CN106546798A - 一种模拟积分器及电子电流互感器采集电路 - Google Patents

一种模拟积分器及电子电流互感器采集电路 Download PDF

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张旭乐
朱明东
魏少鹏
柴红伟
杨向阳
张贺
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Abstract

本发明涉及一种模拟积分器及电子电流互感器采集电路，属于电力测量技术领域。本发明通过在运算放大器的第二输入端和输出端之间设置反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻。通过该反馈电路能够抑制积分漂移，减小输入失调电压的影响，衰减低频量，减少零漂，同时满足暂态电流时间衰减时间常数要求，满足罗氏线圈暂态测量准确度要求。

Description

一种模拟积分器及电子电流互感器采集电路
技术领域
本发明涉及一种模拟积分器及电子电流互感器采集电路，属于电力测量技术领域。
背景技术
电子式电流互感器的常用核心传感器件为罗氏线圈，具有无磁滞损耗、无磁饱和、测量频带宽、测试范围广等特点。罗氏线圈将一次电流信号转换为模拟电压信号，即表征一次电流的微分量，需通过采集回路中的积分器进行信号还原，因此，积分器是罗氏线圈电流互感器设计的必要环节。目前，罗氏线圈电流互感器采用的积分器为模拟积分器，包括运算放大器，如图2所示，就是一种基本的模拟积分器，该模拟积分器包括运算放大器，运算放大器的反相输入端通过电阻R接收罗氏线圈的模拟电压信号，运算放大器的正相输入端通过电阻R接地，运算放大器的输出端和反相输入端之间通过反馈电容连接，使输出信号与输入信号的时间积分值成比例。该模拟积分器是在各项参数理想状态下得到的，但是实际中，不可能找到参数完全理想的模拟元件来构成积分器，运算放大器固有输入偏置及温度漂移，将存在积分漂移，影响罗氏线圈暂态及谐波测量性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种模拟积分器，以解决目前模拟积分器存在积分漂移大的问题，同时，本发明还提供了一种电子电流互感器采集电路，以解决现有采集电路由于存在积分漂移导致罗氏线圈暂态测量准确度低的问题。
本发明为解决上述技术问题而提供一种模拟积分器，模拟积分器方案一：包括运算放大器，运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端通过第一电阻接地，第二输入端通过第二电阻用于接收与模拟信号输入端连接，第二输入端和输出端之间通过反馈电容连接，该运算放大器的第二输入端和输出端之间还连接有反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻，所述的高阻值反馈电阻为4.4MΩ以上阻值的电阻。
模拟积分器方案二：在模拟积分器方案一的基础上，所述运算放大器的第二输入端与模拟信号之间还设置有第一滤波电路，该第一滤波电路采用RC滤波电路。
模拟积分器方案三：在模拟积分器方案一的基础上，所述的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。
模拟积分器方案四：在模拟积分器方案一至三任一项的基础上，所述的模拟积分器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路采用RC滤波回路，该RC滤波回路连接在两个串联的高阻值反馈电阻之间。
本发明还提供了一种电子电流互感器采集电路，采集电路方案一：包括用于与电子互感器罗氏线圈连接模拟积分器，该模拟积分器包括运算放大器，运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端通过第一电阻接地，第二输入端通过第二电阻与罗氏线圈连接，第二输入端和输出端之间通过反馈电容连接，该运算放大器的第二输入端和输出端之间还连接有反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻，所述的高阻值反馈电阻为4.4MΩ以上阻值的电阻。
采集电路方案二：在采集电路方案一的基础上，所述运算放大器的第二输入端与模拟信号之间还设置有第一滤波电路，该第一滤波电路采用RC滤波电路。
采集电路方案三，在采集电路方案一的基础上，所述运算放大器的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。
采集电路方案四：在采集电路方案一至三的基础上，所述的模拟积分器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路采用RC滤波回路，该RC滤波回路连接在两个串联的高阻值反馈电阻之间。
采集电路方案五，在采集电路方案四的基础上，第二输入端与罗氏线圈输出端之间还设置有调理电路，用于对罗氏线圈输出的信号进行调理分压。
采集电路方案六：在采集电路方案四的基础上，该采集电路还包括A/D转换器，A/D转换器的输入端与模拟积分器的输出端连接，用于对经模拟积分器还原的信号进行数字转换。
