氣隙變壓器的通帶的校正的制作方法
【專利摘要】一種用于具有截止頻率的氣隙變壓器的通帶的校正設(shè)備，其特征在于它包括適于串聯(lián)連接到變壓器的濾波器，并且在于濾波器適于對于低于變壓器的截止頻率的頻率放大它從變壓器接收到的信號，以便增加安裝有校正設(shè)備的變壓器的通帶，并且具有低于變壓器的截止頻率的截止頻率。
【專利說明】氣隙變壓器的通帶的校正

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 此發(fā)明大體上涉及電氣變壓器，并且具體地涉及氣隙變壓器，如同尤其是用于在 電氣裝置中進行電流測量的那些。

【背景技術(shù)】
[0002] 如果考慮安裝有斷路器的電線，則當斷路器被閉合時，瞬時電流被重疊在標稱電 流上。與標稱電流相比，此瞬時電流具有相對_的強度。
[0003] 設(shè)計安裝在此電線上的測量變壓器時必須考慮瞬時電流。
[0004] 變壓器具有鐵芯，并且它的一個特征是在給定的電流通過它時開始，它變得飽和。 因此，變壓器必須被設(shè)計為對于預期的瞬時電流避免飽和。
[0005] Rogowski線圈是用于測量交變電流的無鐵芯設(shè)備。避免了飽和現(xiàn)象，但是 Rogowski線圈對電磁干擾敏感，并且此類型的設(shè)備在實踐中不用在中高壓裝置中。
[0006] 在實踐中，測量變壓器是沒有氣隙或具有最小氣隙的變壓器。氣隙的存在將飽和 推到更高的電平。換言之，在氣隙變壓器中飽和發(fā)生所在的電流高于在具有相同尺寸但是 沒有氣隙的變壓器中飽和發(fā)生所在的電流。
[0007] 然而，氣隙變壓器執(zhí)行可以通過一階高通濾波器傳遞函數(shù)建模（model)的傳遞函 數(shù)。如圖1中所示，傳遞函數(shù)在截止頻率&以下是上升直線，然后在截止頻率以上具有恒 定增益。截止頻率隨著氣隙增加而增加。
[0008] 因而，低于截止頻率的頻率被減弱，并且它們的相位被移位。換言之，此高通或微 分濾波器消除信號的DC分量。此濾波是以減小飽和現(xiàn)象以及進而導致的給定性能的變壓 器的尺寸為目的的氣隙的存在的不需要的結(jié)果。因此，必須在性能、設(shè)計、飽和以及濾波之 間尋找折衷。實踐中以精確的需要防止使用相當大的氣隙。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目標是通過提供具有截止頻率的氣隙變壓器的通帶的校正的設(shè)備來解 決根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的問題，所述設(shè)備的特征在于它包括適于串聯(lián)連接到變壓器的濾波器，并 且在于濾波器適于對于低于變壓器的截止頻率的頻率放大它從變壓器接收到的信號，以便 增加安裝有校正設(shè)備的變壓器的通帶，并且具有低于變壓器的截止頻率的截止頻率。
[0010] 因而安裝有校正設(shè)備的氣隙變壓器的通帶類似于沒有氣隙或具有更小氣隙的變 壓器的通帶。使用本發(fā)明，可以設(shè)計減小或消除其低頻濾波問題的氣隙變壓器，這簡化了在 性能、設(shè)計和飽和之間尋找折衷的問題。
[0011] 例如，對于給定的性能，可以設(shè)計出更小、重量更輕、更便宜的變壓器，其具有在瞬 時電流的存在下不飽和的良好能力。
[0012] 應該注意到根據(jù)本發(fā)明的安裝有校正設(shè)備的氣隙變壓器與Rogowski線圈相比， 對電磁干擾更不敏感。
[0013] 校正設(shè)備可以用在氣隙變壓器中，或者用在保護繼電器中，或者用在數(shù)字處理系 統(tǒng)中。
[0014] 校正設(shè)備在維持氣隙的益處的同時充當氣隙減小器。
[0015] 根據(jù)一個優(yōu)選特征，濾波器是截止頻率等于變壓器截止頻率的一階濾波器。
