專利名稱：一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電器設(shè)備，尤其涉及一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
目前電力系統(tǒng)中使用的分壓器有多種，如電磁式電壓互感器、電容式電壓互感器、 試驗(yàn)室的傳統(tǒng)工頻電壓分壓器和利用光學(xué)器件作為傳感器的光電式電壓傳感器等。近幾年隨著我國智能電網(wǎng)的快速發(fā)展，采用等效電容分壓的電子式電壓互感器已經(jīng)越來越多的應(yīng)用到數(shù)字化變電站之中。采用電容分壓測量電壓，由于電容上的電壓不能突變，直接電容分壓得到的二次電壓暫態(tài)響應(yīng)不好，測量精度不高。尤其是在高壓側(cè)出現(xiàn)短路和斷路故障時，存儲在各個電容中的能量只能通過負(fù)載釋放，導(dǎo)致其暫態(tài)過程時間變長，產(chǎn)生較大的基波電壓幅值誤差， 給繼電保護(hù)的正確動作帶來不利影響。國標(biāo)中規(guī)定了電子式電壓互感器的模擬量標(biāo)準(zhǔn)輸出值，電子式電壓互感器輸出的額定值為1.625V、2V、3. 25V、4V、6. 5/ V 3V，或是這些值的 I/ V 3。為了使得輸出信號的幅值和相角誤差符合精度要求，這就需要一個轉(zhuǎn)換電路和電容分壓器進(jìn)行配合使用。該轉(zhuǎn)換電路需要改善電容分壓器的暫態(tài)響應(yīng)特性。在電磁式互感器中，一般采用電力電容器，而在電子式電壓互感器不采用電力電容器，而采用等效電容器。這個等效電容分壓器需要附加一個轉(zhuǎn)換電路裝置來調(diào)整輸出信號幅值和相角，滿足數(shù)字化電站發(fā)展的需要。因此，當(dāng)前需要一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置的技術(shù)方案來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置，解決了在環(huán)境和溫度等外界因素干擾的情況下，電子式電容分壓器的輸出信號可以保證精度的問題。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置，包括依次互相連接的輸入保護(hù)單元、放大單元、補(bǔ)償單元、移相積分單元和跟隨單元，其中輸入保護(hù)單元的輸入端接入電子式電容分壓器的測得的信號，補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，與該補(bǔ)償單元的另一輸入端接入的信號進(jìn)行加或減的信號控制，跟隨單元輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述輸入保護(hù)單元包括多個阻抗單元、多個二極管單元和瞬態(tài)抑制二極管單元，對輸入的電子式電容分壓器的測得的信號進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述輸入保護(hù)單元包括3個電阻、2個二極管和一瞬態(tài)抑制二極管，其中第一電阻的一端作為輸入保護(hù)單元的輸入端，用于接入電子式電容分壓器的測得的信號，第一電阻的另一端連接所述放大單元的輸入端，第一二極管的正極、 瞬態(tài)抑制二極管的一端、第二電阻的一端和第三二極管的正極均接地，第一二極管的負(fù)極、 瞬態(tài)抑制二極管的另一端、第二電阻的另一端、第三二極管的負(fù)極均與第一電阻的另一端連接，第三二極管的負(fù)極連接第二二極管的負(fù)極，第二二極管的正極與第二電阻的另一端連接。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述放大單元包括多個運(yùn)算放大單元和多個阻抗單元，通過多個運(yùn)算放大器單元進(jìn)行輸入信號的放大或縮小，并通過多個阻抗單元進(jìn)行幅值調(diào)整。