三相功率隔離傳感器工作原理簡介

一、概述

本系列產(chǎn)品采用電磁隔離原理、微計(jì)算機(jī)技術(shù)、DSP技術(shù)和專用厚膜集成電路，對電網(wǎng)上的有功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，將其變換為標(biāo)準(zhǔn)的直流電壓輸出(V_Z)或0～20mA直流電流(I_Z)輸出。傳感器輸出可以直接與各型A/D配接，構(gòu)成數(shù)據(jù)集中采集系統(tǒng)，也可以與傳統(tǒng)的模擬式、數(shù)字式指示儀表配接，顯示被測量之值。

與傳統(tǒng)電測器具相比，本系列產(chǎn)品具有體積小、精度高、動(dòng)態(tài)性能好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

二、產(chǎn)品特點(diǎn)

1. 體積小、重量輕、精度高、功耗低，線性范圍寬；

2. 采用DSP技術(shù)和專業(yè)計(jì)算軟件，高速處理采樣數(shù)據(jù)，保證輸出數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。

3. 自帶看門狗，抗干擾能力強(qiáng)。

4. 電壓輸入電路、電流輸入電路與輸出電路3方隔離，輸出信號(hào)可以共地。

5. 輸出形式多樣，滿足各種使用要求；

6. 既有用于單相電路的產(chǎn)品，也有用于3相電路的產(chǎn)品；

7. 溫度范圍寬，提供商業(yè)級(jí)、工業(yè)級(jí)產(chǎn)品，部分型號(hào)提供軍用級(jí)產(chǎn)品；

8. 結(jié)構(gòu)形式多樣，端子接線方式，DIN卡式安裝，現(xiàn)場使用方便。

三、主要技術(shù)指標(biāo)

1. 準(zhǔn)確度等級(jí)：0.5；

2. 線性范圍: 電壓輸入：（20～120）%標(biāo)稱輸入值；

電流輸入：（1～120）%標(biāo)稱輸入值；

功率因數(shù)： 0.1(滯后)～1～0.1(超前)；

3. 響應(yīng)時(shí)間: ≤300mS；

4 負(fù)載能力: 電壓輸出型≥5mA，

電流輸出型≥6V；

5. 輔助電源: +12V/+24V；

6. 靜態(tài)電流: ≤35mA；

7. 隔離電壓: ≥2500V DC；

8. 輸入過載能力: 2倍標(biāo)稱輸入電壓，持續(xù)1ｓ，間隔10ｓ，重復(fù)10次不擊穿；

10倍標(biāo)稱輸入電流，持續(xù)1ｓ，間隔300ｓ，重復(fù)5次不擊穿；

9. 環(huán)境溫度：商業(yè)級(jí)：0℃～+50℃，

工業(yè)級(jí)：-25℃～+70℃；

10. 額定輸入: 電流輸入：1A～5A，50Hz；

電壓輸入：100V～500V，50Hz；

11. 輸出標(biāo)稱值：

直流電壓輸出：0～5V，0～10V，2.5V±2.5V；

直流電流輸出：0～20mA，4mA～20mA，12mA±8mA。

四 工作原理

傳感器主要由三相隔離采樣電路、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、DSP器件、D/A轉(zhuǎn)換器、定標(biāo)放大器和專用厚膜集成V/I轉(zhuǎn)換器組成。

三相交流輸入信號(hào)經(jīng)三相隔離采樣電路后，形成三相電流、三相電壓信號(hào)的共地跟蹤電壓信號(hào)，在單片機(jī)控制下由A/D轉(zhuǎn)換器對其進(jìn)行多點(diǎn)同步采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)由DSP器件按電工原理計(jì)算出被測信號(hào)的三相有功功率（數(shù)字量），再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器把代表三相功率的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬量，由定標(biāo)放大器放大、定標(biāo)后，形成直流電壓輸出V_Z；V_Z輸出經(jīng)專用厚膜集成V/I變換器后形成0～20mA或4～20mA直流電流輸出I_Z。

本系列產(chǎn)品的關(guān)鍵是計(jì)算機(jī)軟件和運(yùn)行速度。為了保證功率測量的真實(shí)性，必須保證各路電壓、電流信號(hào)同時(shí)被采樣；為了保證功率測量的準(zhǔn)確性，必須保證在一個(gè)正弦波時(shí)間間隔內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)足夠多（一般來說采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)大于20）。采樣點(diǎn)數(shù)多、數(shù)據(jù)量大，就對計(jì)算速度提出了高的要求，必須保證計(jì)算程序在一個(gè)正弦波周期內(nèi)完成全部運(yùn)算。

在計(jì)算機(jī)軟件控制下，傳感器可以直接輸出測得的功率數(shù)據(jù)，

三相三線電路：P＝UAB×IA×COSφ＋UBC×IB×COSφ

三相四線電路：P＝UA×IA×COSφ＋UB×IB×COSφ＋UC×IC×COSφ

這時(shí)輸出信號(hào)是帶方向的，比如WBP311P71 2.5V±2.5V直流電壓輸出的傳感器。當(dāng)功率輸入為0時(shí)，傳感器功率輸出值為2.5V；當(dāng)三相電流正向流動(dòng)時(shí)，傳感器功率輸出值從2.5V基礎(chǔ)上增加，輸入達(dá)額定值時(shí)，功率輸出值為5V；當(dāng)三相電流反向流動(dòng)時(shí)，功率輸出值從2.5V基礎(chǔ)上減少，輸入達(dá)額定值時(shí)，功率輸出值為0V。

在計(jì)算機(jī)軟件控制下，傳感器可以輸出測得的功率數(shù)據(jù)的絕對值，

三相三線電路：P＝│UAB×IA×COSφ＋UBC×IB×COSφ│

三相四線電路：P＝│UA×IA×COSφ＋UB×IB×COSφ＋UC×IC×COSφ│

這時(shí)輸出信號(hào)是不帶方向的，比如WBP312P71 0～5V直流電壓輸出的傳感器。當(dāng)功率輸入為0時(shí)，傳感器功率輸出值為0V；當(dāng)三相電流同時(shí)改變方向時(shí)，傳感器的功率輸出值保持不變。

厚膜集成V/I轉(zhuǎn)換器是我公司配套開發(fā)的專用器件，它把直流電壓信號(hào)變換為0～20mA直流電流輸出。配加高穩(wěn)定的偏置電路后，可以形成4mA～20mA輸出。

五 傳感器的安裝與接口

本系列產(chǎn)品均采用便于現(xiàn)場使用的端子接線、卡裝方式（P型結(jié)構(gòu)）。三相電流均采用穿心輸入方式，三相電壓均采用接線輸入方式。當(dāng)被測電流大于30A時(shí)，采用外置互感器配合測量。

六 傳感器輸入輸出特性曲線

1 WBP311P71 2.5V±2.5V直流電壓輸出

2 WBP312P71 0～5V直流電壓輸出