[0016] 根據(jù)另一優(yōu)選特征，濾波器是具有低于變壓器的截止頻率的截止頻率的具有大于 或等于二的階數(shù)的濾波器，適于對低于濾波器的截止頻率的頻率充當微分濾波器，對在濾 波器的截止頻率與變壓器的截止頻率之間的頻率充當積分濾波器，并且對于高于變壓器的 截止頻率的頻率具有恒定增益。
[0017] 根據(jù)一個優(yōu)選實施例，校正設(shè)備被模擬地實施。
[0018] 根據(jù)替換優(yōu)選特征，校正設(shè)備被數(shù)字地實施。
[0019] 本發(fā)明還涉及具有如同上述的設(shè)備的氣隙變壓器。
[0020] 本發(fā)明還涉及安裝有如同上述的并且適于連接至氣隙變壓器的輸出側(cè)的保護繼 電器。
[0021] 本發(fā)明還涉及用于具有截止頻率的氣隙變壓器的通帶的校正的方法，其特征在于 它包括步驟：
[0022] -測量在來自氣隙變壓器的輸出處的電流信號的值，
[0023]_對測量到的值應用濾波來對低于變壓器截止頻率的頻率放大電流信號，以便安 裝有校正設(shè)備的變壓器的通帶被擴大，并且具有低于變壓器的截止頻率的截止頻率。
[0024] 氣隙變壓器、保護繼電器和方法具有與上述那些類似的優(yōu)點。
[0025] 在一個特定的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法中的步驟通過計算機程序指令來執(zhí) 行。
[0026] 因此，本發(fā)明還涉及信息介質(zhì)上的計算機程序，此程序可能用在計算機中，此程序 包括適于執(zhí)行如同上述的方法中的步驟的指令。
[0027] 此程序可以用任何編程語言來寫，并且可以是源代碼的形式、目標代碼的形式或 介于源代碼和目標代碼之間的代碼的形式（諸如部分編譯的形式），或者任何其它期望的 形式。
[0028] 本發(fā)明還涉及可以通過計算機讀取并且包含適于如同上述的方法中的步驟的應 用的計算機程序指令的信息介質(zhì)。
[0029] 信息介質(zhì)可以是能夠存儲程序的任何實體或設(shè)備。例如，介質(zhì)可以包括諸如ROM 的存儲部件，例如CD ROM或微電子電路ROM;或包括磁記錄部件，例如磁帶或硬盤。
[0030] 此外，信息介質(zhì)可以是可發(fā)送載體，諸如電或光信號，并且它可以通過電纜或光 纜，或通過無線電或通過其它手段來路由。特別是，根據(jù)本發(fā)明的程序可以從互聯(lián)網(wǎng)型的網(wǎng) 絡下載。
[0031] 替換地，信息載體可以是程序包括在其中的集成電路，該電路適于運行根據(jù)本發(fā) 明的方法或用在根據(jù)本發(fā)明的方法的運行中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 在閱讀作為參照附圖公開的非限制性示例而給出的優(yōu)選實施例之后，其它特征和 優(yōu)點將變得清楚，附圖中：
[0033]-圖1示出氣隙變壓器的傳遞函數(shù)，
[0034] -圖2a示出本發(fā)明的示例實施例，
[0035] -圖2b示出本發(fā)明的另一示例實施例，
[0036] -圖3示出對在其上安裝有根據(jù)本發(fā)明的校正設(shè)備的氣隙變壓器建模的電路，
[0037] -圖4a示出沒有校正設(shè)備的氣隙變壓器的波德（Bode)圖，
[0038] -圖4b示出校正設(shè)備的波德圖，
[0039] -圖4c示出具有校正設(shè)備的氣隙變壓器的波德圖，
[0040] -圖5示出具有和沒有校正設(shè)備的氣隙變壓器的時間響應，
[0041] -圖6示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的實施例，并且
[0042] -圖7示出根據(jù)本發(fā)明的用于氣隙變壓器的通帶校正方法的實施例。

