CN205506907U - 一种发电机转子电流测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种发电机转子电流测量系统，包括：仪表放大器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器；仪表放大器采集发电机转子的电流信号，将电流信号传输至高压低通滤波放大器；高压低通滤波放大器将电流信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至积分增量调制器；积分增量调制器将放大后的有用信号的幅值转换为串行位流，并将串行位流传输至隔离传输装置；隔离传输装置根据串行位流输出电脉冲，并将电脉冲传输至串行位流接收转换器；串行位流接收转换器将电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，电信号为转子电流信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及发电机转子技术领域，特别涉及一种发电机转子电流测量系统。
背景技术
目前，针对发电机转子电流的测量，可在转子回路中串入分流器，其为温度稳定型微小阻值电阻，当转子电流流经分流器时，会在其两端产生毫伏电压信号，其幅值正比于转子电流，测量此电压信号可间接测量转子电流。一般采用高压电缆直接传输的方式或者采用直流变送器将其变换后再经电缆传输。由于监控设备到发电机都有较远的距离，而发电机转子上有上千伏的高压，采用高压金属电缆传输的方式，存在安全隐患，并且发电机转子的一些励磁参数也并非单纯的直流量，而是在直流量上叠加了一些脉动信号；此外，在各种励磁参数特性测试试验中，也存在暂态过程。这种情况下，由于普通的直流变送器耐高压性能差(耐压小于1000V)，暂态特性差(响应时间大于300ms)，在要求较高的场合，无法安全、准确地反映发电机转子励磁参数的变化。
实用新型内容
为解决现有技术的问题，本实用新型提出一种发电机转子电流测量系统，避免了高压测量所带来的安全隐患。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种发电机转子电流测量系统，包括：
仪表放大器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器；其中，
所述仪表放大器与所述高压侧低通滤波放大器的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器的另一端与所述积分增量调制器的一端相连，所述积分增量调制器的另一端与所述隔离传输装置的一端相连，所述隔离传输装置的另一端与所述串行位流接收转换器相连；
所述仪表放大器，用于采集发电机转子的电流信号，并将所述电流信号传输至所述高压侧低通滤波放大器；
所述高压侧低通滤波放大器，用于将所述电流信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器；
所述积分增量调制器，用于将放大后的有用信号的幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置；其中，所述串行位流中的高电平密度根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定；
所述隔离传输装置，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器；其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样；
所述串行位流接收转换器，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电流信号。
优选地，还包括：隔离电源；所述隔离电源同时与所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器相连；其中，
所述隔离电源，用于给所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器提供工作电压。
上述技术方案具有如下有益效果：本技术方案可以安全测量发电机转子电流，经隔离的测量信号可以无损的传输至远端，系统抗高压，抗干扰能力强。用于发电机转子电流的监测，可评估励磁系统的动态性能，提升电力系统稳定性水平。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型提出的一种发电机转子电流测量系统框图之一；
图2为本实用新型提出的一种发电机转子电流测量系统框图之二；
图3为仪表放大器电路原理图；
图4为高压侧低通滤波器电路原理图；
图5为积分增量调制器电路原理图；
图6为串行位流位接收转换器电路原理图；
