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、微計算機技術、DSP技術和專用厚膜集成電路，對電網(wǎng)上的有功功率進行實時測量，將其變換為標準的直流電壓輸出(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、動態(tài)性能好、抗干擾能力強等優(yōu)點。

二、產(chǎn)品特點

1. 體積小、重量輕、精度高、功耗低，線性范圍寬；

2. 采用DSP技術和專業(yè)計算軟件，高速處理采樣數(shù)據(jù)，保證輸出數(shù)據(jù)的實時性。

3. 自帶看門狗，抗干擾能力強。

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、工業(yè)級產(chǎn)品，部分型號提供軍用級產(chǎn)品；

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

三、主要技術指標

1. 準確度等級：0.5；

2. 線性范圍: 電壓輸入：（20～120）%標稱輸入值；

電流輸入：（1～120）%標稱輸入值；

功率因數(shù)： 0.1(滯后)～1～0.1(超前)；

3. 響應時間: ≤300mS；

4 負載能力: 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倍標稱輸入電壓，持續(xù)1ｓ，間隔10ｓ，重復10次不擊穿；

10倍標稱輸入電流，持續(xù)1ｓ，間隔300ｓ，重復5次不擊穿；

9. 環(huán)境溫度：商業(yè)級：0℃～+50℃，

工業(yè)級：-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轉換器、單片機、DSP器件、D/A轉換器、定標放大器和專用厚膜集成V/I轉換器組成。

三相交流輸入信號經(jīng)三相隔離采樣電路后，形成三相電流、三相電壓信號的共地跟蹤電壓信號，在單片機控制下由A/D轉換器對其進行多點同步采樣，采樣得到的數(shù)據(jù)由DSP器件按電工原理計算出被測信號的三相有功功率（數(shù)字量），再經(jīng)D/A轉換器把代表三相功率的數(shù)字信號轉換為模擬量，由定標放大器放大、定標后，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)品的關鍵是計算機軟件和運行速度。為了保證功率測量的真實性，必須保證各路電壓、電流信號同時被采樣；為了保證功率測量的準確性，必須保證在一個正弦波時間間隔內(nèi)采樣點數(shù)足夠多（一般來說采樣點數(shù)應大于20）。采樣點數(shù)多、數(shù)據(jù)量大，就對計算速度提出了高的要求，必須保證計算程序在一個正弦波周期內(nèi)完成全部運算。

在計算機軟件控制下，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

這時輸出信號是帶方向的，比如WBP311P71 2.5V±2.5V直流電壓輸出的傳感器。當功率輸入為0時，傳感器功率輸出值為2.5V；當三相電流正向流動時，傳感器功率輸出值從2.5V基礎上增加，輸入達額定值時，功率輸出值為5V；當三相電流反向流動時，功率輸出值從2.5V基礎上減少，輸入達額定值時，功率輸出值為0V。

在計算機軟件控制下，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│

這時輸出信號是不帶方向的，比如WBP312P71 0～5V直流電壓輸出的傳感器。當功率輸入為0時，傳感器功率輸出值為0V；當三相電流同時改變方向時，傳感器的功率輸出值保持不變。

厚膜集成V/I轉換器是我公司配套開發(fā)的專用器件，它把直流電壓信號變換為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型結構）。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。當被測電流大于30A時，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