CN105372498A - 用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，解决了现有的微小阻抗确定方法因测量精度低而不能准确测得分流器阻抗参数的问题。包括可变频交流电流源、多用表、锁相放大器、参考阻抗元件、以及测量参考阻抗元件阻抗角所用的RLC分析仪，参考阻抗元件应满足用RLC分析仪测量其阻抗值时相对误差可忽略，其阻抗角可准确测得。本发明阐述的用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，针对分流器因阻抗参数过小，现有RLC分析仪或网络分析仪等测量方法无法精准确定其阻抗参数的问题提供解决方案，本方法可根据暂态电流的频率分量精准确定不同频率点下的分流器阻抗参数，分流器阻抗参数确定结果的一致性好，准确可靠。

Description

用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法
技术领域
本发明为一种用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，属于电气测量领域。
背景技术
分流器是电气工程领域重要的电流传感器，常用于大电流测定。当测定恒定电流时，分流器的电路模型为一个电阻，电阻值为厂家标定值,被测电流通过分流器时，将分流器输出的电压信号除以分流器电阻值即得被测电流；暂态电流为幅值随时间变化的非恒定电流，可分解为不同频率的正弦电流分量，当测定暂态电流时，分流器电路模型通常为电阻和电感的串联，电阻和电感构成了分流器的阻抗参数，阻抗参数体现为阻抗模值和阻抗角两部分，测定时被测电流为分流器输出的电压相量除以分流器的阻抗参数。根据集肤效应及分流器的结构，在不同频率下，电流通过分流器时的电流密度分布情况不同，导致分流器阻抗参数无法与频率建立简单的量化关系。暂态大电流由不同频率分量的正弦电流组成，由于不同频率下分流器的阻抗参数不同，需要根据被测电流确定相应频率点下的分流器阻抗参数，进而计算这些频率点下的电流分量，最终由不同频率点下的电流分量叠加后得到被测电流的测定结果。因此在暂态电流测定前，必须根据被测电流的频率分量确定某些频率点下分流器的阻抗参数，才能得到准确的被测电流。现有的微小阻抗参数确定方法有RLC分析仪法、矢量网络分析仪法、开尔文电桥法等，由于分流器的阻抗值通常极小一般为微欧级，这些方法不能满足分流器阻抗参数的确定要求。RLC分析仪法因缺乏标准的仪器短路校验方法和内部标准阻抗不满足测量精度要求，导致RLC分析仪的测量精度有限；矢量网络分析仪法同样受到仪器短路校验方法的限制，而且在千赫兹及以下频率范围测量时效果不佳；搭建开尔文电桥的方法因较难找到标准阻抗元件和高精度检流装置，也不能达到分流器阻抗参数的测量精度。
发明内容
本发明提供了一种用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，解决了现有的微小阻抗确定方法因测量精度低而不能准确测得分流器阻抗参数的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，包括可变频交流电流源、多用表A、锁相放大器LIA、参考阻抗元件、以及测量参考阻抗元件阻抗角所用的RLC分析仪。各部分的功能要求如下：可变频交流电流源应能够设置频率值和电流输出值，能够提供所需频率点下整个电路的激励电流；多用表A应能够测量电路中的电流值和频率值；锁相放大器LIA应能够在所需频率点下正常工作；参考阻抗元件阻抗值较被测分流器阻抗值大得多，激励电流通过后能够为锁相放大器LIA提供参考电压信号；RLC分析仪应能够在所需频率点下准确测量参考阻抗元件的阻抗角。
各部分的连接方式如下：可变频交流电流源的正极通过BNC线与多用表A的输入端电连接，多用表A设置频率/电流测量模式，多用表A的输出端与参考阻抗元件的一端电连接，参考阻抗元件的另一端与被测分流器SHUNT的输入端电连接，被测分流器SHUNT的输出端通过BNC线与可变频交流电流源的负极电连接在一起，参考阻抗元件的两端通过BNC线与锁相放大器LIA的参考电压输入端口电连接在一起，被测分流器SHUNT的测量端通过BNC线与锁相放大器LIA（5）的测量电压输入端口电连接在一起。
测量时首先确定被测电流所包含的频率分量,…，采用RLC分析仪测量这些频率点下参考阻抗元件的阻抗角,…，然后搭建如上所述的用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定系统，针对某一频率点，设定可变频交流电流源输出该频率点下幅值为的电流激励，调整锁相放大器，采集到被测分流器两端的电压值，被测分流器电压信号与参考阻抗元件电压信号之间的相角差，之后计算该频率下被测分流器的电路模型，该频率下分流器阻抗模值等于电压值除以电流值，分流器阻抗角等于从锁相放大器读取的相角差与参考阻抗元件阻抗角之和，得到频率点下分流器阻抗参数为。然后按照上述方法依次确定其它频率点…下的分流器阻抗参数，最终得到各频率分量下的分流器阻抗参数，。
本发明可根据暂态电流所包含的频率分量精准确定不同频率点下的分流器阻抗参数，确定的频率范围取决于电流源的输出能力和锁相放大器的检测能力，本方法无需附加电磁屏蔽措施，确定结果的一致性好，稳定可靠。
附图说明
图1是用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法结构示意图；
图2是采用RLC分析仪测量参考阻抗元件阻抗角的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，包括可变频交流电流源1、多用表A2、锁相放大器LIA5、参考阻抗元件3和RLC分析仪6，其特征在于以下步骤：
第一步：根据被测暂态电流测定过程中分流器输出的电压信号确定被测暂态电流所包含的频率分量,…，即需确定分流器阻抗参数的个频率点为,…；
第二步：分别在频率点,…下，采用RLC分析仪6对参考阻抗元件3的阻抗角进行测量,得到参考阻抗元件3在频率,…下的阻抗角,…；
第三步：搭建用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定系统的测量电路：可变频交流电流源1的正极通过BNC线与多用表A2的输入端电连接，多用表A2设置频率/电流测量模式，多用表A2的输出端与参考阻抗元件3的一端电连接，参考阻抗元件3的另一端与被测分流器SHUNT4的输入端电连接，被测分流器SHUNT4的输出端通过BNC线与可变频交流电流源的负极电连接在一起，参考阻抗元件3的两端通过BNC线与锁相放大器LIA5的参考电压输入端口9电连接在一起，被测分流器SHUNT4的测量端通过BNC线与锁相放大器LIA5的测量电压输入端口8电连接在一起；
第四步：调节可变频交流电流源1，输出频率下幅值的电流激励，根据可变频交流电流源1的输出能力决定，检查多用表A2显示的频率值和电流值；
第五步：调节锁相放大器LIA5，待数据稳定显示后读取电压值和相角值，即为频率下被测分流器4的输出电压，为被测分流器4输出的电压信号与参考阻抗元件3输出的电压信号之间的相角差；
第六步：计算频率下的分流器的阻抗参数，其中阻抗模值等于第五步读取的电压值除以第四步设定的电流值，阻抗角等于第五步读取的相角差与第二步得到的之和；
第七步：依次在频率…下重复第四步至第六步，完成全部个频率点下分流器阻抗参数的确定，最终得到各频率分量下分流器阻抗参数，；
第八步；根据各频率分量下确定的分流器阻抗参数，，以及暂态电流测定时中采集到的电压数据，确定各频率分量下的被测电流分量，最终由不同频率分量下的被测电流分量叠加后得到被测暂态电流的测定结果。