【具體實施方式】
[0043] 圖1已經(jīng)在前文中評論過，將不再評論。
[0044] 根據(jù)參照圖2a描述的本發(fā)明的一個示例實施例，電線1的一段受到包括保護繼電 器2和3以及監(jiān)視和外部控制器件4的保護系統(tǒng)保護。
[0045] 保護繼電器2和3通過變壓器18連接至線1以便獲取關(guān)于線的狀態(tài)的模擬信息。
[0046] 變壓器18的次級電路連接至作為氣隙變壓器的變壓器20和30的初級電路。變 壓器20的次級電路輸出電流信息到保護繼電器2,更精確地是到繼電器2中包括的控制電 路16。類似地，變壓器30的次級電路輸出電流信息到保護繼電器3,更精確地是到繼電器3 中包括的控制電路14。因而，通過變壓器18、20和30,在兩步中進行關(guān)于線1的電流獲取。 變壓器20和30均安裝有根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
[0047] 保護繼電器3用于修改保護繼電器2的操作。為了實現(xiàn)這點，來自保護繼電器3 的輸出9與到狀態(tài)獲取設(shè)備100的輸入連接，狀態(tài)獲取設(shè)備100集成在保護繼電器2中或 與其關(guān)聯(lián)。
[0048] 通過為保護系統(tǒng)提供安全電源的電池8,對保護系統(tǒng)供電。
[0049] 到保護繼電器3的控制電路14的輸入通過變壓器30接收關(guān)于線1的狀態(tài)的信 息。來自控制電路14的輸出連接至接觸器10。通過電路14控制接觸器10,使得當接觸器 10閉合時通過電池8對保護繼電器2的狀態(tài)獲取設(shè)備100供電。
[0050] 保護繼電器2使用如此通過繼電器3發(fā)送的信息以及從它自己的控制電路16輸 出的數(shù)據(jù)來確定要采取的行為。來自控制電路16的輸出連接至接觸器12,接觸器12的輸 出5自身連接至解扣電路6。
[0051] 解扣電路6控制與要被保護的線1串聯(lián)連接的斷路器7的操作，以控制電流。
[0052] 外部監(jiān)視和控制器件4是來自未示出的外部器件的接觸器。
[0053] 圖2b示出本發(fā)明的另一示例實施例。如在圖2a中，電線1的一段受到包括保護 繼電器2和3以及外部監(jiān)視和控制器件4的保護系統(tǒng)保護。在圖2b和2a中，相同的參考 標號被分配給相似的元件。下面將僅僅描述與圖2a的差異。
[0054] 保護繼電器2和3通過變壓器18連接至線1以便獲取關(guān)于線的狀態(tài)的模擬信息。 在此示例中，變壓器18是測量線1中的電流的氣隙變壓器。變壓器18包含根據(jù)本發(fā)明的 設(shè)備。
[0055] 變壓器18的次級電路連接至到控制電路40的輸入。來自控制電路40的輸出連 接至保護繼電器2和3的每個。不同于圖2a，保護繼電器2和3不包含任何變壓器。
[0056]參照圖3,擁有根據(jù)本發(fā)明的通帶校正系統(tǒng)的氣隙變壓器通過等效電路來建模。 [0057] 為了對變壓器建模，電路本質(zhì)上包括電流源100、電感器101和電阻器102。電流 源100表示具有1:1的變壓比的理想電流變壓器。電感器101對如通過變壓器的次級看到 的磁化電感建模。電阻器102表示變壓器的次級繞組的內(nèi)電阻。
[0058] 更精確地，從接地端開始，電路包括連接至電流源100的一端的電阻器104。電流 源100的另一端連接至電感器101的一端和電阻器102的一端。電阻器104用來測量注入 到變壓器中的電流。
[0059] 電感器101的另一端接地，并且電阻器102的另一端連接至測量電阻器103的一 端。電阻器103的另一端接地。
[0060] 最后，電容器105與測量電阻器103并聯(lián)連接。電容器105限制由于任何EMC干 擾導致的高頻。
