CN206583975U - 导体交流电阻测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种导体交流电阻测量系统，包括同相电压获取装置、放大装置、自动增益调节装置、移相器和交流电阻输出装置，同相电压获取装置连接待测导线和移相器，放大装置用于连接待测导线和交流电阻输出装置，移相器连接自动增益调节装置，自动增益调节装置连接放大装置，交流电阻输出装置连接同相电压获取装置和移相器的公共端，同时测量待测导线中流过的电流和待测导线的电压降，将流过待测导线中的电流变换为第一同相电压，通过移相器、放大装置和自动增益调节装置对电压降和第一同相电压进行处理，得到电压分量，通过待测导线的电压降中的电压分量与第一同相电压得到待测导线的交流电阻，对测试环境没有要求，操作便利且准确性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及高电压设备和试验技术领域，特别是涉及一种导体交流电阻测量系统。
背景技术
随着国民经济的发展，电力需求越来越大。为了提高载流能力，生产的架空线和高压电缆的导体截面积越来越大以满足电力增长的需求。对交流系统而言，提高载流能力的实质是降低架空线和电缆的交流电阻，它除了包括直流电阻外，还包括交变电磁场引起的电阻增量，它们的总和为交流电阻。由于导体尺寸越来越大，由于集肤效应和邻近效应电流沿导体截面的不均匀分布显著地增加了它们的交流电阻。导线交流电阻关系到导线线损以及输电系统的资本投资，因而需要准确获得。导线除受集肤效应和邻近效应影响之外，还受钢芯磁滞现象引起的磁损影响，并且与磁场强度(涉及到载流量)有关。另外，无论是导线的导体部分还是承重的芯线部分，都是复杂的多层、多股绞线结构。导线交流电阻除了受导线结构影响外，还受到外部的环境如气温和日照等因素的影响。
传统的交流电阻测量使用的试验技术可以分为两类：热测法和电测法，热测法能做绝对和相对测量而且每种测量可用于稳态和瞬态条件，但是热测法需要将待测导体放入恒温环境中，否则精确度依然未知，存在隔热和测量的困难；电测法需要用到很多仪器，使用功率表、电位计测量等，原理是测量导线在工频和最大设计使用温度下的电压和电流，采用四点测量法，需要熟练的操作者和长时间来保证测量和精度两方面。传统的交流电阻的测量过程复杂且难以保证精度，可操作便利性和准确性低。
实用新型内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种可操作便利性强和准确性高的导体交流电阻测量系统。
一种导体交流电阻测量系统，同相电压获取装置、放大装置、自动增益调节装置、移相器和交流电阻输出装置，所述同相电压获取装置连接所述移相器，还用于连接待测导线，所述放大装置连接所述交流电阻输出装置，还用于连接所述待测导线，所述移相器连接所述自动增益调节装置，所述自动增益调节装置连接所述放大装置，所述交流电阻输出装置连接所述同相电压获取装置和所述移相器的公共端。
上述导体交流电阻测量系统，同相电压获取装置用于将测量得到的流过待测导线的电流变换为第一同相电压，并将第一同相电压发送至移相器和交流电阻输出装置，移相器用于对接收的第一同相电压进行移相得到移相电压，并将移相电压发送至自动增益调节装置，自动增益调节装置根据接收的移相电压得到初始增益电压并发送至放大装置，放大装置用于测量待测导线的电压降，接收自动增益调节装置发送的增益电压，根据电压降和增益电压计算得到电压分量，并将电压分量发送至交流电阻输出装置，交流电阻输出装置根据接收的第一同相电压和电压分量得到待测导体的交流电阻并输出，对测试环境没有要求，操作便利且准确性高。
附图说明
图1为一实施例中交流电阻测量系统结构图；
图2为待测导线回路信号相量图；
图3为另一实施例中交流电阻测量系统结构图；
图4为另一实施例中交流电阻测量系统结构图；
图5为另一实施例中交流电阻测量系统结构图。
具体实施方式
在一个实施例中，如图1所示，一种导体交流电阻测量系统，包括同相电压获取装置110、放大装置120、自动增益调节装置130、移相器140和交流电阻输出装置150，同相电压获取装置110连接移相器140，还用于连接待测导线200，放大装置120连接交流电阻输出装置150，还用于连接待测导线200，移相器140连接自动增益调节装置130，自动增益调节装置130连接放大装置120，交流电阻输出装置150连接同相电压获取装置110和移相器140的公共端，同相电压获取装置110用于将测量得到的流过待测导线200的电流变换为第一同相电压，并将第一同相电压发送至移相器140和交流电阻输出装置150；移相器140用于对接收的第一同相电压进行移相得到移相电压，并将移相电压发送至自动增益调节装置130自动增益调节装置130根据接收的移相电压得到增益电压并发送至放大装置120；放大装置120用于测量待测导线200的电压降，接收自动增益调节装置130发送的增益电压，根据电压降和增益电压计算得到电压分量，并将电压分量发送至交流电阻输出装置150；交流电阻输出装置150根据接收的第一同相电压和电压分量计算得到待测导线200的交流电阻并输出。
