10+ kV低功耗光电电流互感器的研究

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% m; M% R( O9 d9 U1 F摘要:光电电流互感器目前已成为国内外的研究热点。利用MSP430FI49单片机,设计了低功耗光电电流互感器高压
侧电路,详细分析了光电电流互感器的主要特点,并进行了误差分析。给出了高压端低功耗电路的软硬件设计,同时
$ l5 b/ w' v' \4 u% ?5 v为达到低功耗采取了相应措施，并详细介绍了程序流程。

关键词:电流互感器;光电技术;单片机1低功耗

% r8 m2 n2 A/ L: |( \1引言
! C/ P1 k7 ?1 u) Z% {电流/电压互感器是电力系统重要的测量和保
护设备。随着电力系统的不断发展,电网电压的等
) O9 i4 q$ M6 e! A6 y, b级不断提高，传统带铁心的电磁感应式互感器由于
自身结构上的局限,已越来越不能适应电力系统的
4 s1 I- }& r  w+ C5 ]; F% w; s要求"。近年来,基于光学和电子学原理的光电式电
流/电压互感器因具有体积小、重量轻、频带响应宽、
无饱和现象等诸多优点，成为传统电磁感应式互感
器的理想替代品,受到了国内外的普遍重视，具有广
& K9 N* ~% K8 c泛的研究前景q。由于光电电流互感器高、低压间无
& Z& j9 ~/ E2 e' n8 L( Q4 p电联系,可采用电池供电、母线取电激光供电等多
  E# A- q9 x' o7 I% q种方式，但无论采用何种供电方式,都要求传感器高
压端功耗尽可能低，因此解决高压侧电路的功耗问
% [) w% O( f0 m# ?( e题是一个关键。在此研究了- -种基于超低功耗单片
# C: ]" @  F& T' q; d3 I, P机MSP430F149的高压端数据采集系统的设计,是
0 L. Q( I, q* x6 _7 m* o) c解决该问题的一种有效方法。所研究的光电互感器
: F, [$ w" W9 z4 j7 V9 v7 j, n高、低压端在电气上完全隔离,安全可靠,主要应用
于10kV电力系统的计量、测量和保护。
9 \  s0 D, _8 m* Q& a' z' J2光电互感器工作原理
图1所示光电电流互感器由高压端电路和低
0 i" R, k" F0 S: `( s压端电路两部分组成,通过光纤连接。高压端包括
; x1 [: a. C; E, q+ s" Q) i% SRogowski线圈、信号调理、A/D转换和光电转换电路;
- [  x& @+ o; R$ L0 ]" o9 E低压端包括电光转换、串并转换和显示接口电路。
0 ?9 V6 n) C! c  f% u2 s
; @4 D7 }3 x7 \* D任何一个随时间变化的电流在其周围都会产生
9 z1 N+ h' S7 q+ c. f0 L! F& M一个随时间变化的磁场，如果将Rogowski线圈包围
被测电流i(t),则电流磁场将在线圈的两出线端间感
* e6 I+ Y: n) h应一个电势e(t),根据电磁感应原理可得e=Mdildt,
) J8 H3 d4 P: |" @1 {即线圈输出电压信号是被测电流信号的导数。信号
) B* _1 Q; d( p, L2 T: w$ T调理电路的目的是将线圈的输出信号调理成与被测
! j+ H- q. s. l5 [' I0 l. ^电流成比例的同相位电压信号，如图2所示。
  s; z9 }# s4 \, U4 S2 g" m
3设计电路结构和原理
% q' u- |8 N1 G2 M  Y0 `. R! A2 T3.1核心芯片 介绍.
微处理器要完成的功能主要包括高精度的数据
采集和光纤通信编码,结合考虑高压侧的低功耗问
5 I% b9 L- [# v2 O/ n题，选用了超低功耗16位微处理器MSP430F149。
其工作电压为1.8~3.6V,内含60 kB FLASH存储空
间,片上资源丰富,同时I/0口功能更强,可实现双
向的输入输出,利于与外设接口,减少了设计复杂
度,完全满足设计要求四。
相同性能下，串行比并行的功耗低得多。，这里的
- J9 _# P6 D1 l+ P+ _( u转换模块选用ADS8325芯片,它不但精度高(16位
7 W  j+ I& \- d9 n转换精度)、速率快(可达100 kSPS),且具有较好的
# s7 L; Z$ A9 T. v0 w; y' B$ M( Z; Z线性和较低的噪声。电源电压2.7~4.5V。功耗非常
* Z+ C) t: B) C6 ^; [


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随时间变化的电流在其周围都会产生一个随时间变化的磁场

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