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述放大單元包括2個運(yùn)算放大器、2個電阻和一可變電阻，其中第一運(yùn)算放大器的反相輸入端作為輸入端，連接所述第一電阻的另一端，第一運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第三電阻的一端，第四電阻的一端、第二運(yùn)算放大器的反相輸入端均與第三電阻的另一端連接，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，第四電阻的另一端與第一可變電阻的一端連接， 第一可變電阻的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述補(bǔ)償單元包括4個電阻和一運(yùn)算放大器，其中第五電阻的一端與放大單兀的輸出端連接，第三運(yùn)算放大器的反相輸入端、第八電阻的一端均與第五電阻的另一端連接，第八電阻的另一端連接第三運(yùn)算放大器的輸出端，第六電阻的一端、第七電阻的一端均與第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第六電阻的另一端作為補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，第七電阻的另一端接地。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述移相積分單元包括阻抗單元、多個容抗單元和運(yùn)算放大單元，對輸入信號相角的大小進(jìn)行調(diào)整。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述移相積分單元包括4個電容、一運(yùn)算放大器、 一電阻和一可變電阻，其中第九電阻的一端連接補(bǔ)償單兀的輸出端，第一電容的一端、第二電容的一端和第二可變電阻的一端均與第九電阻的另一端連接，第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，同時第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的輸出端連接，第四運(yùn)算放大器的同相輸入端、第三電容的一端和第四電容的一端均與第二可變電阻的另一端連接，第三電容的另一端和第四電容的另一端均接地。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述跟隨單元包括多個阻抗單元、容抗單元和運(yùn)算放大單元，提高轉(zhuǎn)換裝置的帶載能力。進(jìn)一步地，上述裝置還可包括所述跟隨單元包括2個電阻、一運(yùn)算放大器和一電容，其中第十電阻的一端連接移相積分單元的輸出端，第十電阻的另一端連接第五運(yùn)算放大器的同相輸入端，第五運(yùn)算放大器的反相輸入端與第五運(yùn)算放大器的輸出端連接，第五運(yùn)算放大器的輸出端連接第十一電阻的一端，第五電容的一端接地，第十一電阻的另一端連接第五電容的另一端并輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。與現(xiàn)有技術(shù)相比，應(yīng)用本發(fā)明，本轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾，穩(wěn)定性好；保障輸出信號精度高，受外界環(huán)境影響小，其中使用環(huán)境溫度范圍大，可以在+85°C --60°C的環(huán)境中使用。


圖I是本發(fā)明中所應(yīng)用的電子式電容分壓器的原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明中電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的轉(zhuǎn)換裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換裝置，可以考慮對電容分壓的基本原理進(jìn)行改進(jìn)，在低壓電容兩端并聯(lián)一個精密取樣電阻R，這樣電容分壓器的輸出電壓正比于被測電壓對時間的微分，引入電阻R后，電容分壓器就是一個相位超前環(huán)節(jié)，加一個積分環(huán)節(jié)就可以測量出一次電壓。從理論上講，通過取樣電阻的選擇，可以實(shí)現(xiàn)對不同電壓等級的電壓傳感，而無需改變分壓電容的設(shè)置。但是考慮到取樣電阻R變大會增大響應(yīng)時間，故R也不宜取得過大。當(dāng)線路短路或斷路故障出現(xiàn)時，存儲在電容分壓器中的能量可以通過并聯(lián)在低壓側(cè)分壓電容上的電阻 R快速釋放，從而對輸電線路上的電壓變化實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)跟蹤測量，其中需要增加的是一個積分環(huán)節(jié)。