減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法
【專利摘要】本發(fā)明減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法，屬于計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)回路中插入一個(gè)補(bǔ)償電壓，以抵消初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降影響，補(bǔ)償電壓是由間接取出殘余阻抗上的電壓降經(jīng)放大后獲得的。因此，初級(jí)電壓就相當(dāng)于加在初級(jí)繞組的電感上，而電感上的電壓可以按匝數(shù)比例關(guān)系耦合到與初級(jí)繞組緊耦合的其它繞組中去，于是其它繞組就得到消除了殘余阻抗影響的準(zhǔn)確電壓，這使電壓互感器和感應(yīng)分壓器的準(zhǔn)確度得到極大的提高。
【專利說(shuō)明】減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域。本方法可減小激磁電流在電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗上電壓降的影響，從而大大提高了電壓互感器和感應(yīng)分壓器的準(zhǔn)確度，本發(fā)明特別適合于制造高準(zhǔn)確度的低頻電壓互感器和低頻感應(yīng)分壓器。
【背景技術(shù)】
[0002]電壓互感器和感應(yīng)分壓器是電壓比例器具，通常把一個(gè)較高的電壓變成一個(gè)較低的電壓，以便于進(jìn)行測(cè)量，由于它準(zhǔn)確度高，運(yùn)行可靠，壽命長(zhǎng)，所以在發(fā)電、輸配電、用電、儀器儀表、自動(dòng)化、繼保等領(lǐng)域有廣泛的 應(yīng)用。
[0003]由于電壓互感器和感應(yīng)分壓器應(yīng)用廣泛，所以人們對(duì)它廣有研究。圖1為單級(jí)電壓互感器或感應(yīng)分壓器，由于初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降不能耦合到次級(jí)繞組中去，所以產(chǎn)生了較大的誤差。圖2為雙級(jí)電壓互感器或雙級(jí)感應(yīng)分壓器。它們把初級(jí)繞組N1殘余阻抗上的電壓降耦合至繞在2個(gè)鐵心上的電壓繞組N3中去，此時(shí)電壓繞組幾乎無(wú)電流，因此電壓繞組的殘余阻抗上無(wú)電壓降，而電壓繞組與次級(jí)繞組是緊耦合的，所以次級(jí)繞組從電壓繞組得到的電壓將是準(zhǔn)確的，為V2 = V1N2ZiN1或V2 = a V1N2ZiNp圖3為自耦式雙級(jí)感應(yīng)分壓器，準(zhǔn)確度比圖2略高。
[0004]對(duì)圖1所示的單級(jí)電壓互感器或感應(yīng)分壓器，設(shè)初級(jí)繞組的殘余阻抗為Z1 =
，初級(jí)繞組的感抗為Z1，略計(jì)鐵損，則由殘余阻抗引入的誤差為-Z1A1，也稱激磁誤
差。圖2所示的電壓互感器或感應(yīng)分壓器，設(shè)初級(jí)繞組N1的殘余阻抗為Z1，感抗為Z1,電壓繞組N3的殘余阻抗為Z3，感抗為Z3，則由殘余阻抗引入的雙級(jí)互感器激磁誤差為Z1Z3/[Z1 (Z3-Z1)]。感抗Z3-Z1為繞組N3在附加鐵心上的感抗，所以-z3/ (Z3-Z1)為繞組N3的單級(jí)激磁誤差，2個(gè)單級(jí)激磁誤差之積(-ZyZ1K-Z3AZ3-Z1)]即為雙級(jí)互感器激磁誤差?？梢?jiàn)，雙級(jí)互感器繞組N3和附加鐵心的作用不是減小Z1的影響，而是把Z1上的壓降取出后耦合到次級(jí)繞組，這與本發(fā)明是不同的。圖3所示的自耦式雙級(jí)感應(yīng)分壓器，初級(jí)繞組殘余阻抗的影響比圖2小，其誤差是由N1繞組與N2繞組各段間耦合不均勻引起的，各段殘余阻抗不等引入誤差不大。
[0005]如果在初級(jí)回路中引入一個(gè)電壓，抵消電流在殘余阻抗上的電壓降，則初級(jí)電壓完全加在初級(jí)繞組的電感上，這就消除了殘余阻抗的影響，從而大大提高了互感器或感應(yīng)分壓器的準(zhǔn)確度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所述的”減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法”，其本質(zhì)是引入一個(gè)補(bǔ)償電壓以抵消初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降影響，這樣，初級(jí)電壓就相當(dāng)于完全加在初級(jí)繞組的電感上，而電感上的電壓可以按匝數(shù)比例關(guān)系耦合到與N1緊耦合的其它繞組中去，于是其它繞組就得到消除了殘余阻抗影響的輸出電壓。由檢測(cè)繞組，電壓跟隨器和反相放大器組成一階有靜差系統(tǒng)自動(dòng)抵消初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降影。
