趙斌

 (安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 214405)

摘要：論文介紹了基於羅氏線圈（Rogowski）的電流變送器的原理和硬件設計
，以及該產品的主要應用。

關鍵字：羅氏線圈（Rogowski） 電流變送器  應用   XTR115芯片

1．引言

    近年來，隨著現代高壓、超高壓輸電網絡的建設，電力係統正朝著大容量、gaoyadadianliufangxiangfazhan，eryongyudianliuceliangdechuantongdediancishidianliuhuganqiyiwufamanzuqiyaoqiu
，zaidadianliuxiatiexinciluxiayibaohe
，duiceliangjieguochanshengjiaodadewucha。erluoshixianquanhuganqi
，juyouceliangfanweikuan
、精度高
、無磁飽和、體積小等優點，正逐步取代傳統的電磁式電流互感器
，在電力係統中具有廣闊的應用前景。

    本文介紹一種基於羅氏線圈的電流變送器的設計，對電網中的大交流電流進行實時測量，該變送器采用XTR115芯片將羅氏線圈產生的電壓信號轉換電流信號，輸出DC 4～20mA電流信號。

2．工作原理及設計

    羅(luo)氏(shi)線(xian)圈(quan)是(shi)將(jiang)導(dao)線(xian)均(jun)勻(yun)的(de)密(mi)繞(rao)在(zai)環(huan)形(xing)截(jie)麵(mian)非(fei)磁(ci)性(xing)骨(gu)架(jia)上(shang)而(er)形(xing)成(cheng)的(de)空(kong)心(xin)電(dian)感(gan)線(xian)圈(quan)，采(cai)用(yong)羅(luo)氏(shi)線(xian)圈(quan)作(zuo)為(wei)電(dian)網(wang)中(zhong)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)的(de)傳(chuan)感(gan)頭(tou)，讓(rang)通(tong)有(you)大(da)電(dian)流(liu)的(de)導(dao)線(xian)垂(chui)直(zhi)穿(chuan)過(guo)線(xian)圈(quan)的(de)中(zhong)心(xin)
，產(chan)生(sheng)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)
，從(cong)而(er)感(gan)應(ying)出(chu)被(bei)測(ce)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)。將(jiang)羅(luo)氏(shi)線(xian)圈(quan)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)接(jie)入(ru)到(dao)信(xin)號(hao)調(tiao)理(li)模(mo)塊(kuai)上(shang)
，進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)，最(zui)後(hou)輸(shu)出(chu)工(gong)業(ye)標(biao)準(zhun)信(xin)號(hao)DC4-20mA。電路設計框架圖如圖1所示。

2.1信號調理電路

    信號調理電路實現對輸入信號的隔離輸入，包括信號濾波、整流電路以及信號積分電路。該電路主要是對羅氏線圈感應輸出的電壓信號通過RClvbo
，zaijingguodianzufenyahoujierudaocaiyongshuangdianyuanyunfangxinpiandeshurujiaoshang，caiyongyunsuanfangdaqigouchengjinsijifenqi
，helixuanzexuanzeqijiancanshu
，nenggoubaozhengchuanganqidecelianglingmindu、精度和信號響應帶寬。

2.2真有效值轉換電路

    真有效值轉換電路實現電路中AC/DC真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)轉(zhuan)換(huan)
，將(jiang)輸(shu)入(ru)的(de)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)通(tong)過(guo)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)芯(xin)片(pian)轉(zhuan)化(hua)為(wei)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)的(de)直(zhi)流(liu)電(dian)壓(ya)

，能(neng)夠(gou)精(jing)確(que)測(ce)量(liang)各(ge)種(zhong)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)的(de)有(you)效(xiao)值(zhi)

，而(er)不(bu)必(bi)考(kao)慮(lv)被(bei)測(ce)波(bo)形(xing)的(de)參(can)數(shu)以(yi)及(ji)失(shi)真(zhen)。如(ru)圖(tu)2所示：電路中
，Ui信號經過電容C5隔直後輸入到真有效值芯片中

，其中電容C8，C9的作用是濾掉該電路中的高頻幹擾
，采用雙電源工作方式

，滿足真有效值的工作要求。

圖2

2.3放大電路

    放大電路的作用是將真有效值轉換電路輸出的電壓信號經過RC濾lv波bo電dian路lu後hou進jin行xing適shi當dang的de放fang大da，采cai用yong運yun放fang芯xin片pian，在zai滿man足zu零ling點dian輸shu出chu功gong耗hao要yao求qiu的de同tong時shi

，調tiao節jie電dian路lu中zhong的de放fang大da參can數shu
，使shi電dian路lu最zui後hou輸shu出chu能neng達da到dao滿man度du額e定ding值zhi。

