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近年來(lái)，隨著現(xiàn)代高壓、超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的建立，電力系統(tǒng)正朝著大容量、高壓大電流方向開展，而用于電流丈量的傳統(tǒng)的電磁式電流互感器已無(wú)法滿足其請(qǐng)求，在大電流下死心磁路下易飽和，對(duì)丈量結(jié)果產(chǎn)生較大的誤差。而羅氏線圈互感器，具有丈量范圍寬、精度高、無(wú)磁飽和、體積小等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸取代傳統(tǒng)的電磁式電流互感器，在電力系統(tǒng)中具有寬廣的應(yīng)用前景。

下面prbtek介紹基于羅氏線圈的電流變送器的設(shè)計(jì)，對(duì)電網(wǎng)中的大交流電流停止實(shí)時(shí)丈量，該變送器采用XTR115芯片將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換電流信號(hào)，輸出DC4～20mA電流信號(hào)。

工作原理及設(shè)計(jì)

羅氏線圈是將導(dǎo)線平均的密繞在環(huán)形截面非磁性骨架上而構(gòu)成的空心電感線圈，采用羅氏線圈作為電網(wǎng)中電流丈量的傳感頭，讓通有大電流的導(dǎo)線垂直穿過(guò)線圈的中心，產(chǎn)生電磁感應(yīng)，從而感應(yīng)出被測(cè)電流大小的電壓信號(hào)。將羅氏線圈產(chǎn)生的電壓信號(hào)接入到信號(hào)調(diào)理模塊上，停止信號(hào)處置，輸收工業(yè)規(guī)范信號(hào)DC4-20mA?？蚣軋D如圖1所示。

基于羅氏線圈的電流變送器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

信號(hào)調(diào)理電路

信號(hào)調(diào)理電路完成對(duì)輸入信號(hào)的隔離輸入，包括信號(hào)濾波、整流電路以及信號(hào)積分電路。該電路主要是對(duì)羅氏線圈感應(yīng)輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)RC濾波，再經(jīng)過(guò)電阻分壓后接入到采用雙電源運(yùn)放芯片的輸入腳上，采用運(yùn)算放大器構(gòu)成近似積分器，合理選擇選擇器件參數(shù)，可以保證傳感器的丈量靈活度、精度和信號(hào)響應(yīng)帶寬。

真有效值轉(zhuǎn)換電路

真有效值轉(zhuǎn)換電路完成電路中AC/DC真有效值轉(zhuǎn)換，將輸入的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)真有效值芯片轉(zhuǎn)化為真有效值的直流電壓，可以準(zhǔn)確丈量各種電壓波形的有效值，而不用思索被測(cè)波形的參數(shù)以及失真。如圖2所示：電路中，Ui信號(hào)經(jīng)過(guò)電容C5隔直后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干擾，采用雙電源工作方式，滿足真有效值的工作請(qǐng)求。

基于羅氏線圈的電流變送器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

放大電路

放大電路的作用是將真有效值轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)RC濾波電路后停止恰當(dāng)?shù)姆糯螅捎眠\(yùn)放芯片，在滿足零點(diǎn)輸出功耗請(qǐng)求的同時(shí)，調(diào)理電路中的放大參數(shù)，使電路輸出能到達(dá)滿度額定值。

信號(hào)輸出電路

信號(hào)輸出電路主要采用TI公司消費(fèi)的精細(xì)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(yōu)點(diǎn)，內(nèi)部產(chǎn)生2.5V基準(zhǔn)電壓，且內(nèi)部帶有+5V的精細(xì)穩(wěn)壓器，能夠給外部電路(例如電路中的放大器)單獨(dú)供電，從而簡(jiǎn)化了外部電源的設(shè)計(jì)，如圖3所示電路。

采用XTR115芯片設(shè)計(jì)，要嚴(yán)厲控制電流的功耗，保證該變送器本身耗電(包括傳感器在內(nèi)的全部電路)不大于3.5mA，在XTR115前置調(diào)零電路，作為變送器的零點(diǎn)調(diào)理，使變送器保證零點(diǎn)輸出4mA。

抗干擾措施

電流變送器運(yùn)用電流信號(hào)作為傳輸信號(hào)，有較高的抗干擾才能，但由于傳輸間隔較遠(yuǎn)，加上工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜性，在設(shè)計(jì)上還要思索電氣隔離，抗干擾措施。

羅氏線圈變送器采用電源隔離模塊，降低紋波干擾，進(jìn)步系統(tǒng)牢靠性，與此同時(shí)，在電源輸入端串入一只二極管，停止反極性維護(hù)；線路板設(shè)計(jì)時(shí)留意電子器件的規(guī)劃布線，以減少干擾信號(hào)。

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