CN203590195U - 基于pcb式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，该电路包括差分放大电路、改进积分电路和相位补偿电路，该差分放大电路连接于PCB式罗氏线圈，接收PCB式罗氏线圈的输出信号，并进行差分放大，该改进积分电路连接于该差分放大电路，接收该差分放大电路输出的差分放大信号，并进行积分，该相位补偿电路连接于该改进积分电路，接收该改进积分电路输出的积分信号，并进行相位补偿，输出电压信号。该基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路充分保证了信号幅度的线性度，同时又保证工频信号1-30次谐波无相位差，满足工频电流1-30次谐波的测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统的电流传感器技术领域，特别是涉及到一种基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路。
背景技术
在电子式电流互感器的研究中，罗氏线圈作为一次电流传感单元，尤其是PCB式罗氏线圈，以其绕线的均匀性高、线性度好、无磁饱和现象、测量带宽广、精度高、质量轻等优良特性，引起广泛的关注，但由于罗氏线圈二次输出电压信号为一次侧电流信号的微分，要还原出与一次侧电流信号成比例的信号，必须添加相应的积分环节。因此，积分电路是罗氏线圈互感器实际应用中最为关键而且必不可少的组成部分。
积分电路是指使输出电压与输入电压的时间积分值成比例的电路。在信号处理电路和有源网络中作模拟运算的积分器常用运算放大器和RC器件构成。采用运算放大器、输入电阻与反馈电容构成的基本积分电路，运算放大器的固有偏置以及温漂会引起积分阻塞。此外，积分输出幅度与频率成反比，频率较小时，增益可能为工频信号的很多倍，造成低频干扰，影响积分电路的正常工作。
对于应用于工频电流测试的电子式电流互感器的罗氏线圈而言，积分电路需要抑制低频干扰，并保证无相位差。为此我们发明了一种新的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，解决了以上技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，采用抑制低频增益方式解决低频干扰，增加相位补偿器解决积分器在工频信号时存在的相位差。
本实用新型的目的可通过如下技术措施来实现：基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，该基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路包括差分放大电路、改进积分电路和相位补偿电路，该差分放大电路连接于PCB式罗氏线圈，接收PCB式罗氏线圈的输出信号，并进行差分放大，该改进积分电路连接于该差分放大电路，接收该差分放大电路输出的差分放大信号，并进行积分，该相位补偿电路连接于该改进积分电路，接收该改进积分电路输出的积分信号，并进行相位补偿，输出电压信号。
本实用新型的目的还可通过如下技术措施来实现：
该差分放大电路包括差分放大器，第一保险丝和第二保险丝，该差分放大器的第二管脚、第三管脚分别与该第一保险丝、第二保险丝的一端连接，该第一保险丝、第二保险丝的另一端分别连接于该PCB式罗氏线圈的输出信号，该差分放大器的第一管脚接地，第五管脚、第六管脚连接作为该差分放大信号。
该差分放大器为AD8276差分放大器。
该改进积分电路包括第一运算放大器，第一电阻、第二电位器、第三电阻，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容，该第一运算放大器的同相端与该第三电阻一端连接，该第三电阻另一端接地；该第一运算放大器的反相端与该第二电位器的一端连接，该第二电位器的另一端接该第一电阻的一端，该第一电阻的另一端接该差分放大电路的输出；该第四电阻、第五电阻串联后接到该第一运算放大器的反相端与输出端之间；该第六电阻、该第一电容串联后接到该第四电阻、第五电阻的公共端，另一端接地；该第二电容接到该第一运算放大器的同相端与反相端之间。
该相位补偿电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电位器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电位器、第十三电阻、第三电容和第四电容，该第二运算放大器的同相端接该第九电阻接地；该第七电阻、该第八电位器串联后一端接该改进积分电路的输出，另一端接该第二运算放大器的反相端；该第十电阻与该第三电容串联后连接到该第二运算放大器的反相端与输出端之间；该第十一电阻、该第十二电位器串联后连接到该第二运算放大器的反相端与输出端之间；该第二运算放大器的输出端接该第四电容后作为互感输出端输出该输出电压信号，该互感输出端接该第十三电阻接地。
本实用新型中的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，采用差分放大解决共模干扰，利用改进的积分器抑制低频干扰，增加相位补偿器实现工频信号的相位无误差。本实用新型充分保证了信号幅度的线性度，同时又保证工频信号1-30谐波无相位差，满足工频电流1-30谐波的测量。
附图说明
图1为本实用新型的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路的一具体实施例的结构图；
图2为本实用新型的一具体实施例的差分放大电路；
图3为本实用新型的一具体实施例的改进积分电路；
图4为本实用新型的一具体实施例的相位补偿器电路；
图5为本实用新型的积分电路输出信号Uo1的相频特。
具体实施方式
为使本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
