基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電磁測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量電壓基波和諧波的 電子式電壓互感器，具體地說(shuō)是一種基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 電子式電壓互感器是一種電壓傳感器，主要用于電網(wǎng)的電壓質(zhì)量分析、電能計(jì)量 及安全保護(hù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840. 7-2007《互感器第7部分：電子式電壓互感器》規(guī)定了 電子式電壓互感器基波準(zhǔn)確度的技術(shù)要求，而國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T20840. 8-2007《互感器第8部 分：電子式電流互感器》在規(guī)定電子式電流互感器技術(shù)規(guī)范的同時(shí)，也給出了電子式電壓互 感器諧波準(zhǔn)確度的技術(shù)要求。此外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14549-1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》 給出了公用電網(wǎng)諧波電壓的限值，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19862-2005《電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備通用要求》 規(guī)定了用于監(jiān)測(cè)電網(wǎng)基波電壓偏差及諧波電壓分量的設(shè)備的通用要求，這些標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電子式 電壓互感器的基波和諧波傳感準(zhǔn)確度及量程范圍提出了明確的要求。
[0003] 傳統(tǒng)的電壓互感器主要有電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器兩類(lèi)，它們主要 用來(lái)測(cè)量電網(wǎng)電壓的基波分量，但是電磁式電壓互感器的測(cè)量頻帶較窄，電容式電壓互感 器不能用于諧波的檢測(cè)。電子式電壓互感器是傳統(tǒng)電壓互感器更新?lián)Q代的產(chǎn)品，它主要由 一次電壓轉(zhuǎn)換器和后續(xù)信號(hào)處理電路構(gòu)成。電子式電壓互感器通常采用電阻分壓器、電容 分壓器、阻容分壓器或光學(xué)裝置作為一次電壓轉(zhuǎn)換器，其中電阻分壓器、電容分壓器及阻容 分壓器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于實(shí)現(xiàn)，因而被廣泛采用。當(dāng)對(duì)電壓諧波次數(shù)和測(cè)量準(zhǔn)確度有較 高要求時(shí)，可采用電阻分壓器和電容分壓器，但是電阻分壓器不適合用于高壓的場(chǎng)合，而電 容分壓器需要大電容值的低壓電容，并且輸出電壓信號(hào)采集電路的輸入阻抗對(duì)電容分壓器 傳感準(zhǔn)確度的影響較大。阻容分壓器通常需要后續(xù)的積分環(huán)節(jié)以還原一次電壓信號(hào)，并且 阻容分壓器的輸出電壓與一次電壓之間并不是一個(gè)理想的一階導(dǎo)數(shù)關(guān)系。將高壓電容和微 型電流互感器的一次線圈串聯(lián)，也可構(gòu)成一種一次電壓傳感器，但是流過(guò)高壓電容的一次 電流很小，此時(shí)微型電流互感器的傳感準(zhǔn)確度低且輸出信號(hào)小，因此需要一種能對(duì)微小電 流進(jìn)行準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換且輸出信號(hào)大的傳感器件，帶間隙鐵芯線圈能滿(mǎn)足這一需求。帶間隙鐵芯 線圈可以等效為非磁性骨架等效磁路長(zhǎng)度僅為間隙長(zhǎng)度的空心線圈，因此一次線圈電流很 小的情況下仍然可以輸出較大的電壓信號(hào)。由于高壓電容和帶間隙鐵芯線圈實(shí)現(xiàn)了輸出電 壓與一次電壓之間的二階導(dǎo)數(shù)關(guān)系，所以利用二重積分電路將信號(hào)還原，便可方便地實(shí)現(xiàn) 同時(shí)對(duì)一次電壓的基波和諧波分量的準(zhǔn)確傳感，但是這樣的電子式電壓互感器未見(jiàn)有專(zhuān)利 和其它文獻(xiàn)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，旨在提供一種基于有損二重積分電 路的電子式電壓互感器，它能輸出與含有諧波的一次電壓成線性比例關(guān)系的電壓模擬量， 實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)一次電壓基波和諧波分量的準(zhǔn)確傳感。