CN214539994U - 互感器综合特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了互感器综合特性测试仪，通过设置瞬时保护电路，吸收当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能；通过设置泄放电路，吸收瞬时保护电路未完全消除的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能；通过设置稳压电路，钳制泄放电路输出的电压信号，防止电路电压过大损坏CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；通过设置二极管钳位保护电路，进一步钳制经稳压电路处理输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能。

Description

互感器综合特性测试仪

技术领域

本实用新型涉及互感器测试技术领域，尤其涉及互感器综合特性测试仪。

背景技术

电力系统为了传输电能，往往采用交流电压、大电流回路把电力送往用户，无法用仪表进行直接测量。互感器的作用，就是将交流电压和大电流按比例降到可以用仪表直接测量的数值，便于仪表直接测量，同时为继电保护和自动装置提供电源。互感器性能的好坏，直接影响到电力系统测量、计量的准确性和继电器保护装置动作的可靠性。

现有常利用互感器综合特性测试仪对互感器的性能进行检测，而其中伏安特性是决定互感器性能好坏的重要特性。互感器综合特性测试仪在对互感器的伏安特性进行测试时，是将互感器的一次绕组开路，在二次绕组施加交流电压，从小到大调整电压，记录电压对应的电流值。通常需要设置信号调理电路对二次绕组输出的电压进行处理，再将处理后的电压输入至CPU芯片处理得到对应电流值，现有的信号调理电路在对二次绕组的输出电压进行处理时，存在当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间，互感器铁芯会产生一个高冲击电压损坏信号调理电路和CPU芯片。

因此，为了解决上述问题，本实用新型提出了互感器综合特性测试仪，通过优化现有互感器综合特性测试仪中信号调理电路的结构，避免当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间，互感器铁芯会产生一个高冲击电压损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出了互感器综合特性测试仪，通过优化现有互感器综合特性测试仪中信号调理电路的结构，避免当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间，互感器铁芯会产生一个高冲击电压损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了互感器综合特性测试仪，其包括开关电源、CPU芯片、互感器和信号调理电路，信号调理电路包括瞬时保护电路、泄放电路、稳压电路和全波整流电路；

互感器的一次绕组断开，开关电源与互感器二次绕组的一端电性连接，互感器二次绕组的另一端通过瞬时保护电路分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接，全波整流电路的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接，泄放电路的输出端和稳压电路的输出端均接地。

在以上技术方案的基础上，优选的，信号调理电路还包括二极管钳位保护电路；

互感器二次绕组的另一端通过瞬时保护电路分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接，二极管钳位保护电路的输出端与全波整流电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，信号调理电路还包括低通滤波电路；

全波整流电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接，低通滤波电路的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

更进一步优选的，信号调理电路还包括A/D转换电路；

低通滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接，A/D转换电路的输出端与CPU芯片的数字输入端电性连接。

在以上技术方案的基础上，优选的，瞬时保护电路包括瞬态抑制二极管D25和压敏电阻R5；

互感器二次绕组的另一端分别与瞬态抑制二极管D25的正极和压敏电阻R5的一端电性连接，瞬态抑制二极管D25的负极接地，压敏电阻R5的另一端分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接。

更进一步优选的，泄放电路包括电阻R1-R4、二极管D21和场效应管Q1；

压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接，电阻R4的另一端与场效应管Q1的漏极电性连接，二极管D21的负极通过电阻R1分别与电阻R3的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，电阻R2的另一端与场效应管Q1的栅极电性连接，场效应管Q1的源极接地。

更进一步优选的，稳压电路包括电容C41和二极管D22；

压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、电容C41的一端和二极管D22的正极电性连接，电容C41的另一端和二极管D22的负极均接地。

本实用新型的互感器综合特性测试仪相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)通过设置瞬时保护电路，吸收当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能；

(2)通过设置泄放电路，吸收瞬时保护电路未完全消除的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能；

(3)通过设置稳压电路，钳制泄放电路输出的电压信号，防止电路电压过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；