[0007]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]在軟磁材料制成的鐵心上用帶絕緣的銅導(dǎo)線繞制2個(gè)匝數(shù)相等的繞組&、隊(duì)，&為初級(jí)繞組，N2為檢測(cè)繞組，把它們的同名端連在一起接于初級(jí)電壓V1的高端,N2的異名端與跟隨器A1的同相輸入端之間接隔直電容C2,它跟隨的電壓為初級(jí)電壓V1與N2繞組中的感應(yīng)電壓之差，跟隨器輸出至反相放大器A2放大K倍，放大器輸出經(jīng)隔直電容C1與繞組N1的異名端相連，這個(gè)放大了 K倍的差值電壓補(bǔ)償N1繞組殘余阻抗上的電壓降，所以初級(jí)電壓V1就相當(dāng)于加在初級(jí)繞組N1的電感上，而電感上的電壓可以按匝數(shù)比例關(guān)系耦合到與N1緊耦合的其它繞組中去，于是其它繞組就得到消除了殘余阻抗影響的輸出電壓。
[0009]與現(xiàn)有電壓互感器和感應(yīng)分壓器技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:大大降低了初級(jí)繞組殘余阻抗的影響，使互感器和感應(yīng)分壓器更準(zhǔn)確，本發(fā)明特別適合于制造高準(zhǔn)確度的低頻互感器和低頻感應(yīng)分壓器，因?yàn)榈皖l時(shí)感抗小，殘余阻抗影響大。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1單級(jí)電壓互感器或感應(yīng)分壓器原理圖
[0011]圖2雙級(jí)電壓互感器或雙級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖
[0012]圖3自耦式雙級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖
[0013]圖4用本發(fā)明制造單級(jí)電壓互感器或感應(yīng)分壓器原理圖
[0014]圖5用本發(fā)明制造單級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖
[0015]圖6用本發(fā)明制造雙級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖
[0016]圖7用本發(fā)明制造雙級(jí)電壓互感器或雙級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖
[0017]圖8本發(fā)明所述的“減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法”原理圖
[0018]ApA2運(yùn)算放大器
[0019]R1A1的偏置電阻
[0020]R2、R3反相放大器放大倍率電阻
[0021]R4放大器失調(diào)調(diào)節(jié)電阻
[0022]CpC2隔直電解電容
[0023]N1初級(jí)繞組
[0024]N2檢測(cè)繞組
[0025]V1初級(jí)電壓
[0026]I1激磁電流
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1，圖8為本發(fā)明所述的減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法原理圖，用該實(shí)例進(jìn)一步分析本方法的本質(zhì)。
[0028]設(shè)初級(jí)電壓為V1, N1繞組感抗為Z1,電阻為r1;漏感為I1,則初級(jí)繞組殘余阻抗Z1=r^j ω I1,電流I1流過(guò)感抗Z1上的電壓降為I1Z1=設(shè)N1^N2之間為理想耦合，則電壓I1Z1將耦合至繞組N2中，所以 跟隨器A1的輸入電壓為初級(jí)電壓V1與耦合在繞組N2中的感應(yīng)電壓之差，即V1-11Z1，這個(gè)差值電壓經(jīng)反相放大器放大k倍。放大器輸出經(jīng)隔直電容仏與繞組N1的異名端相連。所以加在繞組N1兩端的電壓為VJ(V1-11Z1),所以電流I1 = (V^V1-11Z1)/(VZ1),整理后得I1 = V1/[ZJz1/(k+Ι)]?？梢?jiàn)殘余阻抗Z1的影響減小了 k倍。如果k很大，則I1 = V1A1,電源電壓全部加在電感上，即相當(dāng)于殘余阻抗為零。這樣，凡與N1緊耦合的繞組，得到的電壓其誤差為-Z1/[Z1 (k+Ι)]，比無(wú)補(bǔ)償時(shí)的誤差-Z1A1減小了 k倍。顯然，N2繞組上的電壓誤差也為-Z1/ [Z1 (k+Ι)]。所以圖4、圖5輸出電壓的誤差也為-Z1/ [Z1 (k+Ι)]。
