 o7 Q! ~: L0 w1 c转换精度)、速率快(可达100 kSPS),且具有较好的
线性和较低的噪声。电源电压2.7~4.5V。功耗非常



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随时间变化的电流在其周围都会产生一个随时间变化的磁场

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