采集电路方案七：在采集电路方案四的基础上，该采集电路还包括数字信号处理单元，所述的处理信号处理单元与A/D转换器的输出端相连，用于对A/D转换器输出的数字信号进行处理。
本发明的有益效果是:本发明通过在运算放大器的第二输入端和输出端之间设置反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻。通过该反馈电路能够抑制积分漂移，减小输入失调电压的影响，衰减低频量，减少零漂，同时满足暂态电流时间衰减时间常数要求，满足罗氏线圈暂态测量准确度要求。
附图说明
图1是本发明电子电流互感器采集电路的原理框图；
图2是现有模拟积分器的电路图；
图3是本发明模拟积分器电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明模拟积分器的实施例
本发明的模拟积分器是在现有基本模拟积分器基础上的改进，通过在运算放大器的输入端和输出端之间增加一高阻值反馈电路，通过该高阻值反馈电路抑制积分漂移，减小输入失调电压的影响，衰减低频量，减少零漂，同时满足暂态电流时间衰减时间常数要求，满足罗氏线圈暂态测量准确度要求。
本发明的模拟积分器包括运算放大器，运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端通过第一电阻接地，第二输入端通过第二电阻用于接收与模拟信号输入端连接，第二输入端和输出端之间通过反馈电容连接，运算放大器A1的第二输入端和输出端之间还连接有反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻。具体的电路结构如图3所示，本实施例中的第一输入端为运算放大器A1的反相输入端，第二输入端为正相输入端，运算放大器A1的反相输入端通过电阻R2与待处理信号连接，运算放大器的正相输入端通过电阻R4接地，运算放大器A1的反相输入端和输出端之间通过反馈电容C2连接，运算放大器A1的反相输入端和输出端之间还设置有反馈电路，该反馈电路包括两个串联的高阻值反馈电阻，这里的高阻值反馈电阻为4.4MΩ以上阻值的电阻，这两个高阻值反馈电阻阻值可以相同，也可以不同，本实施例中的反馈电路采用两个相同高阻值反馈电阻Rf串联，即两个电阻Rf串接后并联在运算放大器A1的反相输入端和输出端之间。为了降低干扰，本发明还在上述反馈电路上增加由电阻R3和电容C3构成滤波电路，电阻R3和电容C3串接后一端连接在两个串联的电阻Rf之间，另一端接地，形成RC滤波回路。
为了进一步滤除高频分量，本发明还在上述模拟积分器上进行进一步改进，在模拟积分器前端增加滤波电路，即在运算放大器A1的反相输入端上增加由电阻R1和电容C1构成的低通滤波器，该滤波器设置在电阻R2和输入信号Vi之间，用于对输入的信号进行滤波处理。
该模拟积分器传递函数为H(s)：
其中：
T＝2αC2Rf (4)
为满足罗氏线圈积分器及暂态性能测试要求，本发明实施例中模拟积分器的参数为：R1＝10K，C1＝0.01uf；R2＝300K；Rf＝20MΩ；C2＝0.01uf；R3＝300K；C3＝0.01uf；R4＝300K。将上述电路元器件参数代入式(1)-(5)可得，幅值增益A：
A＝|H(s)|＝1.027 (6)
相角偏移φ：
φ＝88.27° (7)
由上述实例计算可得，该模拟积分器可满足罗氏线圈传变微分量幅值、相位调节要求，同时模拟积分器电路时间常数可满足暂态电流测试要求。
本发明采用惯性电阻网络取代常规积分器实现信号积分变换，即在积分电容两端并联大阻值的反馈电路网络，可抑制积分漂移，减小输入失调电压的影响，并满足暂态电流性能测试要求。
本发明的电子电流互感器采集电路的实施例
本发明基于罗氏线圈传变原理，通过暂态电流测试采集回路积分器设计，使罗氏线圈传变一次电流模拟微分量，通过信号调理分压、积分器还原、A/D转换及数字信号处理，输出数字量信号，以满足一次电流暂态测试性能要求。
具体地，本实施例中的电子电流互感器采集电路包括调依次连接的调理电路2、模拟积分器3、A/D转换器4和数字信号处理单元5，调理电路的输入端与罗氏线圈1连接，罗氏线圈1将流经一次导体的一次电流信号传输给调理电路2，由调理电路2对信号进行调理分压，调理电路2将调理后的信号传输给模拟积分器3，由模拟积分器3对信号进行积分还原，模拟积分器3将还原得到信号传输给A/D转换器4，由A/D转换器4对信号进行数字化转换，并通过数字信号处理单元5的进一步处理，输出数字量信号。其中由于模拟积分器3采用高阻值反馈电路，如图3所示，模拟积分器的具体结构已在上个实施例中进行说明，这里不再赘述。由于本发明采用带有高阻值反馈电路的模拟积分器，可较好的抑制积分漂移，减小输入失调电压的影响，衰减低频量，减少零漂，同时满足暂态电流时间衰减时间常数要求，满足罗氏线圈暂态测量准确度要求。
模拟积分器前端设计低通滤波电路，可滤除罗氏线圈传变一次电流高频分量，通过参数匹配，可保证50次及以下谐波电流通过。经测试本发明的采集电路，一次电流信号传变精度可达0.1％，适用于一次电流计量及准确度校验需求。