電子式電容分壓器很容易受外界的溫度變化而影響輸出信號的精度，這是電子式電容分壓器的普遍現(xiàn)象，本轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償，經(jīng)過形成樣機(jī)試驗(yàn)和產(chǎn)品長期運(yùn)行， 證明溫度補(bǔ)償準(zhǔn)確；而且轉(zhuǎn)換電路長期運(yùn)行穩(wěn)定。本發(fā)明的電子式電容分壓器按照國標(biāo)設(shè)計(jì)的，輸出信號為模擬量。按照國標(biāo)GB/T20840. 7-2007電子式電壓互感器的規(guī)定，電子式電壓互感器輸出的額定值為1.625V、2V、3. 25V、4V、6. 5/ V 3V，或是這些值的I/ V 3。如圖I所示，本發(fā)明的轉(zhuǎn)換裝置直接與電子式電容分壓器的輸出相連接，轉(zhuǎn)換裝置的輸出信號與繼電保護(hù)和測量儀表相連接，其中Cl是高壓電容器；C2是低壓電容器。轉(zhuǎn)換裝置的框圖如圖2所示，電路包括輸入保護(hù)單元201、放大單元202、補(bǔ)償單元203、移相積分單元204和跟隨單元205。轉(zhuǎn)換裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，R1、R2、D1、D2、D3和TVS (瞬態(tài)抑制二極管)組成輸入保護(hù)單元，信號輸入經(jīng)過這個環(huán)節(jié)，進(jìn)行初步調(diào)整。電路運(yùn)行時，一次側(cè)產(chǎn)生的高電壓脈沖經(jīng)過這個環(huán)節(jié)濾掉，保護(hù)后面的電路環(huán)節(jié)。IC1、IC2、組成放大單元(可以對輸入信號進(jìn)行放大或縮小)，輸入信號的大小經(jīng)過這個環(huán)節(jié)的R3、R4和Wl進(jìn)行幅值調(diào)整。R5、R6、 R7、R8和IC3組成補(bǔ)償單元，外界環(huán)境溫度的擾動，會對電容分壓器的輸出變比有很大的影響，通過Vin2輸入測溫補(bǔ)償信號與原信號進(jìn)行加或減，來保證輸出信號不變。R9、Cl、C2、 C3、C4、W2和IC4組成移相積分單元，輸入信號的相角大小經(jīng)過這個環(huán)節(jié)的C1、C2、C3、C4和 W2進(jìn)行調(diào)整。R10、R11、IC5和C5組成跟隨單元，這個環(huán)節(jié)可以提高電路的帶載能力。Vinl 和Vout分別是轉(zhuǎn)換電路的輸入和輸出端子。本發(fā)明的轉(zhuǎn)換裝置中電阻、電容和運(yùn)放等元器件都采用工業(yè)級設(shè)計(jì)，使得本轉(zhuǎn)換裝置運(yùn)行更穩(wěn)定，精度高。本發(fā)明的電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置，包括依次互相連接的輸入保護(hù)單元、放大單元、補(bǔ)償單元、移相積分單元和跟隨單元，其中輸入保護(hù)單元的輸入端接入電子式電容分壓器的測得的信號，補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，與該補(bǔ)償單元的另一輸入端接入的信號進(jìn)行加或減的信號控制，跟隨單元輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。所述輸入保護(hù)單元包括多個阻抗單元、多個二極管單元和瞬態(tài)抑制二極管單元， 對輸入的電子式電容分壓器的測得的信號進(jìn)行調(diào)整。所述輸入保護(hù)單元包括3個電阻、2個二極管和一瞬態(tài)抑制二極管，其中第一電阻的一端作為輸入保護(hù)單元的輸入端，用于接入電子式電容分壓器的測得的信號，第一電阻的另一端連接所述放大單元的輸入端，第一二極管的正極、瞬態(tài)抑制二極管的一端、第二電阻的一端和第三二極管的正極均接地，第一二極管的負(fù)極、瞬態(tài)抑制二極管的另一端、第二電阻的另一端、第三二極管的負(fù)極均與第一電阻的另一端連接，第三二極管的負(fù)極連接第二二極管的負(fù)極，第二二極管的正極與第二電阻的另一端連接。所述放大單元包括多個運(yùn)算放大單元和多個阻抗單元，通過多個運(yùn)算放大器單元進(jìn)行輸入信號的放大或縮小，并通過多個阻抗單元進(jìn)行幅值調(diào)整。