CN201166685Y - 宽频高压智能电阻分压式电压传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种宽频高压智能电阻分压式电压传感器，由以下组件构成：一个用于从被测电压回路中取出电压信号的电阻式分压器(1)，一个用于将电阻式分压器(1)输出的模拟电压信号转变为数字信号并进行运算处理的高压侧信号处理装置(2)，一组连接高压侧信号处理装置(2)和低压侧数显终端(6)的通讯光纤组(5)，一个为高压侧信号处理装置(2)提供工作电源的高压侧电源(3)，一个连接高压侧电源(3)与低压侧供电电网的高压隔离变压器(4)。本实用新型频率响应范围宽、可交直流通用、有效测试范围宽、无磁饱和问题、测量精度高、高耐压、高线性、低温漂、易校准、抗干扰能力强。适合于电机生产企业、电机研究和电机检测中心等场所使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于交直流、变频电机测量的宽频高压智能电阻分压式电压传感器。
背景技术
随着变频技术的发展，使变频电机得到广泛应用，由于给变频电机供电的变频电源输出频率范围宽且含有复杂的高次谐波，传统的互感器已不能满足电参数测试。霍尔电压传感器测试频率范围较宽，可以较好的满足变频电机的基波电压测试，但是目前测试带宽通常小于15kHz，尤其是3000V电压等级以上的霍尔电压传感器测试带宽通常小于5kHz，对于变频电机电压信号的高次谐波仍然不能准确测量。电阻式分压器具有良好的频率特性及线性，但是由于输出未经隔离，目前一般将电阻式分压器用作直流电压测试，或脉冲电压，或冲击电压测试，其共同特点是测试时一端接大地。在已有技术中还没有采用电阻式分压器取代传统的互感器用于变频交流高电压测试的电压传感器。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种频率响应范围宽、交直流通用、有效测试范围宽、无磁饱和问题、测量精度高、高线性、低温漂易校准、隔离电压高、抗干扰能力强的宽频高压智能电阻分压式电压传感器。
本发明的技术方案是：利用电阻式分压器良好的频率特性及线性，采用电阻式分压器取代传统的互感器作为交流高电压测试的传感器件，测量电路与电阻式分压器紧密结合，采用浮地结构，测量数据以数字量方式通过光纤上传至低压侧数显终端实现信号传输及高压隔离。
本发明由以下组件构成：一个用于从被测电压回路中取出电压信号的电阻式分压器(1)，一个用于将电阻式分压器(1)输出的模拟电压信号转变为数字信号并进行运算处理的高压侧信号处理装置(2)，一组连接高压侧信号处理装置(2)和低压侧数显终端(6)的通讯光纤组(5)，一个为高压侧信号处理装置(2)提供工作电源的高压侧电源(3)，一个连接高压侧电源(3)与低压侧供电电网的高压隔离变压器(4)。
所述电阻式分压器(1)由高压臂电阻R1和低压臂电阻R2组成，R1和R2均为无感电阻，并一同封装在绝缘材料灌封的屏蔽金属筒内，。
所述高压隔离变压器(4)的原边及副边分别与低压侧供电电网及高压侧电源(3)连接。
所述高压侧信号处理装置(2)由AD转换器IC1、微处理器IC2、串行数据发送器2C组成。
所述高压侧信号处理装置(2)还包括采样时钟接收器2A或串行数据接收器2B中的一种或它们的组合。
所述通讯光纤组(5)由至少一根通讯光纤5C组成，通讯光纤5C与高压侧信号处理装置(2)中的串行数据发送器2C及低压侧数显终端(6)连接。
所述通讯光纤组(5)还包括通讯光纤5A或通讯光纤5B中的一根或它们的组合，其中通讯光纤5A与采样时钟接收器2A及低压侧数显终端(6)连接，通讯光纤5B与串行数据接收器2B及低压侧数显终端(6)连接。
本发明具有频率响应范围宽、交直流通用、有效测试范围宽、无磁饱和问题、测量精度高、高线性、低温漂、易校准、隔离电压高、抗干扰能力强等优点，适合于电机生产企业、电机研究和电机检测中心等场所使用。
附图说明
图1为本实用新型原理方框图；
图2为实施例1的电路示意图；
图3为实施例2的电路示意图；
图4为实施例3的电路示意图；
图5为实施例4的电路示意图；
图6为实施例5的电路示意图。
图中：1-电阻式分压器，2-高压侧信号处理装置，3-高压侧电源，4-高压隔离变压器，5-通讯光纤组，6-低压侧数显终端。