(4)通过设置二极管钳位保护电路，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，进一步钳制经稳压电路处理输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；当没有发生雷击或者线路没有出现短路大电流时，钳制互感器二次绕组输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。

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为本实用新型的互感器综合特性测试仪的系统结构图；

图2为本实用新型的互感器综合特性测试仪中瞬时保护电路、泄放电路和稳压电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，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方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的互感器综合特性测试仪，其包括开关电源、CPU芯片、互感器和信号调理电路。

开关电源，给互感器的二次绕组供电。具体的，开关电源与互感器二次绕组的一端电性连接。本实施例不涉及对开关电源结构的改进，因此，在此不再累述开关电源的电路结构。

互感器，互感器的一次绕组断开，开关电源给互感器的二次绕组供电，互感器二次绕组输出的电压信号经信号调理电路处理后输入至CPU芯片处理得到电压信号对应的电流值。具体的，互感器的一次绕组断开，互感器二次绕组的一端与开关电源电性连接，互感器二次绕组的另一端通过信号调理电路与CPU芯片的数字输入端电性连接。优选的，本实施例中，不涉及对互感器电路结构的改进，因此，在此不再累述互感器的电路结构。优选的，互感器可以选用Rogowski线圈式电流互感器。

信号调理电路，对互感器的二次绕组输出的电压信号进行放大、整流和滤波处理。优选的，本实施例中，如图1所示，信号调理电路包括瞬时保护电路、泄放电路、稳压电路、二极管钳位保护电路、全波整流电路、低通滤波电路和A/D转换电路。具体的，互感器的一次绕组断开，开关电源与互感器二次绕组的一端电性连接，互感器二次绕组的另一端与瞬时保护电路的输入端电性连接，瞬时保护电路的输出端分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接，泄放电路的输出端和稳压电路的输出端均接地，二极管钳位保护电路的输出端与全波整流电路的输入端电性连接，全波整流电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接，低通滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接，A/D转换电路的输出端与CPU芯片的数字输入端电性连接。

瞬时保护电路，吸收当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。具体的，瞬时保护电路的输入端与互感器二次绕组的另一端电性连接，瞬时保护电路的输出端与泄放电路的输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图2所示，瞬时保护电路包括瞬态抑制二极管D25和压敏电阻R5；具体的，互感器二次绕组的另一端分别与瞬态抑制二极管D25的正极和压敏电阻R5的一端电性连接，瞬态抑制二极管D25的负极接地，压敏电阻R5的另一端分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接。如图2所示，Vi表示互感器二次绕组输出的电压信号。

其中，基于瞬态抑制二极管D25放电反应速度快的特性，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，瞬态抑制二极管D25导通，高冲击电压通过瞬态抑制二极管D25迅速输入到地；同时压敏电阻R5吸收高冲击电压；使用瞬态抑制二极管D25和压敏电阻R5双重保护，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。

泄放电路，吸收瞬时保护电路未完全消除的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能。具体的，泄放电路的输入端与瞬时保护电路的输出端电性连接，泄放电路的输出端接地。优选的，本实施例中，如图2所示，泄放电路包括电阻R1-R4、二极管D21和场效应管Q1；具体的，压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接，电阻R4的另一端与场效应管Q1的漏极电性连接，二极管D21的负极通过电阻R1分别与电阻R3的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，电阻R2的另一端与场效应管Q1的栅极电性连接，场效应管Q1的源极接地。

其中，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，二极管D21导通，高冲击电压一方面通过电阻R1和电阻R2输入到场效应管Q1的栅极，场效应管Q1导通，电阻R4吸收高冲击电压；其中，电阻R4为大功率电阻，用于迅速吸收高冲击电压；电阻R1和电阻R2为负载电阻，防止电路电压过大击穿场效应管Q1；另一方面高冲击电压通过电阻R3输入到地；通过两方面吸收瞬时保护电路未完全消除的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能；当互感器铁芯输出正常时，二极管D21和场效应管Q1截止，泄放电路不工作。