Claims (10)

1.一种模拟积分器，包括运算放大器，运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端通过第一电阻接地，第二输入端通过第二电阻用于与模拟信号输入端连接，第二输入端和输出端之间通过反馈电容连接，其特征在于，该运算放大器的第二输入端和输出端之间还连接有反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻，所述的高阻值反馈电阻为4.4MΩ以上阻值的电阻。
2.根据权利要求1所述的模拟积分器，其特征在于，所述运算放大器的第二输入端与模拟信号之间还设置有第一滤波电路，该第一滤波电路采用RC滤波电路。
3.根据权利要求1所述的模拟积分器，其特征在于，所述的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的模拟积分器，其特征在于，所述的模拟积分器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路采用RC滤波回路，该RC滤波回路连接在两个串联的高阻值反馈电阻之间。
5.一种电子电流互感器采集电路，包括用于与电子互感器罗氏线圈连接模拟积分器，该模拟积分器包括运算放大器，运算放大器具有第一输入端、第二输入端和输出端，第一输入端通过第一电阻接地，第二输入端通过第二电阻与罗氏线圈连接，第二输入端和输出端之间通过反馈电容连接，其特征在于，该运算放大器的第二输入端和输出端之间还连接有反馈电路，该反馈电路包括与反馈电容并联的两个串联的高阻值反馈电阻，所述的高阻值反馈电阻为4.4MΩ以上阻值的电阻。
6.根据权利要求5所述的电子电流互感器采集电路，其特征在于，所述运算放大器的第二输入端与模拟信号之间还设置有第一滤波电路，该第一滤波电路采用RC滤波电路。
7.根据权利要求5所述的电子电流互感器采集电路，其特征在于，所述运算放大器的第一输入端为正相输入端，第二输入端为反相输入端。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的电子电流互感器采集电路，其特征在于，所述的模拟积分器还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路采用RC滤波回路，该RC滤波回路连接在两个串联的高阻值反馈电阻之间。
9.根据权利要求8所述的电子电流互感器采集电路，其特征在于，第二输入端与罗氏线圈输出端之间还设置有调理电路，用于对罗氏线圈输出的信号进行调理分压。
10.根据权利要求8所述的电子电流互感器采集电路，其特征在于，该采集电路还包括A/D转换器，A/D转换器的输入端与模拟积分器的输出端连接，用于对经模拟积分器还原的信号进行数字转换。
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