图6中：S1-1号宽频高压智能电阻分压式电压传感器，S2-2号宽频高压智能电阻分压式电压传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：
在以下实施例中微处理器IC2及IC3均使用了串行数据接收端RXD0及串行数据发送端口TXD0，为了方便描述，图中分别标记为2-RXD0、2-TXD0、6-RXD0、6-TXD0；实施例5中还采用了IC3的串行数据接收端RXD1及串行数据发送端口TXD1，标记为6-RXD1、6-TXD1。
实施例1：参照图1和图2：
本实施例包括从被测电压回路中取出电压信号的电阻式分压器(1)，高压侧信号处理装置(2)，高压侧电源(3)，高压隔离变压器(4)，通讯光纤组(5)，低压侧数显终端(6)。
本实施例低压侧供电电网采用AC220V市电。
电阻式分压器(1)作为电压传感器件，将接在V+、V-两端的被测电压信号分压后的模拟电压信号接入高压侧信号处理装置(2)，高压侧信号处理装置(2)将电阻式分压器(1)输出的模拟电压信号转变为数字信号并运算处理后通过光纤组(5)上传至低压侧数显终端(6)，高压侧电源(3)为高压侧信号处理装置(2)提供工作电源，高压隔离变压器(4)的原边及副边分别与AC220V市电及高压侧电源(3)相连。
电阻式分压器(1)包括高压臂电阻R1和低压臂电阻R2，本实施例中，R1采用6MΩ/30W高压精密无感电阻，最高工作电压达70kV，R2采用3k Ω/0.25W精密无感电阻，R1和R2封装在屏蔽铜管1A内，1A内以环氧树脂1B绝缘灌封，最高直流测试电压可达20kV，最高交流测试电压可达14kV，可满足10kV交直流、变频电机的各种工况电压测试。
高压侧信号处理装置(2)由AD转换器IC1、微处理器IC2、采样时钟接收器2A、串行数据接收器2B及串行数据发送器2C组成，本实施例中IC1采用16位AD转换器AD7656，IC2采用单片机ATMEGA162，2A和2B采用光纤接收器HFBR-2521，2C采用光纤发送器HFBR-1521。IC1的控制线及数据线与IC2相连，IC1含有A/D转换启动信号CONVSTA，CONVSTA与采样时钟接收器2A相连，电阻式分压器(1)的低压臂电阻R2的两端分别与IC1的模拟信号输入端AIN及模拟地AGND相连，IC2的串行数据接收端口2-RXD0与串行数据接收器2B相连，IC2的串行数据发送端口2-RXD0与串行数据发送器2C相连。
本实施例中，高压侧电源(3)采用典型线性电源，由变压器T1、整流桥B1、B2及三端稳压块V1、V2、V3等构成(图中省略了滤波电容等器件)，为高压侧信号处理装置(2)提供工作电源。
高压隔离变压器(4)的原边及副边分别与AC220V市电及高压侧电源(3)连接，本实施例中，高压隔离变压器(4)的原边与副边匝比为1∶1，原边与副边的隔离耐压不低于20kV，在高压测量侧(包括被测电压回路、电阻式分压器1、高压侧信号处理装2、高压侧电源3)与AC220V市电之间起高压隔离作用。
本实施例低压侧数显终端(6)由采样时钟发送器6A、串行数据发送器6B、串行数据接收器6C、微处理器IC3及数据显示装置6D组成，6A和6B采用光纤发送器HFBR-1521，起电/光转换作用，6C采用光纤接收器HFBR-2521，起光/电转换作用，IC3采用单片机CY7C68013，6D采用计算机。采样时钟发送器6A的电信号输入端与微处理器IC3的T0OUT引脚相连，串行数据发送器6B的电信号输入端与微处理器IC3的6-TXD0相连，串行数据接收器6C的电信号输出端与微处理器IC3的6-RXD0相连；CY7C68013含有一个USB通讯接口，微处理器IC3与计算机6D之间采用USB电缆连接，实现两者之间的高速数据通讯。
本实施例通讯光纤组(5)由三根通讯光纤5A、5B、5C组成，5A连接2A与6A，5B连接2B与6B，5C连接2C与6C，通讯光纤组(5)在高压侧信号处理装置(2)及低压侧数显终端(6)之间起数据通讯及高压隔离的作用。
工作原理如下：