图7为积分增量调制器工作原理波形示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，为本实用新型提出的一种发电机转子电流测量系统框图之一。包括：
仪表放大器101、高压侧低通滤波放大器102、积分增量调制器103、隔离传输装置104和串行位流接收转换器105；其中，
所述仪表放大器101与所述高压侧低通滤波放大器102的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器102的另一端与所述积分增量调制器103的一端相连，所述积分增量调制器103的另一端与所述隔离传输装置104的一端相连，所述隔离传输装置104的另一端与所述串行位流接收转换器105相连；
所述仪表放大器101，用于采集发电机转子的电流信号，并将所述电流信号传输至所述高压侧低通滤波放大器102；
所述高压侧低通滤波放大器102，用于将所述电流信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器103；
所述积分增量调制器103，用于将放大后的有用信号的幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置104；其中，所述串行位流中的高电平密度根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定；
所述隔离传输装置104，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器105；其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样；
所述串行位流接收转换器105，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电流信号。
如图2所示，为本实用新型提出的一种发电机转子电流测量系统框图之二。在图1的还包括：隔离电源106；所述隔离电源106同时与所述高压侧低通滤波放大器102、所述积分增量调制器103相连；其中，
所述隔离电源106，用于给所述高压侧低通滤波放大器102、所述积分增量调制器103提供工作电压。
如图3所示，为仪表放大器电路原理图。由于转子电流信号是加载在高共模电压上的微小毫伏信号，为了测量此信号需采用高共模电压抑制比的仪表放大器。
虚线框中电路图即为仪表放大器的结构原理图，运算放大器AMP1、AMP2实现输入信号的缓冲和电压跟随，R1和R2的阻值相同，R1和Rg的比值决定差模信号Vin的放 大倍数，运算放大器AMP3和电阻R3、R4、R5和R6组成减法电路，用于消除共模电压Vcm，电阻R6用于设置输出电压偏置，当其接地时，偏置为0。对于本实施例来说，采用ADI公司的AD620芯片，Rg电阻无穷大，即开路时，差模放大倍数为1。
如图4所示，为高压侧低通滤波器电路原理图。高压侧低通滤波放大器采用运放为核心的有源滤波器，电路结构为二阶巴特沃斯低通滤波器，设计合适的电路参数可得到符合要求的频率响应。对于本实施来说，高压侧低通滤波放大器结构和参数如下：电阻采用1％精度的金属膜电阻，电容采用10％精度的聚丙乙烯薄膜电容，运算放大器采用ADI公司OP-27E。其中，电阻R7、R10均取值5千欧姆，电阻R8取值20千欧姆，电阻R9取值2千欧姆。电容C1、C2均取值10n。
如图5所示，为积分增量调制器电路原理图。积分增量调制器是整个系统的核心，它把输入的模拟电压转换为对应的一段时间内数字"1"的数量，即积分增量调制器输出串行位流(由0和1两种电平组成)中"1"的密度代表了输入模拟电压的幅值。积分增量调制器由一个比较器、一个基准电压源、一个开关以及一个或以上的积分器与模拟求和电路组成。结构原理图如下，直观而言，积分增量调制器的工作方式如下:假定在VIN处施加直流输入。积分器在节点A处持续斜升或斜降。比较器的输出通过一个1位DAC反馈至节点B处的求和输入。比较器输出通过1位DAC的回到求和点的负反馈环路强制将节点B处的平均直流电压设为VIN。这表示平均DAC输出电压必须等于输入电压VIN。平均DAC输出电压由比较器输出的1位数据流中的1的密度来控制。随着输入信号增加到+VREF，串行位流中的"1"数量增加，而"0"数量则减少。类似地，随着信号负向趋近–VREF，串行位流中的"1"数量减少，而"0"数量则增加。从非常简单的角度来看，输入电压的平均值包含在比较器输出的串行位流中。
对于本实施例来说，积分增量调制器采用ADI公司的AD7401A1，它是一款二阶积分增量调制器，片上的数字隔离采用ADI公司的iCoupler技术，能将模拟输入信号转换为高速1位数据流。AD7401A采用5V电源供电，可输入±200mV的差分信号(满量程±320mV)。模拟调制器对模拟输入信号连续采样，因而无需外部采样保持电路。输入信息以数据流密度的形式包含在输出数据流内，该数据流的最高数据速率可到20Mhz。通过适当的滤波器可重构原始信息。