具体地，待测导线200回路信号相量关系如图2所示，同相电压获取装置110用于将测量得到的流过待测导线200的电流变换为第一同相电压第一同相电压在移相器140中相位前移90度后成移相电压移相电压经自动增益调节装置130放大后成增益电压放大装置120用于测量待测导线200的电压降，将待测导线200的电压降变换为第二同相电压待测导线200认为是纯电阻和电感的串联，流过电流信号时，待测导线200中会产生阻性电压分量和感性电压分量移相电压与第二同相电压中的感性电压分量同相，当增益电压与第二同相电压中的感性电压分量相等时，放大装置120输出为与待测导线200的交流电阻的电压降成比例且同相的阻性电压分量最终通过阻性电压分量和第一同相电压计算得到待测导线200的交流电阻r并输出。
具体地，上述导体交流电阻测量系统，同时测量待测导线200中流过的电流和待测导线200的电压降，将流过待测导线200中的电流变换为第一同相电压，通过移相器140、放大装置120和自动增益调节装置130对电压降和第一同相电压进行处理，得到电压分量，通过待测导线200的电压降中的电压分量与第一同相电压之比计算得到待测导线200的交流电阻，对测试环境没有要求，操作便利且准确性高。
在一个实施例中，同相电压获取装置110包括电流传感器112和电阻114，电流传感器112的一端连接电阻114的一端，电流传感器112的另一端和电阻114的另一端接地，电流传感器112和电阻114的公共端连接移相器140。
具体地，同相电压获取装置110的具体类型并不唯一，在本实施例中，电流互感器112感应流过待测导线200中的电流信号电流互感器112和纯电阻114Rs串联成一个回路，电阻114Rs的一端接地，电阻114Rs的另一端电压为因此同相电压获取装置110的输出信号为与同相的第一同相电压
在一个实施例中，放大装置120包括差分放大器122和差动放大器124，差分放大器122的输入端连接待测导线200，差分放大器122的输出端连接差动放大器124的同相输入端，差动放大器124的反相输入端还连接自动增益调节装置130的输出端，差动放大器124的输出端连接交流电阻输出装置150的输入端；差分放大器122用于测量待测导线200的电压降，并将待测导线200的电压降变换为第二同相电压，并将第二同相电压发送至差动放大器124；差动放大器124用于根据接收的第二同相电压和增益电压得到电压分量并发送至至交流电阻输出装置150。
具体地，差分放大器122的输入端连接待测导线200的两个端子，用于测量待测导线200的电压降，因此差分放大器122的输入信号就是待测导线200上的电压降，实现电平变换，因为待测导线200被认为是纯电阻和电感的串联，流过电流信号时，待测导线200中会产生阻性电压分量和感性电压分量这两个电压降共同构成了差分放大器122的输入，差分放大器122按照一定的放大倍数将这个输入信号放大，得到第二同相电压输出信号第二同相电压与输入信号相位相同，只是大小发生了改变；差动放大器124输入端获得的为与待测导线200电压降成线性比例的电压，以及与导线电流正交的、线性比例于待测导线200感性电压降的电压，输出为与导线电流同相、线性比例于导线阻性电压降的电压。
在一个实施例中，如图3所示，自动增益调节装置130还用于连接放大装置120和交流电阻输出装置150的公共端，放大装置120还用于将电压分量发送至自动增益调节装置130，以及根据接收的第一增益电压和电压降对电压分量进行更新，得到更新后的电压分量并发送至交流电阻输出装置150；自动增益调节装置130还用于根据接收的电压分量和移相电压进行运算，调节增益电压得到第一增益电压并发送至放大装置120。
具体地，自动增益调节装置130连接放大装置120的差动放大器124和交流电阻输出装置150的公共端。
具体地，放大装置120将输出的电压分量发送至自动增益调节装置130，自动增益调节装置130判断电压分量中是否包含有与增益电压同相的分量，若电压分量中包含有与同相的分量，自动增益调节装置130则根据接收的电压分量和移相电压进行运算调节增益G，得到第一增益电压，以使第一增益电压与中的感性电压分量相等，抵消中的感性分量，放大装置120输出更新后的电压分量并发送至交流电阻输出装置150，最终通过更新后的电压分量和第一同相电压计算得到待测导线200的交流电阻r并输出，通过自动增益调节装置130对接收的电压分量进行判断，抵消掉电压中的感性电压分量，从而对电压分量进行更新，最终得到纯阻性电压分量，精确计算到待测导线200的交流电阻r，有效提高了准确性。