稳压电路，钳制泄放电路输出的电压信号，防止电路电压过大损坏CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能。具体的，稳压电路的输入端与瞬时保护电路的输出端电性连接，稳压电路的输出端与二极管钳位保护电路的输入端电性连接。优选的，本实施例中，如图2所示，稳压电路包括电容C41和二极管D22；具体的，压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、电容C41的一端和二极管D22的正极电性连接，电容C41的另一端和二极管D22的负极均接地。如图2所示，Vo表示经稳压电路处理后输出的电压信号。

其中，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，利用电容C41电压不能突变的特性，钳制泄放电路输出的电压值，防止电路电压过大损坏CPU芯片；同时，二极管D22为钳位二极管，钳制泄放电路输出的电压信号；使用电容C41和二极管D22双重保护，钳制泄放电路输出的电压值，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能。

二极管钳位保护电路，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，进一步钳制经稳压电路处理输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；当没有发生雷击或者线路没有出现短路大电流时，钳制互感器二次绕组输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。具体的，瞬时保护电路的输出端分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接，二极管钳位保护电路的输出端与全波整流电路的输入端电性连接。本实施例中，不涉及对二极管钳位保护电路电路结构的改进，因此在此不再累述二极管钳位保护电路的结构。

全波整流电路，将二极管钳位保护电路钳制后的电压信号转换到A/D转换电路量程范围内。具体的，二极管钳位保护电路的输出端与全波整流电路的输入端电性连接，全波整流电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接。本实施例中，不涉及对全波整流电路结构的改进，因此在此不再累述全波整流电路的电路结构。

低通滤波电路，滤除电压信号中存在的高频干扰信号，使电路输出的电压信号更加稳定。具体的，低通滤波电路的输入端与全波整流电路的输出端电性连接，低通滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接。本实施例中，不涉及对低通滤波电路结构的改进，因此，在此不再累述低通滤波电路的电路结构。优选的，低通滤波电路可以选用二阶巴特沃斯低通滤波器。

A/D转换电路，互感器输出电压信号为模拟信号，该模拟电压信号经过信瞬时保护电路、泄放电路、稳压电路和全波整流电路处理后可以直接输入至CPU芯片的模拟输入端进行A/D转换，也可以通过硬件搭建的A/D转换电路进行A/D转换，A/D转换后再输入至CPU芯片的数字输入端。采用硬件搭建A/D转换电路进行A/D转换的方法，一方面，可以降低CPU芯片的工作负担，提高CPU芯片的处理速度；另一方面，可以提高A/D转换的精度，使电路输出的电压信号更加精确。因此，本实施例中，采用硬件搭建A/D转换电路进行A/D转换，可以提高电压信号转换的精度，方便CPU芯片对互感器输出信号进行处理。具体的，低通滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接，A/D转换电路的输出端与CPU芯片的数字输入端电性连接。本实施例中，不涉及对A/D转换电路结构的改进，因此，在此不再累述A/D转换电路的结构。

CPU芯片，接收A/D转换电路输出的数字信号，并进行处理得出电流值。具体的，CPU芯片的数字输入端与A/D转换电路的输出端电性连接。本实施例中，不涉及对CPU芯片内部算法的改进，因此，在此不再累述CPU芯片的内部算法。本实施例不限定CPU芯片的型号，优选的，选用S3C2410A；GPIOA0引脚对应表示CPU芯片的数字输入端。

本实用新型的工作原理是：互感器的一次绕组断开，开关电源给互感器的二次绕组供电，互感器的二次绕组输出电压信号到瞬时保护电路，当互感器铁芯因发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间产生一个高冲击电压时，瞬时保护电路吸收高冲击电压，并输出电压信号和经瞬时保护电路未吸收完的高冲击电压到泄放电路，泄放电路进一步吸收滤除高冲击电压，并输出电压信号至稳压电路，稳压电路钳制泄放电路输出的电压信号，防止电路电压过大损坏后级电路和CPU芯片，经稳压电路钳制后输出的电压信号输入至二极管钳位保护电路，二极管钳位保护电路进一步钳制电压信号，防止电压过大损坏后级电路，全波整流电路将二极管钳位保护电路钳制后的电压信号转换为A/D转换电路量程范围内的电压信号，并将转换处理后的电压信号输入至低通滤波电路，低通滤波电路滤除电压信号中存在的高频干扰信号，并将滤波处理后的信号输入至A/D转换电路，A/D转换电路将电压信号转换为数字信号，并将其输入至CPU芯片进行处理得到电压信号对应的电流值；