所述放大單元包括2個運(yùn)算放大器、2個電阻和一可變電阻，其中第一運(yùn)算放大器的反相輸入端作為輸入端，連接所述第一電阻的另一端，第一運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第三電阻的一端，第四電阻的一端、第二運(yùn)算放大器的反相輸入端均與第三電阻的另一端連接，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，第四電阻的另一端與第一可變電阻的一端連接，第一可變電阻的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端。所述補(bǔ)償單元包括4個電阻和一運(yùn)算放大器，其中第五電阻的一端與放大單元的輸出端連接，第三運(yùn)算放大器的反相輸入端、第八電阻的一端均與第五電阻的另一端連接， 第八電阻的另一端連接第三運(yùn)算放大器的輸出端，第六電阻的一端、第七電阻的一端均與第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第六電阻的另一端作為補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，第七電阻的另一端接地。所述移相積分單元包括阻抗單元、多個容抗單元和運(yùn)算放大單元，對輸入信號相角的大小進(jìn)行調(diào)整。所述移相積分單元包括4個電容、一運(yùn)算放大器、一電阻和一可變電阻，其中第九電阻的一端連接補(bǔ)償單兀的輸出端，第一電容的一端、第二電容的一端和第二可變電阻的一端均與第九電阻的另一端連接，第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，同時第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的輸出端連接，第四運(yùn)算放大器的同相輸入端、第三電容的一端和第四電容的一端均與第二可變電阻的另一端連接，第三電容的另一端和第四電容的另一端均接地。所述跟隨單元包括多個阻抗單元、容抗單元和運(yùn)算放大單元，提高轉(zhuǎn)換裝置的帶載能力。所述跟隨單元包括2個電阻、一運(yùn)算放大器和一電容，其中第十電阻的一端連接移相積分單元的輸出端，第十電阻的另一端連接第五運(yùn)算放大器的同相輸入端，第五運(yùn)算放大器的反相輸入端與第五運(yùn)算放大器的輸出端連接，第五運(yùn)算放大器的輸出端連接第十一電阻的一端，第五電容的一端接地，第十一電阻的另一端連接第五電容的另一端并輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。本轉(zhuǎn)換裝置中的運(yùn)算放大器IC1-IC5均為0P07，工業(yè)級精密儀表放大器；C1、C2、 C3和C4均為O. OluF ；R1的阻值是50K, R2的阻值是1K，D1、D2、D3為二極管，型號是1N4735, TVS是雙端穩(wěn)壓6V，R3的阻值是5K，R4的阻值是10K，Wl的阻值是10K，R5、R6、R7、R8的阻值都是1K，R9、RlO和Rll的阻值都是5K，W2的阻值是10K，C5的值為O. IuF0本裝置具有以下特點(diǎn)①結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾，穩(wěn)定性好；
②輸出信號精度高，受外界環(huán)境影響??；③使用環(huán)境溫度范圍大，可以是+85°C —60°C。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括依次互相連接的輸入保護(hù)單元、放大單元、補(bǔ)償單元、移相積分單元和跟隨單元，其中輸入保護(hù)單元的輸入端接入電子式電容分壓器的測得的信號，補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，與該補(bǔ)償單元的另一輸入端接入的信號進(jìn)行加或減的信號控制，跟隨單元輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述輸入保護(hù)單元包括多個阻抗單元、多個二極管單元和瞬態(tài)抑制二極管單元，對輸入的電子式電容分壓器的測得的信號進(jìn)行調(diào)整。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述輸入保護(hù)單元包括3個電阻、2個二極管和一瞬態(tài)抑制二極管，其中第一電阻的一端作為輸入保護(hù)單元的輸入端，用于接入電子式電容分壓器的測得的信號，第一電阻的另一端連接所述放大單元的輸入端，第一二極管的正極、瞬態(tài)抑制二極管的一端、第二電阻的一端和第三二極管的正極均接地，第一二極管的負(fù)極、瞬態(tài)抑制二極管的另一端、第二電阻的另一端、第三二極管的負(fù)極均與第一電阻的另一端連接，第三二極管的負(fù)極連接第二二極管的負(fù)極，第二二極管的正極與第二電阻的另一端連接。