[0061] 通帶校正設(shè)備通過一階濾波器來建模。從到電阻器102和103的公共端開始，校 正濾波器包括電阻器201，電阻器201的另一端連接至兩個并聯(lián)支路。第一支路包括與電容 器203串聯(lián)的電阻器202。第二支路包括與電容器205串聯(lián)連接的電阻器204,電容器205 自身與電阻器206串聯(lián)連接。運算放大器207與電阻器206并聯(lián)連接。運算放大器207的 反相輸入連接在電容器205和電阻器206之間，并且它的非反相輸入接地。來自運算放大 器207的輸出連接至電阻器206和電容器203的公共端。最后，此公共端連接至電阻器208 的一端，電阻器208的另一端接地。
[0062] 作為變體，校正設(shè)備既不包括電阻器204和206也不包括電容器205。在這種情況 中，它僅包括電阻器201和202、電容器203和放大器207。
[0063] 變壓器的等效電路的時間常數(shù)是L/R，其中L是電感器101的電感，并且R是總電 阻，即電阻器102和103的電阻的和。
[0064] 設(shè)計校正設(shè)備使得它的時間常數(shù)等于變壓器的時間常數(shù)。校正設(shè)備的時間常數(shù)通 過乘積ReCe給定，其中R。是電阻器201和電阻器202的電阻，并且C。是電容器203的電容。 換言之，校正濾波器的截止頻率等于氣隙變壓器的截止頻率。
[0065] 選擇R。和C。的值使得RcA=L/R。應該注意到可以容易地測量L/R量，因為氣隙 變壓器的截止頻率等于1八2. .L/R)。
[0066] 圖4a示出用于沒有校正設(shè)備的氣隙變壓器的波德圖。
[0067] 在所示的示例中，增益曲線（左標度）向上增加至等于大約IOOHz的截止頻率，然 后近似恒定。相位曲線（右標度）顯示在5Hz以下存在大約90度的相移，然后在IkHz以 上相移減小并且變?yōu)?。
[0068] 圖4b示出用于校正設(shè)備的波德圖。
[0069] 在所示的示例中，增益曲線（左標度）向上增加至大約IOOmHz的截止頻率，然后 減小至大約IOOkHz并且在此值以上最終恒定。因而校正設(shè)備在氣隙變壓器的截止頻率以 下的頻帶中充當放大器。
[0070] 相位曲線（右標度）示出在IOmHz以下大約90度的相移的存在，然后上至大約 IHz相移快速減小，并且上至大約IkHz相移增大，并且最終在IkHz以上變?yōu)榱阆嘁啤?br> [0071] 圖4c示出安裝有校正設(shè)備的氣隙變壓器的波德圖。
[0072] 在所示的示例中，增益曲線（左標度）向上增加至等于大約IOOmHz的截止頻率， 然后具有小峰值并且上至大約IOkHz最終變?yōu)榻坪愣?，并且最終在IOkHz以上減小?？?以看出，安裝有校正設(shè)備的氣隙變壓器的截止頻率低于沒有校正設(shè)備的氣隙變壓器的截止 頻率。
[0073] 相位曲線（右標度）示出在IOmHz以下存在大約180度的相移，然后相移快速減 小，在IHz以上變?yōu)?,然后在IkHz以上再次減小。
[0074] 因而，安裝有校正設(shè)備的氣隙變壓器在所示的示例中的從0. 2Hz到IOkHz變化的 頻率范圍之內(nèi)具有恒定增益，并且在所示的示例的從IHz到IkHz變化的頻率范圍中具有零 相移。變壓器的通帶已經(jīng)增加為變得類似于具有小氣隙的變壓器的通帶。變壓器的相移已 經(jīng)被校正。
[0075] 圖5示出具有和不具有校正設(shè)備的氣隙變壓器的時間響應。
[0076] 虛線的曲線示出在電阻器103的兩端處測量的電壓，換言之在變壓器輸出處測量 的電壓。此電壓與變壓器輸出電流成比例。實線曲線示出在電感器101的兩端處的、至變 壓器的輸入電壓。