被测电压经电阻式分压器(1)分压产生峰值小于10V电压信号输入到A/D转换器IC1，IC3产生采样时钟信号经6A、5A、2A控制IC1的A/D转换启动信号CONVSTA，启动A/D转换，A/D转换结束时，IC2读取A/D转换结果，并对A/D转换结果进行运算处理，运算处理后的数据以异步串行方式经2C、5C、6C上传至低压侧数显终端(6)的IC3，IC3再将接收到的数据处理后通过USB电缆上传计算机6D，计算机6D根据需要显示被测电压信号的真有效值、基波有效值、频率、波形畸变率及实时波形等。
计算机6D还可通过USB电缆将需要设置的各种控制指令下传到IC3、IC3再将该指令通过6B、5B、2B下传至高压侧信号处理装置(2)的IC2，为了保证通讯可靠性，还在收到指令后将应答指令通过2C、5C、6C上传至IC3，IC3再将应答指令通过USB电缆上传至计算机6D。典型应用是，宽频高压智能电阻分压式电压传感器可采用多种通讯协议，通过该法设置可选择其中一种用户熟悉的协议，或宽频高压智能电阻分压式电压传感器上传信息可包含瞬态数据包、稳态数据包等或全部信息，通过该法设置可只选择用户关心的数据上传，简化低压侧数显终端(6)的数据通讯。
实施例2：
参照附图3：(图中省略了与图2中相同的电阻式分压器1、高压侧电源3、高压隔离变压器4)
本实施例与实施例1不同的是，本实施例中宽频高压智能电阻分压式电压传感器不关心被测信号的采样时刻，即不需要与其它信号同步采样或作相位对比，固高压侧信号处理装置(2)省去采样时钟接收器2A，通讯光纤组(5)省去通讯光纤5A，低压侧数显终端(6)省去采样时钟发送器6A，同时将A/D转换器IC1的A/D转换启动信号CONVSTA直接与微处理器IC2的时钟输出引脚OC1A相连，由IC2提供采样时钟信号。
实施例3：
参照附图4：(图中省略了与图2中相同的电阻式分压器1、高压侧电源3、高压隔离变压器4)
本实施例与实施例1不同的是，本实施例中宽频高压智能电阻分压式电压传感器无需设置各种指令，固高压侧信号处理装置(2)可省去串行数据接收器2B，通讯光纤组(5)可省去通讯光纤5B、低压侧数显终端(6)可省去串行数据发送器6B。
实施例4：
参照附图5：(图中省略了与图2中相同的电阻式分压器1、高压侧电源3、高压隔离变压器4)
本实施例与实施例1不同的是，本实施例中宽频高压智能电阻分压式电压传感器既不关心被测信号的采样时刻，也不需要用户对其进行各种指令设置，固高压侧信号处理装置(2)省去采样时钟接收器2A、串行数据接收器2B，通讯光纤组(5)省去通讯光纤5A、5B，低压侧数显终端(6)省去采样时钟发送器6A、串行数据发送器6B。
实施例5：
参照图1、图2和图6：
本实施例采用两个宽频高压智能电阻分压式电压传感器对三相交流电的三相线电压Uab、Ucb、Uac的瞬态值及有效值等进行测量，图中S1为1号宽频高压智能电阻分压式电压传感器，S2为2号宽频高压智能电阻分压式电压传感器。
S1、S2中的高压侧信号处理装置(2)与图2中的高压侧信号处理装置(2)相同。
本实施例中包含两套通讯光纤组，每套三根，分别记为5A1、5B1、5C1、5A2、5B2、5C2。
本实施例低压侧数显终端(6)由采样时钟发送器6A1、6A2，串行数据发送器6B1、6B2，串行数据接收器6C1、6C2，微处理器IC3及数据显示装置6D组成，所述6A1、6B1、6A2、6B2采用光纤发送器HFBR-1521，6C1、6C2采用光纤接收器HFBR-2521，IC3采用单片机CY7C68013，6D采用计算机。采样时钟发送器6A1、6A2的电信号输入端连接在一起并与微处理器IC3的T0OUT引脚相连。串行数据发送器6B1的电信号输入端与微处理器IC3的6-TXD0相连，串行数据发送器6B2的电信号输入端与微处理器IC3的6-TXD1相连，串行数据接收器6C1的电信号输出端与微处理器IC3的6-RXD0相连，串行数据接收器6C2的电信号输出端与微处理器IC3的6-RXD1相连；CY7C68013含有一个USB通讯接口，微处理器IC3与计算机6D之间采用USB电缆连接，实现两者之间的高速数据通讯。
测量原理：
宽频高压智能电阻分压式电压传感器S1的测量信号输入端与被测三相交流电的Ua、Ub相连，宽频高压智能电阻分压式电压传感器S2的测量信号输入端与被测三相交流电的Uc、Ub相连，所述S1、S2的采样时钟发送器6A1和6A2的电信号输入端连接在一起，即S1、S2的采样时钟源相同，S1、S2的高压侧信号处理装置(2)的IC1在同一采样时钟源的控制下，分别对三相线电压的Uab、Ucb进行同步采样。对于同一采样时刻的每一个瞬态值而言，Uac＝Uab-Ucb，由此低压侧数显终端的IC3得到Uab、Ucb、Uac的所有瞬态值，再根据有效值的计算原理，计算出Uab、Ucb、Uac的有效值，其它的如波形畸变率等，测量原理相同。
上述实施例通过有关部门的计量认证，其测试精度优于0.2级；电压连续测试范围为0～11kV，短时过载电压达14kV；信号带宽为DC～100kHz；最高采样频率为250kHz；串行传输速率为2Mbps；隔离电压不低于20kV。
上述实施例中，若改变电阻式分压器(1)的分压比，并提高高压隔离变压器(4)的绝缘耐压，可进一步提高测试电压。
Claims (7)
1.一种宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于，由以下组件构成：一个用于从被测电压回路中取出电压信号的电阻式分压器(1)，一个用于将电阻式分压器(1)输出的模拟电压信号转变为数字信号并进行运算处理的高压侧信号处理装置(2)，一组连接高压侧信号处理装置(2)和低压侧数显终端(6)的通讯光纤组(5)，一个为高压侧信号处理装置(2)提供工作电源的高压侧电源(3)，一个连接高压侧电源(3)与低压侧供电电网的高压隔离变压器(4)。
2.根据权利要求1所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于所述电阻式分压器(1)由高压臂电阻R1和低压臂电阻R2组成，所述R1和R2为无感电阻，并一同封装在绝缘材料灌封的屏蔽金属筒内。
3.根据权利要求1所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于所述高压隔离变压器(4)的原边及副边分别与低压侧供电电网及高压侧电源(3)连接。
4.根据权利要求1所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于所述高压侧信号处理装置(2)由AD转换器IC1、微处理器IC2、串行数据发送器2C组成。
5.根据权利要求4所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于所述高压侧信号处理装置(2)还包括采样时钟接收器2A或串行数据接收器2B中的一种或它们的组合。
6.根据权利要求1所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于，所述通讯光纤组(5)由至少一根通讯光纤5C组成，通讯光纤5C与高压侧信号处理装置(2)中的串行数据发送器2C及低压侧数显终端(6)连接。
7.根据权利要求6所述的宽频高压智能电阻分压式电压传感器，其特征在于，所述通讯光纤组(5)还包括通讯光纤5A或通讯光纤5B中的一根或它们的组合，其中通讯光纤5A与采样时钟接收器2A及低压侧数显终端(6)连接，通讯光纤5B与串行数据接收器2B及低压侧数显终端(6)连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: ZHANG HAIYAN Free format text: FORMER OWNER: XU WEIZHUAN Effective date: 20090612 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20090612 Address after: Hunan province Changsha Kaifu District, garden ginkgo court 18 building room 1108, zip code: 410073 Patentee after: Zhang Haiyan Address before: Hunan province Changsha Kaifu District Sifangping, Ginkgo Garden Court 18 Building No. 1108, zip code: 410073 Patentee before: Xu Weizhuan |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20081217 |