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：基于有損二重積分電路的電子 式電壓互感器，它包括第一電容、帶間隙的閉環(huán)鐵芯、一次線圈、二次線圈、二極氣體放電 管、雙向穩(wěn)壓管、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電 阻、第五電阻、第二電容、第三電容、第四電容和有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒；帶間隙的閉環(huán)鐵芯、 一次線圈、二次線圈和有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒構(gòu)成帶間隙鐵芯線圈傳感器，閉環(huán)鐵芯上的間 隙采用非磁性材料填充，一次線圈和二次線圈分別均勻地繞制在帶間隙的閉環(huán)鐵芯上并一 同安裝在有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒內(nèi)，一次線圈和二次線圈的線圈端子引線由環(huán)形屏蔽盒上的 過(guò)孔引出；第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二電容、第三電容、第四 電容和第二運(yùn)算放大器構(gòu)成有損二重積分電路，第一電阻的一個(gè)端子作為有損二重積分電 路的輸入端，第一電阻的另一端子分別與第二電阻的一個(gè)端子和第二電容的一個(gè)端子相 連，第二電容的另一個(gè)端子與地相連，第二電阻的另一個(gè)端子分別與第二運(yùn)算放大器的反 相輸入端、第五電阻的一個(gè)端子和第三電容的一個(gè)端子相連，第三電容的另一個(gè)端子分別 與第三電阻的一個(gè)端子和第四電容的一個(gè)端子相連，第三電阻的另一個(gè)端子與地相連，第 四電容的另一個(gè)端子分別與第二運(yùn)算放大器的輸出端和第五電阻的另一個(gè)端子相連，第四 電阻的一個(gè)端子與第二運(yùn)算放大器的同相輸入端相連，第四電阻的另一個(gè)端子與地相連， 第二運(yùn)算放大器的輸出端為有損二重積分電路的輸出端；第一電容為高壓電容，它的一個(gè) 端子分別與帶間隙鐵芯線圈的一次線圈的同名端和二極氣體放電管的一個(gè)端子相連，帶間 隙鐵芯線圈的一次線圈的非同名端與地相連，二極氣體放電管的另一個(gè)端子與地相連，第 一電容的另一個(gè)端子與地構(gòu)成了電子式電壓互感器一次電壓的輸入端口；第一運(yùn)算放大器 構(gòu)成電壓跟隨器，該電壓跟隨器的輸入端分別與雙向穩(wěn)壓管的一個(gè)端子和帶間隙鐵芯線圈 的二次線圈的非同名端相連，雙向穩(wěn)壓管的另一個(gè)端子與地相連，帶間隙鐵芯線圈的二次 線圈的同名端與地相連，電壓跟隨器的輸出端與有損二重積分電路的輸入端相連。有損二 重積分電路的輸出端與地構(gòu)成了電子式電壓互感器二次電壓的輸出端口。
[0006] 下面對(duì)本技術(shù)方案的原理做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0007] 帶間隙鐵芯線圈的二次線圈工作在開(kāi)路狀態(tài)。當(dāng)電子式電壓互感器輸入端口加上 被測(cè)一次電壓U1U)后，第一電容C1和帶間隙鐵芯線圈傳感器的一次線圈流過(guò)電流 由于帶間隙鐵芯線圈傳感器的一次線圈的兩個(gè)接線端子之間的電壓降很小，因此有：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，包括第一電容（I)、帶間隙的閉環(huán)鐵 芯（2)、一次線圈（3)、二次線圈（4)、二極氣體放電管（5)、雙向穩(wěn)壓管（6)、第一運(yùn)算放大器 (7)、第二運(yùn)算放大器（8)、第一電阻（9)、第二電阻（10)、第三電阻（11)、第四電阻（12)、第 五電阻（13)、第二電容（14)、第三電容（15)、第四電容（16)和有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒（17)， 其特征在于帶間隙的閉環(huán)鐵芯（2)、一次線圈（3)、二次線圈（4)和有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒 (17)構(gòu)成帶間隙鐵芯線圈傳感器，閉環(huán)鐵芯（2)上的間隙采用非磁性材料填充，一次線圈 (3)和二次線圈（4)分別均勻地繞制在帶間隙的閉環(huán)鐵芯（2)上并一同安裝在有過(guò)孔的環(huán) 形屏蔽盒（17)內(nèi)，一次線圈（3)和二次線圈（4)的線圈端子引線由環(huán)形屏蔽盒（17)上的過(guò) 孔引出；第一電阻（9)、第二電阻（10)、第三電阻（11)、第四電阻（12)、第五電阻（13)、第二 