一种三相交流传感器的制作方法

1.本发明涉及供电设备传感器技术领域，具体涉及一种三相交流传感器。


背景技术：

2.三相供电系统，指由三个频率相同、振幅相等、相位依次互差120
°
的交流电势组成的电源，其电压通常为380v。作为现代工业的重要组成部分，三相供电电路中的相关设备在工业领域具有极高的应用价值和极为广泛的应用场景。由于三相供电常用于工业生产过程中，因此在三相供电系统中，供电设备的损耗参数显得尤为重要。通过对供电设备进行管理进而降低损耗能够创造极高的经济价值。
3.现有技术中，为实现对供电设备的精细化管理，已存在有相应的监控设备，如适用于三相电的电压传感器等。但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中针对于三相电的零序电流的相关数据采集往往依赖于软件程序来实现，比如，某供应商提供了一种三相电传感器，其通过分别检测各项中的零序电流的参数并通过软件计算以输出零序电流的相关参数。上述现有技术虽然能够在一定程度上实现对零序电流的检测，但因其依赖于软件程序实现，可靠性和准确度较差，设备耗电较高，不能很好地满足用户的需求。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种三相交流传感器。
5.具体技术方案如下：
6.一种三相交流传感器，适用于一三相配电设备，包括第一传感器、第二传感器和第三传感器；
7.所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器采用一相同的传感器模块形成；
8.所述传感器模块的进线端子连接一供电相的进线端，所述传感器模块的出线端子连接所述供电相的出线端，所述传感器模块根据所述供电相生成电压信号、电流信号和零序电流分量；
9.所述零序电流分量包括对应于所述供电相的第一零序电流分量、第二零序电流分量和第三零序电流分量；
10.所述三相交流传感器还包括零序电流感测电路，所述零序电流感测电路连接所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器以接收所述第一零序电流分量、所述第二零序电流分量和所述第三零序电流分量；
11.所述零序电流感测电路根据所述第一零序电流分量、所述第二零序电流分量和第三零序电流分量生成零序电流信号。
12.优选地，所述传感器模块还包括：
13.灭弧室，所述灭弧室的输入端连接所述进线端子，所述灭弧室的输出端连接所述出线端子；
14.进线传感器组，所述进线传感器组的感测端连接所述进线端子，所述进线传感器组根据所述进线端子上的流经电流生成进线电压信号；
15.出线传感器组，所述出线传感器组的感测端连接所述出线端子，所述出线传感器组根据所述出线端子上的所述流经电流生成出线电压信号与出线电流信号。
16.优选地，所述灭弧室的输入端指向上方与所述进线端子固定连接；
17.所述进线端子为长条状金属，所述进线端子的长轴沿竖直方向设置在所述传感器模块的顶部；
18.所述灭弧室的输入端连接有一进线导电杆，所述进线导电杆的另一端连接所述进线传感器组的感测端；
19.所述灭弧室的输出端通过一导线连接所述出线端子的输入端。
20.优选地，所述进线传感器组包括：
21.第一进线电容，所述第一进线电容的第一端连接所述进线传感器组的感测端；第二进线电容，所述第二进线电容的第一端连接所述第一进线电容的第二端，所述第二进线电容的第二端连接至所述三相配电设备的零线；
22.所述第二进线电容的第一端和第二端分别连接至一电压感测电路；
23.所述电压感测电路生成所述进线电压信号。
24.优选地，所述出线传感器的感测端包括零序感测线圈和相序感测线圈；
25.所述零序感测线圈环绕所述出线端子，所述零序感测线圈的第一端和第二端分别连接至所述零序电流感测电路以向所述零序电流感测电路输出所述零序电流分量；
