基于有损二重积分电路的电子式电压互感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电磁测量技术领域，尤其涉及一种可同时准确测量电压基波和谐 波的电子式电压互感器，具体地说是一种基于有损二重积分电路的电子式电压互感器。
【背景技术】
[0002] 电子式电压互感器是一种电压传感器，主要用于电网的电压质量分析、电能计量 及安全保护。国家标准GB/T20840. 7-2007《互感器第7部分：电子式电压互感器》规定了 电子式电压互感器基波准确度的技术要求，而国家标准GB/T20840. 8-2007《互感器第8部 分：电子式电流互感器》在规定电子式电流互感器技术规范的同时，也给出了电子式电压互 感器谐波准确度的技术要求。此外，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》 给出了公用电网谐波电压的限值，国家标准GB/T19862-2005《电能质量监测设备通用要求》 规定了用于监测电网基波电压偏差及谐波电压分量的设备的通用要求，这些标准对电子式 电压互感器的基波和谐波传感准确度及量程范围提出了明确的要求。
[0003] 传统的电压互感器主要有电磁式电压互感器和电容式电压互感器两类，它们主要 用来测量电网电压的基波分量，但是电磁式电压互感器的测量频带较窄，电容式电压互感 器不能用于谐波的检测。电子式电压互感器是传统电压互感器更新换代的产品，它主要由 一次电压转换器和后续信号处理电路构成。电子式电压互感器通常采用电阻分压器、电容 分压器、阻容分压器或光学装置作为一次电压转换器，其中电阻分压器、电容分压器及阻容 分压器由于结构简单且易于实现，因而被广泛采用。当对电压谐波次数和测量准确度有较 高要求时，可采用电阻分压器和电容分压器，但是电阻分压器不适合用于高压的场合，而电 容分压器需要大电容值的低压电容，并且输出电压信号采集电路的输入阻抗对电容分压器 传感准确度的影响较大。阻容分压器通常需要后续的积分环节以还原一次电压信号，并且 阻容分压器的输出电压与一次电压之间并不是一个理想的一阶导数关系。将高压电容和微 型电流互感器的一次线圈串联，也可构成一种一次电压传感器，但是流过高压电容的一次 电流很小，此时微型电流互感器的传感准确度低且输出信号小，因此需要一种能对微小电 流进行准确转换且输出信号大的传感器件，带间隙铁芯线圈能满足这一需求。带间隙铁芯 线圈可以等效为非磁性骨架等效磁路长度仅为间隙长度的空心线圈，因此一次线圈电流很 小的情况下仍然可以输出较大的电压信号。由于高压电容和带间隙铁芯线圈实现了输出电 压与一次电压之间的二阶导数关系，所以利用二重积分电路将信号还原，便可方便地实现 同时对一次电压的基波和谐波分量的准确传感，但是这样的电子式电压互感器未见有专利 和其它文献报道。
【发明内容】
[0004] 本实用新型所要解决的现有技术存在的上述问题，旨在提供一种基于有损二重积 分电路的电子式电压互感器，它能输出与含有谐波的一次电压成线性比例关系的电压模拟 量，实现同时对一次电压基波和谐波分量的准确传感。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：基于有损二重积分电路的 电子式电压互感器，它包括第一电容、带间隙的闭环铁芯、一次线圈、二次线圈、二极气体放 电管、双向稳压管、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四 电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第四电容和有过孔的环形屏蔽盒；带间隙的闭环铁 芯、一次线圈、二次线圈和有过孔的环形屏蔽盒构成带间隙铁芯线圈传感器，闭环铁芯上的 间隙采用非磁性材料填充，一次线圈和二次线圈分别均匀地绕制在带间隙的闭环铁芯上并 一同安装在有过孔的环形屏蔽盒内，一次线圈和二次线圈的线圈端子引线由环形屏蔽盒上 的过孔引出；第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第 四电容和第二运算放大器构成有损二重积分电路，第一电阻的一个端子作为有损二重积分 电路的输入端，第一电阻的另一端子分别与第二电阻的一个端子和第二电容的一个端子相 连，第二电容的另一个端子与地相连，第二电阻的另一个端子分别与第二运算放大器的反 相输入端、第五电阻的一个端子和第三电容的一个端子相连，第三电容的另一个端子分别 与第三电阻的一个端子和第四电容的一个端子相连，第三电阻的另一个端子与地相连，第 四电容的另一个端子分别与第二运算放大器的输出端和第五电阻的另一个端子相连，第四 电阻的一个端子与第二运算放大器的同相输入端相连，第四电阻的另一个端子与地相连， 第二运算放大器的输出端为有损二重积分电路的输出端；第一电容为高压电容，它的一个 端子分别与带间隙铁芯线圈的一次线圈的同名端和二极气体放电管的一个端子相连，带间 隙铁芯线圈的一次线圈的非同名端与地相连，二极气体放电管的另一个端子与地相连，第 一电容的另一个端子与地构成了电子式电压互感器一次电压的输入端口；第一运算放大器 构成电压跟随器，该电压跟随器的输入端分别与双向稳压管的一个端子和带间隙铁芯线圈 的二次线圈的非同名端相连，双向稳压管的另一个端子与地相连，带间隙铁芯线圈的二次 线圈的同名端与地相连，电压跟随器的输出端与有损二重积分电路的输入端相连。有损二 重积分电路的输出端与地构成了电子式电压互感器二次电压的输出端口。
