CN108254623A - 一种导线高频交流电阻测量方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导线高频交流电阻测量方法及装置，其中方法，包括：步骤S1：为待测导线外接可变谐振电容，并为待测导线和可变谐振电容构成的线路两端施加正弦信号，并调节可变谐振电容的电容值，直至线路工作于谐振状态，测得待测导线的第一电压值和第一电流值；步骤S2：在线路中接入外接电阻，测得待测导线的第二电压值和第二电流值；步骤S3：根据外接电阻的阻值、待测导线的第一电压值和第一电流值，以及待测导线的第二电压值和第二电流值得到待测导线的交流电阻。与现有技术相比，本发明通过外接电阻电容谐振法测量线路高频工作状态下的交流电阻更为简便，避免了复杂公式运算。

Description

一种导线高频交流电阻测量方法及装置
技术领域
本发明涉及一种导线电阻测量技术，尤其是涉及一种导线高频交流电阻测量方法及装置。
背景技术
由于环境与能源问题日益凸显，发展以及普及电动汽车等新能源汽车日渐显得越来越重要。纯电动汽车和混合动力插电式汽车的研发与销售日渐升温。但是，由于电动汽车电池能量密度小、成本高且充电时间长，所以其推广仍然存在较大问题。解决此问题有三种方案：更换电池、有线充电和无线充电。无线充电以其运行安全、方便快捷及用户体验好等优点而被人们所青睐。而谐振耦合的无线充电方式因其传输效率较高且能实现中等距离传输的特点而被广泛研究采纳。但是由于谐振过程中耦合线圈中的电流均为高频电交流电，其导致的集肤效应使得电流集中在导体外表的薄层，结果使导体增加了交流电阻。交流电阻的存在增加了线路的功率损耗，同时在无线充电过程中，也会对功率传输的效率产生影响。所以，交流电阻的测量是必须解决的问题。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种导线高频交流电阻测量方法及装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种导线高频交流电阻测量方法，包括：
步骤S1：为待测导线外接可变谐振电容，并为待测导线和可变谐振电容构成的线路两端施加正弦信号，并调节可变谐振电容的电容值，直至线路工作于谐振状态，测得待测导线的第一电压值和第一电流值；
步骤S2：在线路中接入外接电阻，测得待测导线的第二电压值和第二电流值；
步骤S3：根据外接电阻的阻值、待测导线的第一电压值和第一电流值，以及待测导线的第二电压值和第二电流值得到待测导线的交流电阻。
所述待测导线的交流电阻具体为：
其中：Rs为导线的交流电阻，Ui”为第二电压值，Io”为第二电流值，Ui'为第一电压值，Io'为第一电流值，Rb为外接电阻的阻值。
一种实现所述方法的装置，包括：
交流信号模块，连接待测导线的两端，用于为待测导线两端施加交流信号；
测量模块，与待测导线连接，用于测量待测导线的电压值和电流值。
所述交流信号模块包括正弦信号发生器、可变谐振电容、单刀多掷开关和外接电阻，所述正弦信号发生器的一端与单刀多掷开关的不动端连接，另一端与待测导线的一端连接，所述可变谐振电容的一端与待测导线的另一端连接，另一端分别与单刀多掷开关动端中一端、外接电阻的一端连接，所述外接电阻的另一端与单刀多掷开关动端中的另一端连接。
所述单刀多掷开关为单刀双掷开关。
所述测量模块为示波器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1)通过外接电阻电容谐振法测量线路高频工作状态下的交流电阻更为简便，避免了复杂公式运算；
2)本方法适用的性强，适用于利兹线，漆包线等多种导线；
3)通过谐振的方法能较好的减少受线圈，电容寄生电感，电容的影响；
4)通过多次测量平方求差的方法可以有效减小因测量过程中观测误差而产生的误差，使得测量结果更加精确。
附图说明
图1为本发明方法的主要步骤流程示意图；
图2为本发明装置的结构示意图；
图3为本发明实施例中测量方法步骤S1时的等效电路图；
图4为本发明实施例中测量方法步骤S2时的等效电路图；
图5为本发明实施例中测量方法步骤S1时电源电压与线路电流波形；
图6为本发明实施例中测量方法步骤S2时电源电压与线路电流波形；
其中：1、外接电阻，2、正弦信号源，3、可变谐振电容。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
由于谐振耦合使电路工作于高频环境，产生集肤效应，产生交流电阻增加线路的功率损耗；计算法求导线交流电阻不能适用于所有的导线工作环境及布线情况；由于电路中交流电阻的存在，改变了负载侧电阻与源侧电阻的大小，会改变无线充电系统的传输效率。
本申请是给导线输入工作频率的正弦信号，同时调整外接电容使电路工作于谐振状态。通过检测此时电路的电压电流，从而获得精确的交流电阻。
具体提供以下装置实现，
一种实现方法的装置，如图2所示，包括：
交流信号模块，连接待测导线的两端，用于为待测导线两端施加交流信号；
测量模块，与待测导线连接，用于测量待测导线的电压值和电流值，其中本实施例中测量模块为示波器。
图2中，Ls为待测导线在某一特定频率下的等效电感，C为外接可变谐振电容的电容值，Ui为外部高频正弦信号发生器的电压；
交流信号模块包括正弦信号发生器2、可变谐振电容3、单刀多掷开关K1和外接电阻1，正弦信号发生器2的一端与单刀多掷开关K1的不动端连接，另一端与待测导线的一端连接，可变谐振电容3的一端与待测导线的另一端连接，另一端分别与单刀多掷开关K1动端中一端a、外接电阻1的一端连接，外接电阻1的另一端与单刀多掷开关K1动端中的另一端b连接。其中，本实施例中单刀多掷开关K1为单刀双掷开关。
一种导线高频交流电阻测量方法，分三个步骤进行操作，相应的操作步骤下的等效电路图分别如图3～4所示，具体步骤如图1所示，包括：
步骤S1：为待测导线外接可变谐振电容，并为待测导线和可变谐振电容构成的线路两端施加正弦信号，具体如图3所示，将开关K1倒向a，此时接入电路中的高频正弦信号源的频率为线路正常工作时的线路，并调节可变谐振电容的电容值C，通过观察高频信号源与电路中电流的相位关系直至线路工作于谐振状态，选取某一时刻测得待测导线的第一电压值和第一电流值由于谐振状态是通过观察所得，所以会有误差，这里假设误差电抗为ΔZ：
其中：Rs为导线的交流电阻，Ui'为第一电压值，Io'为第一电流值；
步骤S2：在线路中接入外接电阻，如图4所示，在步骤S2的基础上将开关K1倒向b，此时电路可认为也是工作于谐振状态，选取某一时刻测得待测导线的第二电压值和第二电流值，可以得以下关系：
其中：Ui”为第二电压值，Io”为第二电流值，Rb为外接电阻的阻值；
步骤S3：根据外接电阻的阻值、待测导线的第一电压值和第一电流值，以及待测导线的第二电压值和第二电流值得到待测导线的交流电阻。
具体的，待测导线的交流电阻具体为：
图5为K1接a，外接电容与线路电感近似谐振时外接电压源与线路电流的波形，可以看出电压与电流基本同一相位。
图6为K1接b，即在电路发生谐振时又连入已知电阻时外接电压信号源与线路电流的波形。
这里进行举例分析，先假设高频下交流电阻为3Ω，高频下电感为32uH，外接电阻的阻值为2Ω，用psim进行仿真。由仿真可得，第一次谐振时。任取某一时刻电压电流，Io'＝4.325352e-001A,Ui'＝1.297589e+000V；第二次接入电阻时，任取某一时刻电压电流，Io”＝5.4821177e-001A，Ui”＝2.7410533V；利用以上数据进行计算，得最后电阻Rs＝3.000297Ω，与举例中3Ω基本接近。