如图1所示，图1为本实用新型的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路的结构图。该电路由差分放大电路2、改进积分电路3、相位补偿电路4构成，PCB式罗氏线圈1的输出信号输入到差分放大电路2，差分放大电路2输出到改进积分电路3，改进积分电路3输出到相位补偿电路4，相位补偿电路4输出电压信号。
一次侧电流信号经PCB式罗氏线圈1感应后输出二次侧电压信号，差分放大电路2将此二次侧电压信号进行差分放大，改进积分电路3接收差分放大后的二次测电压信号，并进行积分，相位补偿电路4接收积分后的二次电压信号并进行相位补偿，准确输出与一次侧电流信号成正比的电压信号，此电压信号经过调理可送入单片机、DSP等处理器的AD中，进行数字化处理，实现一次侧电流的1-30次谐波计量。
一次测电流信号经罗氏线圈1电流互感器后输出二次侧电压信号为一个微分信号，此电压信号相位超前一次测电流信号相位90°；经过此改进积分电路3处理后，电压信号相位超前一次侧电流信号相位约为180°，经相位补偿电路4相位补偿反相后输出与一次侧电流信号成正比的电压信号。
如图2所示，为图1中的差分放大电路的一具体实施例。本实用新型针对PCB式罗氏线圈输出电压信号存在共模干扰，采用AD8276差分放大器解决共模干扰问题。AD8276第二管脚、第三管脚分别于保险丝F5、F6一端连接，另一端连接罗氏线圈的输出信号；第一管脚接地，第五管脚、第六管脚连接作为差分输出信号，即差分放大后的二次测电压信号。
如图3所示为图1中的改进积分电路的一具体实施例。本实用新型针对传统积分器存在积分阻塞，低频干扰可能引起无法测量的缺陷，采用工频作为积分器特征频率，工频以下信号抑制其增益大小，防止低频干扰影响。它的结构包括运算放大器A，运算放大器A的同相端与电阻R3一端连接，电阻R3另一端接地；运算放大器A反相端与电位器R2连接，电位器R2另一端接电阻R1，电阻R1另一端接差分放大电路的输出；电阻R4、R5串联后接到运算放大器A的反相端与输出端之间；电阻R6、电容C1串联后接到电阻R4、R5的公共端，另一端接地；电容C2接到运算放大器A的同相端与反相端之间。罗氏线圈电流互感器输出二次侧电压信号经过差分输入电路后经过抑制低频增益积分器后输出电压信号Uo1，Uo1送至相位补偿器。所用电阻均为高精度、低温漂电阻。
如图4所示为图1中的相位补偿器电路的一具体实施例。本实用新型针对工频电流1-30次谐波信号的测试，如图5所示，积分输出信号Uo1的相频特性，在工频信号附近仍存在相位差，增加此相位补偿电路后，工频电流1-30次谐波信号的相位差为0，幅频特性仍保持很高的线性度。它的结构包括运算放大器B，运算放大器B的同相端接R9接地；电阻R7、电位器R8串联后一端接积分电路输出Uo1，另一端接运算放大器B的反相端；电阻R10与电容C3串联后一端连接到运算放大器B的反相端与输出端之间；电阻R11、电位器R12串联后连接到运算放大器B的反相端与输出端之间；运算放大器B输出端接电容C4后作为罗氏线圈互感输出信号Uo，互感输出端接电阻R13接地。
Claims (5)
1.基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，其特征在于，该基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路包括差分放大电路、改进积分电路和相位补偿电路，该差分放大电路连接于PCB式罗氏线圈，接收PCB式罗氏线圈的输出信号，并进行差分放大，该改进积分电路连接于该差分放大电路，接收该差分放大电路输出的差分放大信号，并进行积分，该相位补偿电路连接于该改进积分电路，接收该改进积分电路输出的积分信号，并进行相位补偿，输出电压信号。
2.根据权利要求1所述的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，其特征在于，该差分放大电路包括差分放大器，第一保险丝和第二保险丝，该差分放大器的第二管脚、第三管脚分别与该第一保险丝、第二保险丝的一端连接，该第一保险丝、第二保险丝的另一端分别连接于该PCB式罗氏线圈的输出信号，该差分放大器的第一管脚接地，第五管脚、第六管脚连接作为该差分放大信号。
3.根据权利要求2所述的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，其特征在于，该差分放大器为AD8276差分放大器。
4.根据权利要求1所述的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，其特征在于，该改进积分电路包括第一运算放大器，第一电阻、第二电位器、第三电阻，第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一电容和第二电容，该第一运算放大器的同相端与该第三电阻一端连接，该第三电阻另一端接地；该第一运算放大器的反相端与该第二电位器的一端连接，该第二电位器的另一端接该第一电阻的一端，该第一电阻的另一端接该差分放大电路的输出；该第四电阻、第五电阻串联后接到该第一运算放大器的反相端与输出端之间；该第六电阻、该第一电容串联后接到该第四电阻、第五电阻的公共端，另一端接地；该第二电容接到该第一运算放大器的同相端与反相端之间。
5.根据权利要求1所述的基于PCB式罗氏线圈电流互感器的改进型模拟积分电路，其特征在于，该相位补偿电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电位器、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电位器、第十三电阻、第三电容和第四电容，该第二运算放大器的同相端接该第九电阻接地；该第七电阻、该第八电位器串联后一端接该改进积分电路的输出，另一端接该第二运算放大器的反相端；该第十电阻与该第三电容串联后连接到该第二运算放大器的反相端与输出端之间；该第十一电阻、该第十二电位器串联后连接到该第二运算放大器的反相端与输出端之间；该第二运算放大器的输出端接该第四电容后作为互感输出端输出该输出电压信号，该互感输出端接该第十三电阻接地。
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