26.所述相序感测线圈环绕所述出线端子，所述相序感测线圈的第一端和第二端分别连接至相序电流感测电路；
27.所述相序感测线圈的所述第一端连接至一感测电阻的第一端，所述相序感测线圈的所述第二端连接至所述感测电阻的第二端；
28.所述感测电阻的所述第一端和所述第二端连接至一出线电压感测电路；
29.所述出线电压感测电路生成所述出线电压信号。
30.优选地，所述零序感测线圈和所述相序感测线圈相邻并排组成一感测线圈组，所述感测线圈组环绕于所述出线端子设置；
31.所述感测线圈组沿所述出线端子的长轴方向的前方设置有一第一均压环，所述感测线圈组沿所述出线端子的长轴方向的后方设置有一第二均压环；
32.所述传感器具有一外壳；
33.所述感测线圈组通过一支架与所述外壳连接固定。
34.优选地，所述进线传感器组还包括：零序电压感测电容，所述零序电压感测电容的第一端连接所述进线端子；
35.所述零序电压感测电容的第二端连接一零序电压合成电容的输入端；
36.所述零序电压合成电容的输入端分别连接所述第一传感器中的所述零序电压感测电容、所述第二传感器中的所述零序电压感测电容和所述第三传感器中的所述零序电压感测电容；
37.所述零序电压感测电容的所述输入端和所述输出端连接一电压识别电路；
38.所述电压识别电路生成一零序电压信号。
39.优选地，所述零序感测电路包括电流分量合成电路和电流信号输出电路；
40.所述电流分量合成电路的输入端分别连接所述第一传感器的零序感测线圈的第一端和第二端、所述第二传感器的零序感测线圈的第一端和第二端以及所述第三传感器的零序感测线圈的第一端和第二端；
41.所述电流分量合成电路的输出端连接所述电流信号输出电路，所述电流信号输出电路生成所述零序电流信号。
42.优选地，所述三相供电设备的第一供电相的输入端和第三供电相输出端分别连接有一取电装置，所述取电装置包括一取电电路，所述取电电路包括：
43.滤波整流模块，所述滤波整流模块连接所述取电装置的输入端；
44.输出模块，所述输出模块的输入端连接所述滤波整流模块的输出端，所述输出模块的输出端连接一外部的用电器；
45.反馈控制模块，所述反馈控制模块的反馈端连接所述输出模块，所述反馈控制模块的控制端连接所述滤波整流模块的输出端，所述反馈控制模块的接地端接地。
46.上述技术方案具有如下优点或有益效果：通过硬件电路实现对零序电流于各相中的分量的合成并进行直接读出，避免了现有技术中依赖于软件程序进行合成准确度较差、稳定性不好且需要额外增设相应的处理设备的问题。
附图说明
47.参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
48.图1为本发明实施例的正视图；
49.图2为本发明实施例中传感器模块的剖视图；
50.图3为本发明实施例中零序电流合成原理示意图；
51.图4为本发明实施例中零序电流感测电路示意图；
52.图5为本发明实施例中电压感测电路示意图；
53.图6为本发明实施例中线圈感测电压原理示意图；
54.图7为本发明实施例中取电装置示意图。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
57.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
58.本发明包括：
59.一种三相交流传感器，如图1所示，适用于一三相配电设备，包括第一传感器a、第二传感器b和第三传感器c；
60.第一传感器a、第二传感器b和第三传感器c采用一相同的传感器模块形成；
61.如图2所示，传感器模块的进线端子16连接一供电相的进线端，传感器模块的出线端子6连接供电相的出线端，传感器模块根据供电相生成电压信号、电流信号和零序电流分量；
62.零序电流分量包括对应于供电相的第一零序电流分量、第二零序电流分量和第三零序电流分量；