Claims (6)

1.一种导线高频交流电阻测量方法，其特征在于，包括：
步骤S1：为待测导线外接可变谐振电容，并为待测导线和可变谐振电容构成的线路两端施加正弦信号，并调节可变谐振电容的电容值，直至线路工作于谐振状态，测得待测导线的第一电压值和第一电流值；
步骤S2：在线路中接入外接电阻，测得待测导线的第二电压值和第二电流值；
步骤S3：根据外接电阻的阻值、待测导线的第一电压值和第一电流值，以及待测导线的第二电压值和第二电流值得到待测导线的交流电阻。
2.根据权利要求1所述的一种导线高频交流电阻测量方法，其特征在于，所述待测导线的交流电阻具体为：
其中：Rs为导线的交流电阻，Ui”为第二电压值，Io”为第二电流值，Ui'为第一电压值，Io'为第一电流值，Rb为外接电阻的阻值。
3.一种实现如权利要求1或2所述方法的装置，其特征在于，包括：
交流信号模块，连接待测导线的两端，用于为待测导线两端施加交流信号；
测量模块，与待测导线连接，用于测量待测导线的电压值和电流值。
4.根据权利要求3所述的一种导线高频交流电阻测量方法，其特征在于，所述交流信号模块包括正弦信号发生器、可变谐振电容、单刀多掷开关和外接电阻，所述正弦信号发生器的一端与单刀多掷开关的不动端连接，另一端与待测导线的一端连接，所述可变谐振电容的一端与待测导线的另一端连接，另一端分别与单刀多掷开关动端中一端、外接电阻的一端连接，所述外接电阻的另一端与单刀多掷开关动端中的另一端连接。
5.根据权利要求4所述的一种导线高频交流电阻测量方法，其特征在于，所述单刀多掷开关为单刀双掷开关。
6.根据权利要求3所述的一种导线高频交流电阻测量方法，其特征在于，所述测量模块为示波器。
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