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述放大單元包括多個運(yùn)算放大單元和多個阻抗單元，通過多個運(yùn)算放大器單元進(jìn)行輸入信號的放大或縮小，并通過多個阻抗單元進(jìn)行幅值調(diào)整。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述放大單元包括2個運(yùn)算放大器、2個電阻和一可變電阻，其中第一運(yùn)算放大器的反相輸入端作為輸入端，連接所述第一電阻的另一端，第一運(yùn)算放大器的同相輸入端連接第一運(yùn)算放大器的輸出端，第一運(yùn)算放大器的輸出端連接第三電阻的一端，第四電阻的一端、 第二運(yùn)算放大器的反相輸入端均與第三電阻的另一端連接，第二運(yùn)算放大器的同相輸入端接地，第四電阻的另一端與第一可變電阻的一端連接，第一可變電阻的另一端連接第二運(yùn)算放大器的輸出端。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述補(bǔ)償單元包括4個電阻和一運(yùn)算放大器，其中第五電阻的一端與放大單元的輸出端連接，第三運(yùn)算放大器的反相輸入端、第八電阻的一端均與第五電阻的另一端連接，第八電阻的另一端連接第三運(yùn)算放大器的輸出端，第六電阻的一端、第七電阻的一端均與第三運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，第六電阻的另一端作為補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，第七電阻的另一端接地。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述移相積分單元包括阻抗單元、多個容抗單元和運(yùn)算放大單元，對輸入信號相角的大小進(jìn)行調(diào)整。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述移相積分單元包括4個電容、一運(yùn)算放大器、一電阻和一可變電阻，其中第九電阻的一端連接補(bǔ)償單兀的輸出端，第一電容的一端、第二電容的一端和第二可變電阻的一端均與第九電阻的另一端連接，第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的反相輸入端連接，同時第一電容的另一端、第二電容的另一端均與第四運(yùn)算放大器的輸出端連接，第四運(yùn)算放大器的同相輸入端、第三電容的一端和第四電容的一端均與第二可變電阻的另一端連接，第三電容的另一端和第四電容的另一端均接地。
9.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述跟隨單元包括多個阻抗單元、容抗單元和運(yùn)算放大單元，提高轉(zhuǎn)換裝置的帶載能力。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述跟隨單元包括2個電阻、一運(yùn)算放大器和一電容，其中第十電阻的一端連接移相積分單元的輸出端，第十電阻的另一端連接第五運(yùn)算放大器的同相輸入端，第五運(yùn)算放大器的反相輸入端與第五運(yùn)算放大器的輸出端連接，第五運(yùn)算放大器的輸出端連接第十一電阻的一端，第五電容的一端接地，第十一電阻的另一端連接第五電容的另一端并輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。
全文摘要
一種電子式電容分壓器的轉(zhuǎn)換裝置，包括依次互相連接的輸入保護(hù)單元、放大單元、補(bǔ)償單元、移相積分單元和跟隨單元，其中輸入保護(hù)單元的輸入端接入電子式電容分壓器的測得的信號，補(bǔ)償單元的一輸入端接入測溫補(bǔ)償信號，與該補(bǔ)償單元的另一輸入端接入的信號進(jìn)行加或減的信號控制，跟隨單元輸出最終轉(zhuǎn)換后的電子式電容分壓器測得的信號。應(yīng)用本發(fā)明，解決了在環(huán)境和溫度等外界因素干擾的情況下，電子式電容分壓器的輸出信號可以保證精度的問題。
文檔編號G01R15/06GK102608378SQ20121005910
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者關(guān)守義, 張明浩 申請人:北京瑞奇恩互感器設(shè)備有限公司