[0029]圖7為用本發(fā)明制造雙級(jí)電壓互感器或雙級(jí)感應(yīng)分壓器原理圖，在鐵心I上繞制繞組NpN3后疊上附加鐵心2，然后把繞組N2、N4繞在2個(gè)鐵心上，使N1 = N3 = N4。設(shè)N4的感抗為Z4，殘余阻抗為z4，N4繞組從N1繞組得到的感應(yīng)電壓為VJl-Z1Zr1 (k+?]-]，因?yàn)镹4繞組并聯(lián)于電壓V1上，所以降落在鐵心2的N4繞組上的電壓為V1-VJ1-Z1Zr1G^ir1]=V1Z1/[Z1 (k+Ι) ]-1，而N4繞組在鐵心2上形成的阻抗為Z4-Z1 (相當(dāng)于把鐵心I抽出)，所以流過(guò)N4繞組的電流為V1Z1/ [Z1 (k+1) (Z4-Z1) ] ―1，它在殘余阻抗Z4上的電壓降為V1Z1Z4/ [Z1 (k+1)(Z4-Z1) ]-1，這部分電壓不能耦合到次級(jí)繞組N2中去，所以輸出電壓誤差為-Z1Z4/[Z1 (k+1)(Z4-Z1)]-1,比不采用誤差補(bǔ)償方法所得輸出電壓誤差-Ziz4ZTZ1(Z4-Z1)F1減小了 K倍。
[0030]實(shí)施例2，按圖7用本發(fā)明制造一具雙級(jí)電壓互感器，初級(jí)電壓1000伏，次級(jí)電壓100伏，頻率50赫，負(fù)載零伏安。
[0031]鐵心I由硅鋼Z10、厚0.3mm的帶材卷制而成，規(guī)格為Φ60Χ 180/80，用Φ0.13QZ線均勻繞1000匝作為N1,電感為300H，電阻A = 400 Ω，略計(jì)殘感，則電阻]-ι引入的誤差% -T1ZI1 = J400/(314X300) = 4.246 X 10-3 (弧度)=14.6(分)。用 Φ0.12QZ 線均勻繞1000匝作為N30
[0032]現(xiàn)疊加鐵心2，材料為納米晶lkl07，規(guī)格為Φ 53 X 187/10，用Φ0.13QZ線在2個(gè)鐵心上均勻繞1000匝作為N4,電感為530H，電阻r4 = 440 Ω，略計(jì)殘感，則電阻r4引入的誤差為-1V(Z4-Z1) = j440/[(314X (530-300))-1 = 6.09Χ10_3(弧度)=20.9 (分)。用Φ0.8QZ線均勻繞100匝作為次級(jí)繞組N2，設(shè)繞組間耦合系數(shù)為1，則在無(wú)補(bǔ)償時(shí)，互感器輸出電壓誤差為-rxrj [Z1 (Z4-Z1) ] = 0.004246 X 0.00609 = 2.58 X 10'
[0033]現(xiàn)引入補(bǔ)償，2個(gè)運(yùn)算放大器為AD841，電阻R1 = 100Κ Ω ,R2 = IK Ω , R3 = 100Κ Ω，放大倍數(shù)K = 100，C1 = C2 = 1000 μ F，則由電阻^引入的誤差僅為1/? (k+1)]=J400/(314X300X101) = 4.2X 10_5(弧度)，比無(wú)補(bǔ)償時(shí)小100倍。所以，用本發(fā)明制造的雙級(jí)電壓互感器輸出電壓誤差僅為T1VtZ1 (k+1) (Z4-Z1) ] = 4.2 X 10_5X 6.09X 10_3 =
2.55X IO-7,比單純的雙級(jí)電壓互感器誤差小100倍，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是極其顯著的。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明所述的“減小電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞組殘余阻抗影響的方法”，其特征在于: 在電壓互感器和感應(yīng)分壓器初級(jí)繞中引入一個(gè)補(bǔ)償電壓，以抵消初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降影響，使初級(jí)電壓相當(dāng)于完全加在初級(jí)繞組的電感上，而電感上的電壓可以按匝數(shù)比例關(guān)系耦合到與初級(jí)繞組緊耦合的其它繞組中去，于是，在其它繞組上得到了已消除殘余阻抗影響的準(zhǔn)確電壓；補(bǔ)償電壓是由間接取出殘余阻抗上的電壓降經(jīng)放大后獲得的；由初級(jí)繞組、檢測(cè)繞組、電壓跟隨器和反相放大器組成一階有靜差系統(tǒng)自動(dòng)抵消初級(jí)繞組殘余阻抗上的電壓降影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減小殘余阻抗影響的方法，其特征在于: 在軟磁材料制成的鐵心上用帶絕緣的銅導(dǎo)線繞制2個(gè)匝數(shù)相等的繞組NpN2, N1為初級(jí)繞組，N2為檢測(cè)繞組，把它們的同名端連在一起接于初級(jí)電壓V1的高端,N2的異名端與跟隨器4的同相輸入端之間接隔直電解電容C2，跟隨器同相輸入端接電阻R1至電源中點(diǎn)，跟隨器跟隨初級(jí)電壓V1與N2中感應(yīng)電壓之差，跟隨器輸出接反相放大器，反相放大器由倍率電阻R2、R3和調(diào)節(jié)失調(diào)電壓的電阻R4及運(yùn)算放大器A2組成，放大器輸出經(jīng)隔直電解電容C1與繞組N1的異名端相連，組成一階有靜差系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H01F27/34GK103941065SQ201310016897
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月17日
【發(fā)明者】陸文俊 申請(qǐng)人:上海浦東金盛互感器廠