63.如图3所示，三相交流传感器还包括零序电流感测电路d，零序电流感测电路d连接第一传感器a、第二传感器b和第三传感器c以接收第一零序电流分量、第二零序电流分量和第三零序电流分量；
64.零序电流感测电路d根据第一零序电流分量、第二零序电流分量和第三零序电流分量生成零序电流信号。
65.在一种较优的实施例中，零序感测电路包括电流分量合成电路和电流信号输出电路；
66.电流分量合成电路的输入端分别连接第一传感器的零序感测线圈的第一端和第二端、第二传感器的零序感测线圈的第一端和第二端以及第三传感器的零序感测线圈的第一端和第二端；
67.电流分量合成电路的输出端连接电流信号输出电路，电流信号输出电路生成零序电流信号。
68.具体地，如图4所示，针对现有技术中零序电流依赖于软件程序计算得出，准确度较低的问题，本发明通过设置如图4所示的零序电流感测电路实现了在硬件电路层面对零序电流的合成。其中，ia、ib和ic分别表明对应的供电相，an1、bn1和cn1均为设置在传感器模块中用于感测供电相ia、ib或ic上的电流的零序感测线圈，通过感测供电相上的电流以输出第一零序电流分量、第二零序电流分量和第三零序电流分量。随后通过电路对电流分量进行合成以生成零序电流，并与电阻r4并联设置，电阻r4的两端连接一电流感测电路以实现对零序电流的数值的直接读出。电流感测电路可以通过现有技术实现在此不作限定。
69.进一步地，为实现对供电相ia、ib和ic上单相电流的直接读出，在一实施例中还设置有如图4中所示的相互独立的相序电流感测线圈as1、bs1和cs1，其中相序电流感测线圈as1的两端连接电阻r1、相序电流感测线圈bs1的两端连接电阻r2、相序电流感测线圈cs1的两端连接电阻r3。电阻r1、电阻r2和电阻r3的两端均分别连接有一电流感测电路以实现对相序电流的读出。
70.在一种较优的实施例中，如图2所示，传感器模块还包括：
71.灭弧室1，灭弧室1的输入端连接进线端子16，灭弧室的输出端连接出线端子6，用于在外部开关的控制下控制电路导通；
72.进线传感器组17，进线传感器组17的感测端连接进线端子16，进线传感器组17根据进线端子16上的流经电流生成进线电压信号；
73.出线传感器组18，出线传感器组18的感测端连接出线端子6，出线传感器组根据出线端子6上的流经电流生成出线电压信号与出线电流信号。
74.具体地，针对现有技术中的传感器通常仅能够单独感测进线信息或出线信息的问题，本实施例通过在同一传感器模块中设置进线传感器组17和出线传感器组18实现了对供
电相中进线信息和出线信息的同时读出。
75.在一种较优的实施例中，灭弧室1的输入端指向上方与进线端子6固定连接；
76.进线端子6为长条状金属，进线端子6的长轴沿竖直方向设置在传感器模块的顶部；
77.灭弧室1的输入端连接有一进线导电杆11，进线导电杆11的另一端连接进线传感器组17的感测端；
78.灭弧室的输出端通过一导线13连接出线端子的输入端。
79.在一种较优的实施例中，进线传感器组17包括：
80.第一进线电容12，第一进线电容12的第一端连接进线传感器组17的感测端；
81.第二进线电容14，第二进线电容的第一端连接第一进线电容12的第二端，第二进线电容14的第二端连接至三相配电设备的零线n；
82.第二进线电容14的第一端和第二端分别连接至一电压感测电路；
83.电压感测电路生成进线电压信号。
84.在一种较优的实施例中，进线传感器组还包括：零序电压感测电容，零序电压感测电容的第一端连接进线端子；
85.零序电压感测电容的第二端连接一零序电压合成电容的输入端；
86.零序电压合成电容的输入端分别连接第一传感器中的零序电压感测电容、第二传感器中的零序电压感测电容和第三传感器中的零序电压感测电容；
87.零序电压合成电容的输入端和输出端连接一电压识别电路；
88.电压识别电路生成一零序电压信号。