当互感器的二次绕组输出电压信号正常时，互感器的二次绕组输出电压信号至二极管钳位保护电路，瞬时保护电路、泄放电路和稳压电路不工作，二极管钳位保护电路钳制电压信号，防止电压信号过大损坏后级电路，全波整流电路将二极管钳位保护电路钳制后的电压信号转换为A/D转换电路量程范围内的电压信号，并将转换处理后的电压信号输入至低通滤波电路，低通滤波电路滤除电压信号中存在的高频干扰信号，并将滤波处理后的信号输入至A/D转换电路，A/D转换电路将电压信号转换为数字信号，并将其输入至CPU芯片进行处理得到电压信号对应的电流值。

本实施例的有益效果为：通过设置瞬时保护电路，吸收当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能；

通过设置泄放电路，吸收瞬时保护电路未完全消除的高冲击电压，避免损坏信号调理电路和CPU芯片，进一步提高电路的安全性能；

通过设置稳压电路，钳制泄放电路输出的电压信号，防止电路电压过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；

通过设置二极管钳位保护电路，当发生雷击或者线路出现短路大电流瞬间互感器铁芯产生的高冲击电压时，进一步钳制经稳压电路处理输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，更进一步提高电路的安全性能；当没有发生雷击或者线路没有出现短路大电流时，钳制互感器二次绕组输出的电压信号，防止电压信号过大损坏信号调理电路和CPU芯片，提高电路的安全性能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (7)

1.互感器综合特性测试仪，其包括开关电源、CPU芯片、互感器和信号调理电路，其特征在于：所述信号调理电路包括瞬时保护电路、泄放电路、稳压电路和全波整流电路；

所述互感器的一次绕组断开，开关电源与互感器二次绕组的一端电性连接，互感器二次绕组的另一端通过瞬时保护电路分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接，全波整流电路的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接，泄放电路的输出端和稳压电路的输出端均接地。

2.如权利要求1所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述信号调理电路还包括二极管钳位保护电路；

所述互感器二次绕组的另一端通过瞬时保护电路分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和二极管钳位保护电路的输入端电性连接，二极管钳位保护电路的输出端与全波整流电路的输入端电性连接。

3.如权利要求2所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述信号调理电路还包括低通滤波电路；

所述全波整流电路的输出端与低通滤波电路的输入端电性连接，低通滤波电路的输出端与CPU芯片的模拟输入端电性连接。

4.如权利要求3所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述信号调理电路还包括A/D转换电路；

所述低通滤波电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接，A/D转换电路的输出端与CPU芯片的数字输入端电性连接。

5.如权利要求1所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述瞬时保护电路包括瞬态抑制二极管D25和压敏电阻R5；

所述互感器二次绕组的另一端分别与瞬态抑制二极管D25的正极和压敏电阻R5的一端电性连接，瞬态抑制二极管D25的负极接地，压敏电阻R5的另一端分别与泄放电路的输入端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接。

6.如权利要求5所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述泄放电路包括电阻R1-R4、二极管D21和场效应管Q1；

所述压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、稳压电路的输入端和全波整流电路的输入端电性连接，电阻R4的另一端与场效应管Q1的漏极电性连接，二极管D21的负极通过电阻R1分别与电阻R3的一端和电阻R2的一端电性连接，电阻R3的另一端接地，电阻R2的另一端与场效应管Q1的栅极电性连接，场效应管Q1的源极接地。

7.如权利要求6所述的互感器综合特性测试仪，其特征在于：所述稳压电路包括电容C41和二极管D22；

所述压敏电阻R5的另一端分别与二极管D21的正极、电阻R4的一端、电容C41的一端和二极管D22的正极电性连接，电容C41的另一端和二极管D22的负极均接地。

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