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罗氏线圈电流互感器系统结构及其频率响应特性

最近更新时间:2020-05-26 19:57:06

电子式电流互感器原理和结构的发展方向可分为有源型和无源型两类,其中有源型具有结构简单,安全可靠且长期工作稳定性好等优点。文中研究一种电力系统计量用有源型电子式电流互感器,其系统结构框图见图4。互感器整体的结构按功能分为罗氏线圈传感器、数据采集系统、合并单元及供电电源4个部分。

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罗氏线圈电流互感器系统结构框图

根据罗氏线圈传感原理,当被测电流频率较低时,罗氏线圈二次侧接近于开路状态,此时罗氏线圈的输岀电压正比于一次被测电流对时间的微分,需外加积分处理环节对微分信号还原,此时罗氏线圈电流互感器工作于外积分方式。

根据输入信号处理方式的不同,积分电路可分为模拟积分和数字积分两种。积分电路的性能决定了互感器的频谱范围、响应时间,是影响基于罗氏线圈的电子式电流互感器准确性和稳定性的重要因素之一。文中研究的电流互感器采用高性能运算放大器构建带有惯性环节的有源模拟积分电路,实现对输入微分电压信号的连续积分,且能够在很宽的频率范围内还原微分信号,保证频率变化时互感器输出的准确度“切。积分电路的原理图上图。

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采用谐振电路原理计算其截止频率,得外积分型罗氏线圈电流互感器的频带为:

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若罗氏线圈参数取表1中的数据,则可得岀罗氏线圈的下限频率九=0.4 Hz,上限频率办=3.7 kHz,工作频带近似为3.7 kHz,与其伯德图中幅频相频特性一致。由此可见罗氏线圈工作在微分状态下,测量回路的下限频率决定于积分电路的时间常数G&,上限频率决定于测量回路的固有谐振频率。文中研究的罗氏线圈电流互感器积分电路的时间常数CR0.44 s,分别更改积分时间常数为0.22,0.88 s,进行传变特性的对比分析,根据式传递函数,可得罗氏线圈电流互感器在lOHz-100 kHz频段的幅频、相频特性见图6

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6 罗氏线圈电流互感器的幅频、相频特性

由伯德图可以得出,该罗氏线圈电流互感器在工频50 Hz时产生的幅值增益为-56.536 dB,对应于幅值增益4=1.49x107;相位偏移为1.46°,且随着频率增大,电流互感器的输岀相移增大。在650 Hz时产生的幅值增益为-56.528 dB,对应于幅值增益R1.491 4X10 3,相差为-0.1° □此时电流互感器在2~ 13次谐波时输岀的幅值增益变化不超过0.094% ,产生的相位偏移不超过1.56,说明文中研究的罗氏线圈电流互感器模型的频率响应特性良好。

对比图6可知,积分时间常数主要影响电流互感器的高频传变特性,且积分时间常数越大,其高频传变特性越好。但随着时间常数的增大,积分器对低频噪声信号的增益加大,对温漂的抑制作用减弱,在优化电流互感器谐波性能时应综合考虑。

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