89.具体地，如图5所示，针对现有技术中零序电压的读出依赖于软件程序，读数较为不准确的问题，本实施例通过设置对应于供电相的电压合成电路实现了对各供电相a、b、c上电压及零序电压的直接读出。其中，针对零序电压，本实施例通过设置了零序电压感测电容ca2、cb2和cc2自供电相a、b和c中分别获取相应的电压，随后通过零序电压合成电容cn实现了对零序电压的合成，并通过零序电压合成电容cn连接的一电压感测电路实现对零序电压的读出。
90.而对于相序电压，本实施例则选择了在供电相中设置对应的包括有第一进线电容1ca1、1cb1、1cc1和第二进线电容1ca、1cb、1cc的进线电容组和包括有第一出线电容2ca1、2cb1、2cc1和第二出线电容2ca、2cb、2cc的出线电容组。通过设置一二级电容实现了对高压输电设备的一次高电压转换成二次低压，随后通过相互独立的电压感测电路对第二进线电容1ca、1cb、1cc和第二出线电容2ca、2cb、2cc上的电压进行读出，提高了传感器模块的安全性。
91.进一步地，为提高电压示数的准确性，零序电压感测电容ca2、cb2和cc2、第二进线电容1ca、1cb、1cc和第二出线电容2ca、2cb、2cc共零线。
92.在一种较优的实施例中，出线传感器组18的感测端包括零序感测线圈4和相序感测线圈3；
93.零序感测线圈4环绕出线端子6，零序感测线圈4的第一端和第二端分别连接至零序电流感测电路以向零序电流感测电路输出零序电流分量；
94.相序感测线圈3环绕出线端子6，相序感测线圈3的第一端和第二端分别连接至相
序电流感测电路；
95.相序感测线圈3的第一端连接至一感测电阻9的第一端，相序感测线圈的第二端连接至感测电阻9的第二端；
96.感测电阻9的第一端和第二端连接至一出线电压感测电路；
97.出线电压感测电路生成出线电压信号。
98.具体地，针对现有技术中通过电容电路对电压进行读出，体积较大的问题，本实施例中通过相序感测线圈3实现了对相序电流和相序电压的同时读出。具体地，如图6所示，通过在线圈两端连接集成器件ra输出一电压信号，二次电流i2在集成元件ra上产生的电压降us，其幅值正比于一次电流且同相位。基于上述原理实现了通过线圈和感测电阻对电压的读出。
99.在一种较优的实施例中，零序感测线圈4和相序感测线圈3相邻并排组成一感测线圈组，感测线圈组环绕于出线端子6设置；
100.感测线圈组沿出线端子6的长轴方向的前方设置有一第一均压环7，感测线圈组沿出线端子的长轴方向的后方设置有一第二均压环5；
101.传感器具有一外壳2；
102.感测线圈组通过一支架8与外壳2连接固定。
103.具体地，针对现有技术中高压输电设备存在有局部放电现象的问题，本实施例中通过设置外壳2、第一均压环7和第二均压环5实现了更低的局部放电量。其中，第一均压环7和第二均压环5在通电时起屏蔽作用，形成一连续曲面回路对该区域的场强进行分散，以降低局部放电量。在实施过程中，外壳2为环氧树脂整体压铸成型，感测电容优选为聚丙烯电容。通过电容材料与外壳2的结构的一致性，降低了分布电容，进而使得输出电压的相位差较小，进一步保证了传感器模块在—40℃至 70℃工作时，传感器模块的误差范围几乎不变。同时，外壳上还设置有航空接头10与外部dtu/ftu设备连接以实现电压、电流数据的输出，并通过电源模块15进行供电。
104.本实施例可实现的性能指标如下：
105.1.环境温度：-40℃∽ 70℃。
106.2.海拔高度：不超过under 3000m。
107.3.环境空气中无明显灰尘、烟、腐蚀性气体、蒸汽或盐等污秽.。
108.4.相对湿度：24h内测得的相对湿度平均值不得超过95％。
109.5.传感器模块允许在1.2倍的额定电流与电压下长期运行。
110.在一种较优的实施例中，三相供电设备的第一供电相的输入端和第三供电相输出端分别连接有一取电装置，取电装置包括一取电电路，如图7所示，取电电路包括：