Claims (1)

1.一种用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定方法，包括可变频交流电流源（1）、多用表A（2）、锁相放大器LIA（5）、参考阻抗元件（3）和RLC分析仪（6），其特征在于以下步骤：
第一步：根据被测暂态电流测定过程中分流器输出的电压信号确定被测暂态电流所包含的频率分量,…，即需确定分流器阻抗参数的个频率点为,…；
第二步：分别在频率点,…下，采用RLC分析仪（6）对参考阻抗元件（3）的阻抗角进行测量,得到参考阻抗元件（3）在频率,…下的阻抗角,…；
第三步：搭建用于暂态电流测定的分流器阻抗参数确定系统的测量电路：可变频交流电流源（1）的正极通过BNC线与多用表A（2）的输入端电连接，多用表A（2）设置频率/电流测量模式，多用表A（2）的输出端与参考阻抗元件（3）的一端电连接，参考阻抗元件（3）的另一端与被测分流器SHUNT（4）的输入端电连接，被测分流器SHUNT（4）的输出端通过BNC线与可变频交流电流源的负极电连接在一起，参考阻抗元件（3）的两端通过BNC线与锁相放大器LIA（5）的参考电压输入端口（9）电连接在一起，被测分流器SHUNT（4）的测量端通过BNC线与锁相放大器LIA（5）的测量电压输入端口（8）电连接在一起；
第四步：调节可变频交流电流源（1），输出频率下幅值的电流激励，根据可变频交流电流源1的输出能力决定，检查多用表A（2）显示的频率值和电流值；
第五步：调节锁相放大器LIA（5），待数据稳定显示后读取电压值和相角值，即为频率下被测分流器4的输出电压，为被测分流器4输出的电压信号与参考阻抗元件（3）输出的电压信号之间的相角差；
第六步：计算频率下的分流器的阻抗参数，其中阻抗模值等于第五步读取的电压值除以第四步设定的电流值，阻抗角等于第五步读取的相角差与第二步得到的之和；
第七步：依次在频率…下重复第四步至第六步，完成全部个频率点下分流器阻抗参数的确定，最终得到各频率分量下分流器阻抗参数，；
第八步；根据各频率分量下确定的分流器阻抗参数，，以及暂态电流测定时中采集到的电压数据，确定各频率分量下的被测电流分量，最终由不同频率分量下的被测电流分量叠加后得到被测暂态电流的测定结果。
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