2.4信號輸出電路

    信號輸出電路主要采用TI公司生產的精密電流變送芯片XTR115
，其具有精度高，芯片功耗小以及非線性誤差小等優點，內部產生2.5V基準電壓
，且內部帶有+5V的精密穩壓器
，可以給外部電路（例如電路中的放大器）單獨供電，從而簡化了外部電源的設計，如圖3所示電路。

    采用XTR115芯片設計
，要嚴格控製電流的功耗，保證該變送器自身耗電(包括傳感器在內的全部電路)不大於3.5mA，在XTR115前置調零電路，作為變送器的零點調節
，使變送器保證零點輸出4mA。

圖3

3、抗幹擾措施

    電(dian)流(liu)變(bian)送(song)器(qi)使(shi)用(yong)電(dian)流(liu)信(xin)號(hao)作(zuo)為(wei)傳(chuan)輸(shu)信(xin)號(hao)

，有(you)較(jiao)高(gao)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)，但(dan)由(you)於(yu)傳(chuan)輸(shu)距(ju)離(li)較(jiao)遠(yuan)

，加(jia)上(shang)工(gong)業(ye)現(xian)場(chang)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)，在(zai)設(she)計(ji)上(shang)還(hai)要(yao)考(kao)慮(lv)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)
，抗(kang)幹(gan)擾(rao)措(cuo)施(shi)。

    本(ben)文(wen)所(suo)設(she)計(ji)的(de)羅(luo)氏(shi)線(xian)圈(quan)變(bian)送(song)器(qi)采(cai)用(yong)電(dian)源(yuan)隔(ge)離(li)模(mo)塊(kuai)
，降(jiang)低(di)紋(wen)波(bo)幹(gan)擾(rao)，提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)可(ke)靠(kao)性(xing)，與(yu)此(ci)同(tong)時(shi)，在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)串(chuan)入(ru)一(yi)隻(zhi)二(er)極(ji)管(guan)，進(jin)行(xing)反(fan)極(ji)性(xing)保(bao)護(hu)；線路板設計時注意電子器件的布局布線，以減少幹擾信號。

4、產品介紹

   安科瑞生產的BR係列羅氏線圈電流變送器嚴格按照GB/T 13850-1998《交流電量轉化為模擬量或數字信號的電測量變送器》設(she)計(ji)

，采(cai)用(yong)電(dian)磁(ci)感(gan)應(ying)原(yuan)理(li)，對(dui)電(dian)網(wang)中(zhong)的(de)交(jiao)流(liu)大(da)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)實(shi)時(shi)測(ce)量(liang)，采(cai)用(yong)真(zhen)有(you)效(xiao)值(zhi)和(he)線(xian)性(xing)補(bu)償(chang)技(ji)術(shu)
，將(jiang)其(qi)隔(ge)離(li)變(bian)換(huan)為(wei)標(biao)準(zhun)的(de)直(zhi)流(liu)信(xin)號(hao)輸(shu)出(chu)。DC24V安全電壓供電，具有高精度、高隔離、高安全性、低功耗等特點，可廣泛用於冶金、電鍍、焊接等領域。

 4.1 產品選型

    BR-AI羅氏線圈電流變送器
      

    根據輸入電流範圍選擇不同規格的線圈長度（注：可根據客戶需要另行定製）。

4.2 技術指標

4.3 報價方案

5
、應用

    本產品可以直接將被測主回路交流電流轉換成按線性比例輸出的DC 4～20mA（通過250Ω 電阻轉換DC 1～5V）恒流環標準信號，連續輸送到接收裝置（計算機或顯示儀表）。本產品可測輸入信號範圍廣，最大輸入信號可達AC20000A
，具有極佳的瞬態跟蹤能力，可以用於測量尺寸很大或形狀不規則的導體電流。可廣泛用於冶金、電鍍、焊接等傳統測量電流的CT無法正常使用的大電流檢測領域。

6、結束語

    本文所設計的羅氏線圈變送器結構緊湊、性能穩定、測量精度高、輸出信號線性度好

、調試及標定方便
、安裝方便、產品一致性好。基於以上特點
，這種應用電流環變送技術的羅氏線圈變送器在冶金
、電鍍、焊接等領域具有非常廣泛的前景

，將大電流轉換為小電流，減小了操作人員工作的危險性
；它能夠有效解決生產設備的實時監測與監控問題，提高生產設備運行的智能性
，減少電力改造的成本。

參考文獻：

作者簡介：趙斌，男
，本科，安科瑞電氣股份有限公司

，主要研究方向為電量傳感器設計，手機：，座機：，QQ:2880157852,E-mail: