CN85107511A - 无接触式电压相位信号获取方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

在电工测量仪表中电压相位信号的获取采用导线引入，给测量工作带来许多不便，面对现状，本发明利用被测相线周围存在的电场，以感应方法获得被测线路的初步电压相位信号，送入相位信号处理电路，获得经过滤波、放大的电压相位信号，从而达到简单、易行、快速的无接触测量效果。本发明可利用在电力系统二次回路的三相三线的三相四线制供电网络，利用本发明的方法可以制成无接触功率因数表、无接触式电压相位表(或相序表)、无接触式能流方向指示器和其它包括上述功能的多用表。

Description

本发明是关于电工测量仪表中无接触式电压相位信号的获取方法，是一种简单易行的测量方法。
在进行一个相线的电压与该相线的电流之间的相位差的测量，或者一个相线与另一个相线电压之间的相位差的测量都需要获得被测相线的电压相位信号，而且前世界上在测量工作中电压相位信号的获取均使用导线引入，给测量工作带来许多不便。在1983年4月的Hannaver展览会上（德）H.B公司（Hartmann    &    Braun公司）展出了COS    051    Z型数字式钳形功率因数表和国内甘肃省天水市长城电工仪器厂生产的PS10三相单相数字功率电能表，都不同程度的存在电压信号的获取需用导线引入的缺陷，检索各国专利也尚未发现有无接触式获取电压相位信号的技术资料和使用实例。
发明的目的是针对目前电工测量仪表中获得电压相位信号方法的缺陷，利用被测相线周围存在的电场，以感应方法获得被测线路的初步电压相位信号，送入相位信号处理电路，获得经过滤波、放大的电压相位信号，从而达到简单、易行、快速的无接触测量效果。
在零线接地的三相四线制供电回路的任一相线与地之间都存在一个与该相线电压变化规律相同的电场，处在该电场中的任何接地的非绝缘体都会产生一种感应电流，该电流的强弱视该非绝缘体的大小、形状、阻抗值，以及它在电场中的位置而变化。但该电流的相位与被测相线的电压相位相关，所以可以用感应电流相位的变化反映被测相线电压相位的变化。具体原理见图1。图1中（1）为被测相线;（2）为一种导电材料制成的电压相位信号感应端，它可以是任意形状的非绝缘物体;（3）、（4）分别是电压相位信号处理电路（7）的等效输入电阻和电容;（5）、（6）分别是使用测量装置人员作测量工作时的等效接地电阻和电容。被测相线（1）与电压相位信号感应端（2）形成一个电容，它使得电阻（3）、（5）和电容（4）、（6）至地的回路内产生一个微弱的电流，适当地选择电压相位信号感应端（2）的外形，以及与被测相线（1）之间的距离，使被测相线（1）与电压相位信号感应端（2）组成电容的容抗远大于电阻（3）、（5）和电容（4）、（6）的综合阻抗值，则这一微弱电流的相位会比被测相线（1）的电压相位约超前90°，将这微弱电流的相位信号作为初步电压相位信号，由于这一初步电压相位信号相当微弱，并可能包含很多高频干扰信号，所以要将这一初步电压信号送入电压相位信号处理电路（7）进行滤波、放大处理，获得与被测相线（1）相关的电压相位信号。由于电压相位信号处理电路（7）在实现上述处理时要产生相移，为了控制和利用这种相移，电压相位信号处理电路（7）中应包含一种能方便地调整移相数值的移相电路。为达到理想的相位信号，电压相位信号处理电路（7）还应有低通放大器，而当测量工作需要一个以上的电压相位信号时，使用与所需电压相位信号数目相同的电压信号感应端（2），以及同样数目的电压信号处理电路（7），而在这些电压信号处理电路中可以有一个电压信号处理电路（7）中不包含能够方便地调整移相数值的移相电路。
本发明使人们以简单的方法，无接触地快速测量电力系统二次回路中零线接地的三相四线制工频供电网络的各相线的电压之间，以及某相线电压与这一相线电流之间的相位角度差，利用本发明的无接触式电压相位信号获取方法可以制成无接触功率因数表、无接触式电压相位表（或相序表），或无接触式能流方向指示器和其它包括上述功能的多用表。
举一个实现本发明的实施例-无接触式功率因数（角度）表。原理图见图2。使用钳型电流互感器来获取电流相位信号，在互感器的卡钳口的内表面，固定一条薄铜片作为电压相位信号感应端，由此得到的初步电压相位信号送入由F1、F2组成的电压相位信号处理电路，其中R1、R2、R3、C1、D1、D2与F1共同组成具有输入端保护功能的低通放大器，由R4、R5、W、C2和F2共同组成，可方便调整移相值的移相器，由F2送出信号经过F3开环放大器到与非门YF1整形为方波，输入到YF2、YF3组成的与门逻辑电路。由电流互感器得到的电流相位信号，经过低通电路滤波后经过F4开环放大器到与非门YF4整形为方波，输入到YF2、YF3组成的与门逻辑电路。YF3输出的矩形波的占空比与被测相线的电流与电压之间的相位差成比例关系，这一矩形波经BG放大和D7限幅之后送入指示表头指示。使用电位器W调整移相器的移相值，使被测相线的负载为纯电阻时，YF1、YF4的输出方波相差90°，则该仪表的测量范围为-90°～+90°。运算放大器F1、F2、F3、F4使用四运放集成电路，型号TL064，与非门YF1、YF2、YF3、YF4使用一块四与非集成电路CO66，D1、D2、D3、D4、D5、D6用2CP型二极管，三极管BG是3DG6，实例中使用的稳压管可使用发光二极管代替。表头是杭州产东海牌多用钳型表的原件，电流相位信号感应线圆可以使用原多用钳型表的钳型电流互感器，也可以做成具有U型或V型导磁芯的线圈，电流为正负1.5伏中点接地，实例中使用2节五号电池。
补正85107511
文件名称    页    行    补正前    补正后
说明书    1    倒3    在零线接地的    在三相三线或
3    3    中零线接地的    三相三线制或
权项    1    倒2    零线接地的三相四线    的三相四线制或三相三
制I频    线制

Claims (6)

1、电工测量仪表中用于测量相位的无接触式电压相位信号获取方法采用导线引入，本发明的特征是通过在被测相线(1)附近的一个或多个电压相位信号感应端(2)获得初步的电压相位信号，这初步的电压相位信号送入有一个或多个具有一定输入阻抗(3)、(4)的电压相位信号处理电路(7)中滤波、放大处理，得到电压相位信号，电压相位信号处理电路(7)连结到测量工作人员对地等效阻的电阻(5)和电容(6)。
2、根据权利要求1的无接触式电压相位信号获取方法，其特征在于被测相线（1）与信号感应端（2）所形成电容的容抗远大于电阻（3）、（5）和电容（4）、（6）所产生的综合阻抗。
3、根据权利要求1的无接触式电压相位信号获取方法，其特征在于测量任务需要获得一个以上的电压相位信号时，则在它们的电压相位信号处理电路（7）中可以有一个电压相位信号处理电路不含有能够方便地调整移相数值的移相电路。
4、根据权利要求1的无接触式电压相位信号获取方法，其特征在于相位信号处理电路（7）具有滤高频干扰信号的功能。
5、根据权利要求1的无接触式电压相位信号获取方法，其特征在于被测相线（1）属于电力系统二次回路零线接地的三相四线制工频供电网络。
6、使用无接触式电压相位信号获取方法的仪表，其特征在于：电压相位信号采用本发明提供的无接触方式获得，应用于功率因数表、电压相位表、电压相序表、能流方向指示器和其它包括上述功能的多用表。
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