111.滤波整流模块a1，滤波整流模块a1连接取电装置的输入端；
112.输出模块a2，输出模块a2的输入端连接滤波整流模块的输出端，输出模块的输出端连接一外部的用电器；
113.反馈控制模块a3，反馈控制模块a3的反馈端连接输出模块a2，反馈控制模块的控制端连接滤波整流模块a1的输出端，反馈控制模块a3的接地端接地。
114.具体地，滤波整流模块a1包括：第一滤波电容c17，第一滤波电容c17的第一端连接取电装置，第一滤波电容c17的第二端通过第二滤波电容c16接地；第一滤波电容的第二端
还连接有第一滤波线圈l2的第一输入端，第一滤波线圈l2的第二输入端接地。第一滤波线圈l2的第一输出端和第二输出端之间连接有第三滤波电容c1，第一滤波线圈l2的第一输出端和第二输出端还连接有第二滤波线圈l1的第一输入端和第二输入端。第二滤波线圈l1的第一输出端通过第一滤波电阻r1和第四滤波电容c4连接至滤波整流模块a1的输出端。记第一滤波电阻r1和第四滤波电容c4的连接处为第一节点。第一节点通过一组串联的电容连接至第二滤波线圈l1的第二输出端；第一节点还通过一全桥整流电路连接至第二滤波线圈l1的第二输出端。第二滤波线圈l1的第二输出端还通过第五滤波电容c5连接至滤波整流模块的输出端。第五滤波电容c5与滤波整流模块的输出端的连接处通过第六滤波电容c6接地。滤波整流模块的输出端还通过第七滤波电容c7接地。
115.输出模块a2包括四绕组线圈t1，其中，第一绕组n1的第一端连接滤波整流模块a1的输出端，第一绕组n1的第二端连接反馈控制模块a3的控制端。第二绕组n2的第一端接地，第二端连接反馈控制模块a3。第三绕组n3的第一端通过依次设置的第一输出二极管d6、第一输出电感l4和第二输出电感l5连接至取电装置的正极输出端。第三绕组n3的第二端连接至第四绕组n4的第一端。第三绕组n3的第一端通过第一输出电容c12连接至第三绕组n3的第二端。第三绕组n3的第二端连接至取电装置的负极输出端。第三绕组n3的第一端和第二端之间并联有第二输出电容c13、第三输出电容c14和第四输出电容c15。第四绕组的第二端通过依次设置的第二输出二极管d5、第五输出电容c10、第一输出电阻r7和第三输出二极管d7连接至第一输入电容c12。
116.反馈控制模块包括：第一反馈二极管d8，第一反馈二极管d8的阴极连接至第二输出电感l5与取电装置的正极输出端的连接处；第一反馈二极管d8的阳极连接至光耦ic2的阳极，光耦ic2的阴极接地。第一反馈二极管d8的阳极还通过第一反馈电阻r10接地。第一反馈二极管d8的阳极还通过第一反馈电容c17接地。光耦ic2的集电极通过第二反馈电容c8接地。光耦ic2的集电极通过第二反馈二极管d3连接至第二绕组n2。第二反馈二极管d3的阴极还连接至第三反馈二极管d4的阴极，第三反馈二极管d4为发光二极管。第三反馈二极管d4的阳极通过依次设置的第二反馈电阻r4、第三反馈电阻r5连接至光耦ic2的发射极。记第二反馈电阻r4和第三反馈电阻r5的连接处为第二节点。第二节点连接一电源开关芯片ic1的集电极；第二节点还通过第四反馈电阻r3、第三反馈电容连接至电源开关芯片ic1的源极；电源开关芯片ic1的源极接地；电源开关芯片ic1的源极通过第四反馈电容c19接地。电源开关芯片ic1的漏极通过依次串联的第四反馈二极管d2、第五反馈电阻r2连接至第一绕组n1的第一端；电源开关芯片ic1的漏极连接第一绕组n1的第二端。
117.本发明的有益效果在于：通过硬件电路实现对零序电流于各相中的分量的合成并进行直接读出，避免了现有技术中依赖于软件程序进行合成准确度较差、稳定性不好且需要额外增设相应的处理设备的问题。
118.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。