[0006] 下面对本技术方案的原理做进一步说明。
[0007] 带间隙铁芯线圈的二次线圈工作在开路状态。当电子式电压互感器输入端口加上 被测一次电压U 1U)后，第一电容C1和带间隙铁芯线圈传感器的一次线圈流过电流 由于带间隙铁芯线圈传感器的一次线圈的两个接线端子之间的电压降很小，因此有：
【主权项】
1. 基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，包括第一电容（I)、带间隙的闭环铁 芯（2)、一次线圈（3)、二次线圈（4)、二极气体放电管（5)、双向稳压管（6)、第一运算放大器 (7)、第二运算放大器（8)、第一电阻（9)、第二电阻（10)、第三电阻（11)、第四电阻（12)、第 五电阻（13)、第二电容（14)、第三电容（15)、第四电容（16)和有过孔的环形屏蔽盒（17)， 其特征在于带间隙的闭环铁芯（2)、一次线圈（3)、二次线圈（4)和有过孔的环形屏蔽盒 (17)构成带间隙铁芯线圈传感器，闭环铁芯（2)上的间隙采用非磁性材料填充，一次线圈 (3)和二次线圈（4)分别均匀地绕制在带间隙的闭环铁芯（2)上并一同安装在有过孔的环 形屏蔽盒（17)内，一次线圈（3)和二次线圈（4)的线圈端子引线由环形屏蔽盒（17)上的过 孔引出；第一电阻（9)、第二电阻（10)、第三电阻（11)、第四电阻（12)、第五电阻（13)、第二 电容（14)、第三电容（15)、第四电容（16)和第二运算放大器⑶构成有损二重积分电路， 第一电阻（9)的一个端子作为有损二重积分电路的输入端，第一电阻（9)的另一端子分别 与第二电阻（10)的一个端子和第二电容（14)的一个端子相连，第二电容（14)的另一个端 子与地相连，第二电阻（10)的另一个端子分别与第二运算放大器（8)的反相输入端、第五 电阻（13)的一个端子和第三电容（15)的一个端子相连，第三电容（15)的另一个端子分别 与第三电阻（11)的一个端子和第四电容（16)的一个端子相连，第三电阻（11)的另一个端 子与地相连，第四电容（16)的另一个端子分别与第二运算放大器（8)的输出端和第五电阻 (13)的另一个端子相连，第四电阻（12)的一个端子与第二运算放大器⑶的同相端入端相 连，第四电阻（12)的另一个端子与地相连，第二运算放大器（8)的输出端为有损二重积分 电路的输出端；第一电容（1)的一个端子分别与带间隙铁芯线圈传感器的一次线圈（3)的 同名端和二极气体放电管（5)的一个端子相连，带间隙铁芯线圈传感器的一次线圈（3)的 非同名端与地相连，二极气体放电管（5)的另一个端子与地相连，第一电容（1)的另一个端 子（A)与地（N)构成了电子式电压互感器一次电压（Ul(t))的输入端口；第一运算放大器 (7)构成电压跟随器，该电压跟随器的输入端分别与双向稳压管（6)的一个端子和带间隙 铁芯线圈传感器的二次线圈（4)的非同名端相连，双向稳压管（6)的另一个端子与地相连， 带间隙铁芯线圈传感器的二次线圈（4)的同名端与地相连，电压跟随器的输出端与有损二 重积分电路的输入端相连，有损二重积分电路的输出端（a)与地（n)构成了电子式电压互 感器二次电压（u2 (t))的输出端口。
2. 如权利要求1所述的基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，其特征在于所述 带间隙铁芯（2)的铁芯等效磁路长度与间隙长度之比小于等于100。
3. 如权利要求1所述的基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，其特征在于所述 第一电阻（9)、第二电阻（10)和第三电阻（11)采用纯阻性精密电阻，其温度漂移率需低于 5ppm/°C〇
4. 如权利要求1所述的基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，其特征在于所述 第二电容（14)、第三电容（15)和第四电容（16)采用额定电压为10V、温度从-5°C到40°C 时标称温度系数为零且允许偏差为±30ppm/°C的电容。
5. 如权利要求1-4任何一项所述的基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，其特 征在于所述第一电容（1)采用额定电压最高为40kV、温度从-5°C到40°C时标称温度系数为 零且允许偏差为±30ppm/°C的电容。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于有损二重积分电路的电子式电压互感器，它包括第一电容、带间隙的闭环铁芯、一次线圈、二次线圈、二极气体放电管、双向稳压管、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第二电容、第三电容、第四电容和有过孔的环形屏蔽盒；本实用新型的互感器通过高压电容和带间隙铁芯线圈实现了一次电压转换器的输出电压与一次电压之间的二阶导数关系，同时利用二重积分电路将输出信号还原，实现了同时对一次电压的基波和谐波分量的准确传感。
【IPC分类】G01R19-00, G01R15-18
【公开号】CN204462231
【申请号】CN201520148991
【发明人】谢岳
【申请人】中国计量学院
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月16日