潤(rùn)儀遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)電流傳感器設(shè)計(jì)應(yīng)用
    我國(guó)目前工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中存在著大量10( 6) kV 配電線路、變壓器以及各種高壓電動(dòng)機(jī)，在進(jìn)行這類設(shè)備的能耗分析時(shí)，通常只能通過(guò)理論分析計(jì)算、直接讀取在線儀表或者使用儀器遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)測(cè)量互感器二次側(cè)電參數(shù)后通過(guò)折算得到一次側(cè)的電參數(shù)，但是在實(shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)遇到儀表配備不全或者互感器飽和等情況影響測(cè)試的結(jié)果，難以進(jìn)行準(zhǔn)確地分析與評(píng)價(jià)。為了解決這一問(wèn)題，就有必要開(kāi)發(fā)一種高可靠度、高精度的便攜式高壓測(cè)試設(shè)備。
    10( 6) kV 高壓測(cè)試裝置電流傳感器的技術(shù)方案，大都采用普通的鐵磁式傳感器。但是實(shí)際導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量時(shí)，會(huì)有以下幾方面的缺點(diǎn): 首先，由于需要將傳感頭設(shè)計(jì)成開(kāi)口的形式，這就不可避免的存在氣隙，會(huì)影響導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量的精度; 其次遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)計(jì)測(cè)量時(shí)無(wú)法保證開(kāi)口端是否緊密接觸，一旦接觸不可靠，就會(huì)帶來(lái)較大的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量誤差; 后，由于普通的鐵磁式傳感器易發(fā)生磁通飽和且線性度不高，無(wú)法滿足遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)測(cè)量裝置高帶寬、線性度好、遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)測(cè)量范圍大的設(shè)計(jì)要求。因此，本文選擇羅氏線圈作為高壓測(cè)試儀器的電流傳感器［1］。
1 空心線圈電流互感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
羅氏線圈相比于鐵磁式互感器，空心線圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含鐵磁性材料，無(wú)磁滯和磁飽和現(xiàn)象，相位誤差小，尤其是可以設(shè)計(jì)成開(kāi)口鉗形，可以在大程度上消壓測(cè)試儀器。如圖 1 所示，電流傳感器探頭整體采用兩基板夾小貼片的結(jié)構(gòu)，主要包括兩個(gè)部分: 用于連接和固定各小貼片的圓形 PCB 基板和用來(lái)感應(yīng)被測(cè)電流磁場(chǎng)的布有線圈的小貼片。采用這種結(jié)構(gòu)不僅可以保證所有的小貼片與基板嚴(yán)格垂直，減小誤差; 而且小貼
片的插腳和基板的插槽均采用焊盤形式，既能保證連接堅(jiān)實(shí)可靠，又能實(shí)現(xiàn)貼片上線圈與基板的電氣連接。圖 1 電流傳感器結(jié)構(gòu)剖面圖為了增強(qiáng)抗電磁干擾能力，必須采取一定的屏蔽措施，這里采用了以下兩種方法: 1) 通過(guò)基板上排布的回線來(lái)消除垂直于線圈平面的干擾磁場(chǎng); 2) 所有小貼片兩面用一定厚度的銅箔膠帶貼住或在 PCB 制板時(shí)覆銅，銅箔與貼片上的插腳通過(guò)焊錫連接，其中一個(gè)基板可為各個(gè)小貼片之間提供電氣連接，另一個(gè)基板上通過(guò)插槽之間的連線將所有的銅箔串聯(lián)，這樣所有小貼片的屏蔽罩會(huì)連接在一起且不需額外的接線，將屏蔽回路一點(diǎn)接地便可實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽［2］。
2 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
2．1 積分電路的設(shè)計(jì)目前，針對(duì)空心線圈的積分電路采用比較多的是基于反饋電阻的傳統(tǒng)積分器［3］，其原理圖如圖2 所示。圖 2 傳統(tǒng)積分器傳統(tǒng)積分器中的電阻 Ｒ2是防止較長(zhǎng)工作時(shí)間后由于運(yùn)算放大器的零漂而帶來(lái)的積分器阻塞。為減小其影響，Ｒ1通常要取得很大，使得幅值的變化近似反比于頻率的變化，積分電路對(duì)低頻信號(hào)的放大倍數(shù)有可能是工頻信號(hào)的很多倍，因此，低頻信號(hào)干擾極有可能影響積分電路的正常工作。為了消除低頻干擾對(duì)積分電路的影響，對(duì)傳統(tǒng)積分器進(jìn)行了改進(jìn)，具體電路如由于在實(shí)際測(cè)試中，還需對(duì)各次諧波進(jìn)行導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量，因此有必要分析在使用改進(jìn)積分電路后，整個(gè)系統(tǒng)的帶寬是否能夠滿足要求。使用改進(jìn)積分電路后空心線圈遠(yuǎn)傳磁翻板液位計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的原理虛線的左側(cè)為空心線圈的等效電路，右側(cè)為改進(jìn)積分電路。