《基于新型电子式电流互感器的多功能电能表的设计》.pdf

第32卷第16期 电力系统自动化 V01．32NO．16 ofElectricPower 2008年8月25日 Aummmion Systems Aug．25，2008 基于新型电子式电流互感器的多功能电能表的设计 吴 涛，周有庆，龚 伟，曹志辉，张雪美 (湖南大学电气与信息工程学院，湖南省长沙市410082) 摘要：电能表用电流互感器的性能直接影响到电能表计量的准确度。针对目前电能表用电磁式电 流互感器易饱和、测量范围较小等问题，提出了一种基于印制电路板(PCB)型电子式电流互感器的 多功能电能表的设计方案。首先对PCB型空心线圈的结构及原理进行了分析，设计了空心线圈与 计量芯片间的接口电路，并通过试验数据表明互感器具有良好的性能，然后详细阐述了以三相高精 度计量芯片ADE7758和高性能、低功耗H8单片机为核心的电能表的硬件设计，在此基础上简要 说明了电能表的软件设计思路。所设计的电能表计量准确度高，功耗低，具有很强的实用性。 关键词：电子式电流互感器；多功能电能表；ADE7758；H8单片机 中图分类号：TM933；TM764 0 引言 回路；二次线圈由4个螺旋线圈串接而成，顶层与底 层同位置的螺旋线圈通过过孔串接。 随着电子技术的发展和用户对用电管理水平要 求的不断提高，多功能电能表得到了迅速的发展，成 为电能计量产品系列中不可缺少的重要组成部 分[1。2]。目前，多功能电能表普遍采用小型电磁式电 流互感器进行电流信号转换。而电磁式电流互感器 带铁芯、易饱和、测量范围较小，且易受外界电磁干 扰。近年来，基于空心线圈的电子式电流互感器的 图1 PCB型空心线圈结构示意图 研制在电力系统中得到了重视。它具有体积小、造 StructuresketchofthePCBairCOlecoil Fig．1 价低；无铁芯，不存在磁饱和和铁磁振荡问题；动态 响应范围大，频率响应宽；抗电磁干扰性能强等优 该PCB型空心线圈没有铁磁材料，不会因被测 点，是未来电流互感器发展的方向[3。5]。 电流大而饱和，具有很好的准确度，且频带宽；采用 本文主要论述了印制电路板(PCB)型空心线圈多个均匀分布的螺旋线圈串接组成，外界干扰磁场 结合电能计量芯片ADE7758在电能计量中的应 在相邻线圈所产生的感应电动势大小相等、方向相 用，并介绍了多功能电能表的硬件框架与软件设计。 反，最终串接相互抵消，起到了对外界干扰磁场无响 应的作用；采用PCB制作，可显著降低成本，制作工 1 电流互感器的设计 艺精细，便于批量生产。 1．1 PCB型空心线圈结构 当一次线圈中通过被测交流电流i(￡)时，2层 为解决现有电磁式电流互感器所存在的测量范 中所有螺旋线圈产生的感应电动势方向都相同，串 围小、抗干扰能力低等问题，电能表采用拥有专利技 接相互叠加，通过二次线圈输出端(9)输出一个与被 术的一种结构简单、准确度高、抗干扰能力强的 测电流相对应的电压信号P(￡)，用公式表示为： PCB型空心线圈。图1为2层PCB的空心线圈结 P(f)一一M氅堕 (1)