電容（14)、第三電容（15)、第四電容（16)和第二運(yùn)算放大器⑶構(gòu)成有損二重積分電路， 第一電阻（9)的一個(gè)端子作為有損二重積分電路的輸入端，第一電阻（9)的另一端子分別 與第二電阻（10)的一個(gè)端子和第二電容（14)的一個(gè)端子相連，第二電容（14)的另一個(gè)端 子與地相連，第二電阻（10)的另一個(gè)端子分別與第二運(yùn)算放大器（8)的反相輸入端、第五 電阻（13)的一個(gè)端子和第三電容（15)的一個(gè)端子相連，第三電容（15)的另一個(gè)端子分別 與第三電阻（11)的一個(gè)端子和第四電容（16)的一個(gè)端子相連，第三電阻（11)的另一個(gè)端 子與地相連，第四電容（16)的另一個(gè)端子分別與第二運(yùn)算放大器（8)的輸出端和第五電阻 (13)的另一個(gè)端子相連，第四電阻（12)的一個(gè)端子與第二運(yùn)算放大器⑶的同相端入端相 連，第四電阻（12)的另一個(gè)端子與地相連，第二運(yùn)算放大器（8)的輸出端為有損二重積分 電路的輸出端；第一電容（1)的一個(gè)端子分別與帶間隙鐵芯線圈傳感器的一次線圈（3)的 同名端和二極氣體放電管（5)的一個(gè)端子相連，帶間隙鐵芯線圈傳感器的一次線圈（3)的 非同名端與地相連，二極氣體放電管（5)的另一個(gè)端子與地相連，第一電容（1)的另一個(gè)端 子（A)與地（N)構(gòu)成了電子式電壓互感器一次電壓（Ul(t))的輸入端口；第一運(yùn)算放大器 (7)構(gòu)成電壓跟隨器，該電壓跟隨器的輸入端分別與雙向穩(wěn)壓管（6)的一個(gè)端子和帶間隙 鐵芯線圈傳感器的二次線圈（4)的非同名端相連，雙向穩(wěn)壓管（6)的另一個(gè)端子與地相連， 帶間隙鐵芯線圈傳感器的二次線圈（4)的同名端與地相連，電壓跟隨器的輸出端與有損二 重積分電路的輸入端相連，有損二重積分電路的輸出端（a)與地（n)構(gòu)成了電子式電壓互 感器二次電壓（u2 (t))的輸出端口。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，其特征在于所述 帶間隙鐵芯（2)采用鐵基納米晶合金材料制作而成。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，其特征在于所述 帶間隙鐵芯（2)的鐵芯等效磁路長(zhǎng)度與間隙長(zhǎng)度之比小于等于100。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，其特征在于所述 第一電阻（9)、第二電阻（10)和第三電阻（11)采用純阻性精密電阻，其溫度漂移率需低于 5ppm/°C〇
5. 如權(quán)利要求1所述的基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，其特征在于所述 第二電容（14)、第三電容（15)和第四電容（16)采用額定電壓為10V、溫度從-5°C到40°C 時(shí)標(biāo)稱(chēng)溫度系數(shù)為零且允許偏差為±30ppm/°C的電容。
6. 如權(quán)利要求1-5任何一項(xiàng)所述的基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，其特 征在于所述第一電容（1)采用額定電壓最高為40kV、溫度從-5°C到40°C時(shí)標(biāo)稱(chēng)溫度系數(shù)為 零且允許偏差為±30ppm/°C的電容。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于有損二重積分電路的電子式電壓互感器，它包括第一電容、帶間隙的閉環(huán)鐵芯、一次線圈、二次線圈、二極氣體放電管、雙向穩(wěn)壓管、第一運(yùn)算放大器、第二運(yùn)算放大器、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二電容、第三電容、第四電容和有過(guò)孔的環(huán)形屏蔽盒；本發(fā)明的互感器通過(guò)高壓電容和帶間隙鐵芯線圈實(shí)現(xiàn)了一次電壓轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與一次電壓之間的二階導(dǎo)數(shù)關(guān)系，同時(shí)利用二重積分電路將輸出信號(hào)還原，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)對(duì)一次電壓的基波和諧波分量的準(zhǔn)確傳感。
【IPC分類(lèi)】G01R15-18, G01R19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104764919
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510114912
【發(fā)明人】謝岳
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年3月16日