[0077] 當（在IOOms處）施加電源時，輸出電流具有瞬時狀態(tài)，其間信號的幅度尚未達到 它的標稱值。相似地，當（在200ms處）電壓在變壓器輸入處變?yōu)?時，輸出電流在變?yōu)? 之前具有瞬時狀態(tài)。
[0078] 變壓器輸出電流的相位從輸入電壓的相位被移位。
[0079] 在電阻器208的兩端測量到的、校正設(shè)備的輸出電壓被重疊在輸入電壓上。由于 校正，不再存在任何瞬時狀態(tài)或相移。
[0080] 根據(jù)一個優(yōu)選實施例，還嘗試不放大信號的低頻部分，從而不產(chǎn)生任何不穩(wěn)定性。
[0081] 在這種情況中，校正濾波器是二階濾波器。它包括微分器，換言之，作用在低頻上 的高通濾波器。更精確地，因為校正濾波器本質(zhì)上是積分濾波器，換言之，低通濾波器，所以 提供兩個微分器，一個用來補償積分器而另一個用來有效地獲得微分器。
[0082] 在低頻處的雙微分器和在中頻處的積分器之間的截止角頻率％低于等于（L/ Rr1的氣隙變壓器的截止角頻率。
[0083] 在拉普拉斯范圍中，校正濾波器的傳遞函數(shù)然后可以被寫為：
[0084]

【權(quán)利要求】
1. 一種用于具有截止頻率的氣隙變壓器的通帶的校正設(shè)備，其特征在于它包括適于串 聯(lián)連接到所述變壓器的濾波器，并且特征在于該濾波器適于對低于所述變壓器的截止頻率 的頻率放大它從變壓器接收到的信號，W便增加安裝有校正設(shè)備的變壓器的通帶，并且具 有低于變壓器的所述截止頻率的截止頻率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的校正設(shè)備，其特征在于所述濾波器是一階濾波器，其截止頻率等 于變壓器截止頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的校正設(shè)備，其特征在于所述濾波器是具有低于變壓器的所述截止 頻率的截止頻率的、具有大于或等于二的階數(shù)的濾波器，適于對低于濾波器的截止頻率的 頻率充當微分濾波器，對在濾波器的截止頻率與變壓器的截止頻率之間的頻率充當積分濾 波器，并且對于高于變壓器的截止頻率的頻率具有恒定增益。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一個的校正設(shè)備，其特征在于它被模擬地實施。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至3的任何一個的校正設(shè)備，其特征在于它被數(shù)字地實施。
6. -種安裝有根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一個的校正設(shè)備的氣隙變壓器。
7. -種安裝有根據(jù)權(quán)利要求1至5的任何一個的校正設(shè)備并且適于連接至氣隙變壓器 的輸出側(cè)的保護繼電器。
8. -種用于具有截止頻率的氣隙變壓器的通帶的校正的方法，其特征在于它包括步 驟： -測量巧1)在來自氣隙變壓器的輸出處的電流信號的值， -對測量到的值應用巧2)濾波，其中測量到的值對低于變壓器截止頻率的頻率放大電 流信號，W便安裝有校正設(shè)備的變壓器的通帶被擴大，并且具有低于變壓器的所述截止頻 率的截止頻率。
9. 一種計算機程序，其包括當所述程序通過計算機運行時應用根據(jù)權(quán)利要求8的方法 中的步驟的指令。
10. -種在其上存儲計算機程序的、可W通過計算機讀取的記錄介質(zhì)，該計算機程序包 括用于運行根據(jù)權(quán)利要求8的方法中的步驟的指令。
【文檔編號】G01R31/00GK104345203SQ201410374094
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】M.岡戈 申請人:施耐德電器工業(yè)公司