在一个实施例中，如图4所示，自动增益调节装置130包括运算装置132和自动增益控制放大器134，运算装置132的输入端连接放大装置120的输出端，运算装置132的输入端还连接移相器140和自动增益控制放大器134的公共端，运算装置132的输出端连接自动增益控制放大器134的输入端，自动增益控制放大器134的输出端连接放大装置120的输入端，运算装置132根据接收的电压分量和移相电压进行运算，得到控制信号，并将控制信号发送至自动增益控制放大器134；自动增益控制放大器134根据接收的控制信号对增益进行调节，并根据调节后的增益和移相电压得到增益电压，并将增益电压发送至放大装置120。
具体地，运算装置132的输入端连接放大装置120的差动放大器124的输出端，自动增益调节放大器的输出端连接放大装置120的差动放大器124的反相输入端。
具体地，运算装置132用于根据接收的电压分量和移相电压进行运算，判断电压分量中是否仍存在感性方向的分量，若仍然存在有感性方向的分量，则根据运算结果对增益G进行调节，G增益是一个变量，它的值是由移相电压和运算装置132的输出共同决定的，以使第一增益电压与相等，最终得到纯阻性电压分量，精确计算到待测导线200的交流电阻r，有效提高了准确性。
在一个实施例中，运算装置132包括乘法器1322和积分器1324，乘法器1322的输入端连接放大装置120的输出端，乘法器1322的输出端连接积分器1324的输入端，积分器1324的输出端连接自动增益控制放大器134的输入端，乘法器1322根据接收的电压分量和移相电压进行乘积运算得到运算值，并将运算值发送至积分器1324；积分器1324对接收的运算值进行积分得到控制信号，并将控制信号发送至自动增益控制放大器134。
具体地，乘法器1322的输入端连接放大装置120的差动放大器124和交流电阻输出装置150的公共端。
具体地，运算装置132获得差动放大器124输出中的、对应于待测导线200电压降中的感性分量并积分，使用乘法器1322和积分器1324级联来获得自动增益控制放大器134的控制信号，判断过程是通过乘法器1322判断的，如果增益电压与仍然存在差值，差动放大器124输出的电压分量中就会存在感性方向的分量，那么电压分量与移相电压的通过乘法器1322进行乘积运算不为零，乘法器1322的输出也就不为零，通过积分器1324进行积分运算的输出不为零，就会有反馈信号进入到自动增益控制放大器134，这时候自动增益控制放大器134就会根据积分器1324的输出信号和移相电压进行增益G的调节，得到第一增益电压，以使第一增益电压与中的感性分量相等，对电压分量进行更新，最终得到纯阻性电压分量，精确计算到待测导线200的交流电阻r，有效提高了准确性。
进一步地，自动增益控制放大器134的增益G初始值设定为增益范围内一个定值，当小于中的感性分量即时，通过差动放大器124的输出信号中就含有一个与同相的分量，通过乘法器1322与进行乘积运算后输入到积分器1324中的值是一个正值，经过积分器1324积分后的信号输入到自动增益控制放大器134的控制端，使得自动增益控制放大器134增益降低；反之当大于中的感性分量即时，通过差动放大器124的输出信号中就含有一个与反相的分量，通过乘法器1322与进行乘积运算后输入到积分器1324中的值是一个负值，经过积分器1324积分后的信号输入到自动增益控制放大器134的控制端，使得自动增益控制放大器134增益增加，达到系统平衡。如果系统达到平衡即此时差动放大器124的输出就只含有更新后的电压分量即阻性电压分量，那么在乘法器1322中进行运算的就是纯阻性电压信号和同纯感性电压信号同相的移相电压也就是说此时和相位差90度，那么乘法器1322的运算结果就为0，即乘法器1322没有输出信号，积分器1324也就没有输入信号，此时自动增益控制放大器134就会达到平衡状态，最终得到待测导线200的纯阻性电压分量，精确计算到待测导线200的交流电阻r，有效提高了准确性。
在一个实施例中，交流电阻输出装置150为除法器。
具体地，除法器的类型并不唯一，除法器接收放大装置120输出的电压分量或更新后的电压分量和与感性电压分量同相的移相电压二者经过除法器后相除得到待测导线200的交流电阻。
在一个较为详细的实施例中，如图5所示，电流互感器检测流过待测导线200的电流信号电流互感器和电阻Rs串联成一个回路，该回路输出电压为第一同相电压差分放大器122测量待测导线200的电压降，将待测导线200的电压降变换为第二同相电压第一同相电压相位前移90度后成移相电压并与第二同相电压中的感性电压分量同相，移相电压经G增益放大后为增益电压当增益电压与感性分量相等时，差动放大器124输出为与待测导线200的交流电阻的电压降成比例且同相的电压分量即阻性电压分量若电压分量尚有与增益电压同相的分量时，将电压分量和移相电压相乘并积分后去调节增益G，以抵消中的感性电压分量，对电压分量进行更新得到更新后的电压分量，最终通过更新后的电压分量和第一同相电压计算得到待测导线200的交流电阻r并输出。
