現代信息技術的三大支柱是傳感器技術、通信技術和計算機技術,它們分別完成對被測量的信息提取、信息傳輸及信息處理。目前,信息傳輸與處理技術已取得突破性進展,然而傳感器的發展相對滯后。在今天信息時代,各種控制系統自動化程度、復雜性以及環境適應性(如高溫、高速、野外、地下、高空等)要求越來越高,需要獲取的信息量越來越多,它不僅對傳感器測量精度、響應速度、可靠性提出了很高的要求,而且要求信號能遠距離傳輸。顯然,傳統的傳感器已很難滿足要求,發展集成化、微型化、智能化、網絡化傳感器將成為傳感器技術的主流和方向。在電工學里,電流是一個基本的電磁量。測量電流不但本身十分重要,而且其他電磁量和非電量也可以通過變換器轉換成電流,然后進行測量。所以電流測量是電磁測量的基礎。
電流測量的重要性
電流測量在工廠電氣技術管理中有非常重要的地位。我們知道,工廠里面的動力系統大多靠電力提供,最經典的就是電動機,電動機提供功率的大小與電流的大小存在某種對應關系,確定了電流的大小,也就知道了提供的功率,并可以通過功率的數據去判斷:電動機的運轉是否正常、負荷側設備(風機、水泵、攪拌器等)運轉狀態是否正常、電機與負荷的配合是否合理。
工廠里,我們根據電流測量值可以對設備的運行狀態評價、判斷,采取適當的技術措施,以保證動力系統高效率、低成本、長周期的運轉。
● 高效率:就是指在滿足負荷要求前提下,控制成功率提供余量,杜絕電動機與負載設備的不匹配現象,減少浪費。
● 低成本:就是在分析比較各臺電動機的運行電流后,選擇能提供相同生產能力的、運行電流較低的電動機承擔主要生產任務,減少運行成本。
● 長周期:就是根據電流的變化趨勢,判斷設備狀況的發展趨勢,將可能損壞的設備提前、按計劃地停下來修理,維持生產系統的長期穩定運行。
一個完整的測量系統,包括:信息的提取、轉換存儲與傳輸、顯示和記錄、處理和分析等各環節。電流的測量也涉及信息的提取,這個任務是由電流傳感器來完成的。
電流傳感器
電流傳感器可定義為:以一定的精度把某種電流轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的另一種電流的測量裝置。
一提到電流傳感器,首先就想到了電流互感器,這就是我們在工廠里經常應用的一種傳統電流傳感器。電流互感器拾取的電流信號,可以直接通過電流表顯示出來,也可以接入控制、保護設備里,用來控制設備的運行狀態。
電氣測量中使用的
電工儀表從機電式儀表發展到數值式儀表、智能儀表,參數的處理、顯示技術日新月異,而采樣技術,特別是電流傳感器的發展稍顯緩慢。近年來,隨著光電電流傳感器、羅柯夫斯基電流傳感器等現代新型傳感器的出現,預示電流傳感器向小型化、高可靠性、高低壓完全隔離、抗電磁干擾性能好、頻帶寬及無鐵磁飽和的方向發展。
傳統電流傳感器就是指電流互感器,現有的電流互感器檢測,測量電流所使用的互感器,是由一個封閉的鐵心和纏繞在鐵心上的初級線圈及次級線圈所組成,其原理與結構和一般小型變壓器相同。
制造業中電流互感器主要用于其電力系統的繼電器保護和計量、電氣設備的負荷監測控制,對于電流互感器的精度要求不太嚴格,但對其穩定可靠性要求較高,這與制造業連續生產的特點相吻合。
工廠供電系統要求十分穩定可靠,用于繼電保護的電流互感器必須“定性”地反映是否發生故障,如果檢測到的電流超過設定值,繼電保護線路就要可靠地切除故障線路。工廠供電系統的計量對于工廠的成本分析控制有很重要的意義,電流互感器只需要“定性”地反映各設備電力消耗的多少,真正計費的是供電局的計量儀表。
工廠低壓電氣設備上的電流互感器也只需要“定性”地反映各設備負荷的高低,如果負荷高于設定范圍,控制回路必須馬上斷開主回路電源,起到保護設備的目的。有的設備在調整負荷高低時,基本上是根據電流表顯示數據的高低,電流表的電流信號也是通過電流互感器獲得。
在很多智能化程度較高的工廠設備里,電流互感器與電流隔離變換器配合使用, 可為變配電集中監控裝置、D C S 等智能化系統提供過程信號,電流隔離變換器實際上是一個信SSCC號調整電路,它將電流互感器測量的1A或5A電流信號轉換為4-20mA的過程信號。
工廠里面使用的精密電流互感器主要是用于
漏電保護器,由于漏電開關是安裝在電器前面,用來保護電器和人的用電安全的裝置。當由于設備絕緣不良或者人體觸電時,會在互感器的次級線圈中感應出信號,經過處理后,使得電閘跳開,切段電路,保護電器或人身的安全。因此,對于其靈敏度提出了較高的要求。
精密的小
電流傳感器
下面介紹一種精密電流互感器——小電流傳感器,它使用超微晶做鐵芯,采取有源電子電路網絡與副邊繞組直接相連,構成自適應動態調整回路后,可使測量精度有較大幅度的提高,同時保持高穩定度。目前應用于電力系統的電流傳感器多是以電磁耦合為基本工作原理的,從采樣方式上分,這類傳感器主要有直接串入式、鉗式、閉環穿芯式三種。為保證采樣的準確性,使輸出、輸入信號間的比值差和相角差盡量小,研究人員采用的誤差補償方法有:短路有源補償法、純電阻誤差補償法、二次阻抗完全補償法、自平衡電子補償法等。大量的研究實驗表明,基于“零磁通原理”的小電流互感器更適合電力系統絕緣在線檢測的要求,小電流傳感器即使以此為基本原理,加上自適應動態跟蹤電子電路的應用,使小電流傳感器具有高精度、高穩定度、抗干擾能力強的優點。
電力系統絕緣在線檢測系統長期工作在強電磁場環境中,且多為戶外環境。作為其采樣輸入端,小電流傳感器必須能高精度、高穩定性地完成采樣工作。