积分增量调制器的工作原理为：在理想状态下，0V输入电压信号可以使调制器输出高电平“1”、低电平“0”状态的时间相等，即信号处于高电平状态的时间占50％。200mV输入电压信号可使调制器生成由0、1组成的数据流，信号处于高电平状态的时间占81.25％；对+250mV输入来说，输出流为高的时间占89.06％；-200mV差分输入也可生成由0、1组 成的数据流；信号处于高电平状态的时间占18.75％；对-250mV输入来说，输出流为高的时间占10.94％。+320mV输入电压，调制器输出全“1”；-320mV输入电压，调制器输出全“0”。如图7所示，为积分增量调制器工作原理波形示意图。
隔离传输装置用于接收、隔离并传输积分增量调制器输出串行位流，针对不同的传输距离和隔离电压要求，可选择多种方案。如果需要传输到远端，可采用光收发系统，即首先电光转换，将电信号的串行位流转换为对应的光脉冲，通过光纤传输到远端，光纤同时实现了高等级的隔离电压要求，在远端光电转换，将光脉冲转换为对应的电信号的串行位流。如果不需要传输到远方，可采用芯片级的隔离方式，可采用光耦芯片，磁耦合芯片和电容耦合芯片等方式。对于本实施例来说，隔离传输装置采用光纤传输方式，由电光转换器、光纤、光电转换器组成。其中电光转换器采用的是Agilent(安捷伦)公司的HFBR1416T。光纤采用的普通通信用光纤芯径为125/62.5μm的多模铠装光缆。光电转换器采用的是Agilent公司的HFBR2416。
如图6所示，为串行位流位接收转换器电路原理图。串行位流位接收转换器用于将接收到的串行位流信号转换为电信号并输出该电信号。为了重构模拟电压信号，串行数据流之后应连接低通滤波器，即为串行位流位接收转换器。为了更好地衰减噪声，使用一个四阶切比雪夫滤波器。当滤波器阶数相同时，相比于其它滤波器响应(巴特沃兹、贝塞尔等)，切比雪夫响应提供最为陡峭的滚降，由两个采用Sallen-Key结构的二阶滤波器组成。对于本实施例来说，串行位流位接收转换器的参数为：电阻采用1％精度的金属膜电阻，电容采用5％精度的聚丙乙烯薄膜电容，运算放大器采用ADI公司AD8464。其中，电阻R11、R12均取值24千欧姆，R13、R16均取值22欧姆，电阻R14、R15均取值51千欧姆。电容C3取值为6.8pF，电容C4、C6均取值100pF，电容C5取值8.2pF。
对于本实施例来说，隔离电源采用C&D Technologies公司的NMS1205隔离输出DC-DC转换器。
本实用新型提出的发电机转子电流测量系统，与现有技术比较，有如下优点：
(1)本实用新型中，将积分增量调制技术用于发电机转子电流信号的测量，由于此调制方法具有耐高压隔离，设计简易、抗干扰能力的特点，所以本实用新型具有好的耐高压特性和抗干扰能力。
(2)本实用新型装置可以实现光的形式进行远距离的信号传递，具有优良的抗电磁干扰特性，传输过程中不易受电磁干扰的影响。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定 本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种发电机转子电流测量系统，其特征在于，包括：
仪表放大器、高压侧低通滤波放大器、积分增量调制器、隔离传输装置和串行位流接收转换器；其中，
所述仪表放大器与所述高压侧低通滤波放大器的一端相连，所述高压侧低通滤波放大器的另一端与所述积分增量调制器的一端相连，所述积分增量调制器的另一端与所述隔离传输装置的一端相连，所述隔离传输装置的另一端与所述串行位流接收转换器相连；
所述仪表放大器，用于采集发电机转子的电流信号，并将所述电流信号传输至所述高压侧低通滤波放大器；
所述高压侧低通滤波放大器，用于将所述电流信号进行处理，衰减电流信号的谐波分量，放大电流信号的有用信号，并将放大后的有用信号传输至所述积分增量调制器；
所述积分增量调制器，用于将放大后的有用信号的电流幅值转换为串行位流，并将所述串行位流传输至所述隔离传输装置；其中，所述串行位流中的高电平密度根据输入积分增量调制器的信号电压幅值确定；
所述隔离传输装置，用于根据所述串行位流输出电脉冲，并将所述电脉冲传输至所述串行位流接收转换器；其中，所述电脉冲的波形与所述串行位流的波形一样；
所述串行位流接收转换器，用于将所述电脉冲信号经过低通滤波处理，滤除高频信号，并将低频信号转换为电信号，所述电信号为转子电流信号。
2.如权利要求1所述的发电机转子电流测量系统，其特征在于，还包括：隔离电源；所述隔离电源同时与所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器相连；其中，
所述隔离电源，用于给所述高压侧低通滤波放大器、所述积分增量调制器提供工作电压。
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