上述导体交流电阻测量系统，同时测量待测导线200中流过的电流和待测导线200的电压降，将流过待测导线200中的电流变换为第一同相电压，通过移相器140、放大装置120和自动增益调节装置130对电压降和第一同相电压进行处理，得到更新后的电压分量即阻性电压分量，通过待测导线200的电压降中的阻性电压分量与第一同相电压之比得到待测导线200的交流电阻，对测试环境没有要求，操作便利、快速且准确性高，适应研究机构以及厂家试验要求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种导体交流电阻测量系统，其特征在于，包括同相电压获取装置、放大装置、自动增益调节装置、移相器和交流电阻输出装置，所述同相电压获取装置连接所述移相器，还用于连接待测导线，所述放大装置连接所述交流电阻输出装置，还用于连接所述待测导线，所述移相器连接所述自动增益调节装置，所述自动增益调节装置连接所述放大装置，所述交流电阻输出装置连接所述同相电压获取装置和所述移相器的公共端。
2.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，所述同相电压获取装置包括电流传感器和电阻，所述电流传感器的一端连接所述电阻的一端，所述电流传感器的另一端和所述电阻的另一端接地，所述电流传感器和所述电阻的公共端连接所述移相器。
3.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，所述放大装置包括差分放大器和差动放大器，所述差分放大器的输入端连接所述待测导线，所述差分放大器的输出端连接所述差动放大器的同相输入端，所述差动放大器的反相输入端还连接所述自动增益调节装置的输出端，所述差动放大器的输出端连接所述交流电阻输出装置的输入端。
4.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，所述自动增益调节装置还用于连接所述放大装置和所述交流电阻输出装置的公共端。
5.根据权利要求4所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，所述自动增益调节装置包括运算装置和自动增益控制放大器，所述运算装置的输入端连接所述放大装置的输出端，所述运算装置的输入端还连接所述移相器和所述自动增益控制放大器的公共端，所述运算装置的输出端连接所述自动增益控制放大器的输入端，所述自动增益控制放大器的输出端连接所述放大装置的输入端。
6.根据权利要求5所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，运算装置包括乘法器和积分器，所述乘法器的输入端连接所述放大装置的输出端，所述乘法器的输出端连接所述积分器的输入端，所述积分器的输出端连接所述自动增益控制放大器的输入端。
7.根据权利要求1所述的导体交流电阻测量系统，其特征在于，所述交流电阻输出装置为除法器。
Priority Applications (1)
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| CN201720316752.8U CN206583975U (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 导体交流电阻测量系统 |
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| CN201720316752.8U CN206583975U (zh) | 2017-03-28 | 2017-03-28 | 导体交流电阻测量系统 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111722137A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-29 | 重庆西南集成电路设计有限责任公司 | 基于四线法的微电阻测试系统及数字化抗干扰电路 |
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| CN111722137A (zh) * | 2020-07-01 | 2020-09-29 | 重庆西南集成电路设计有限责任公司 | 基于四线法的微电阻测试系统及数字化抗干扰电路 |
| CN111722137B (zh) * | 2020-07-01 | 2023-05-12 | 重庆西南集成电路设计有限责任公司 | 基于四线法的微电阻测试系统及数字化抗干扰电路 |
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