【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 一個(gè)小的交流電壓信號(hào)。這種不必考慮高 壓絕緣問(wèn)題的電流互感器容易做到相當(dāng)高的測(cè)量精度，同時(shí)提及可以做得相當(dāng)小。 濾波器環(huán)節(jié) 濾波器的主要作用就是提高測(cè)量通道的輸入信號(hào)的測(cè)量精度，濾除各種干擾噪聲的影響。本文將采用巴特沃斯二階低通濾波電路。低通濾波器可以濾除測(cè)量信號(hào)中二階及其二次以上的諧波成分，一階低通濾波器飛衰減率是 20dB/十倍頻，但是其濾波效果不是很理想。而二階低通濾波器的衰減率是 40dB/十倍頻，濾波效果可以令人滿(mǎn)意。 眾所周知，理想濾波電路的頻率響應(yīng)在銅帶范圍內(nèi)應(yīng)該具有最大的線(xiàn)性移位和幅值，但是在其阻帶范圍內(nèi)其幅值是零。實(shí)際 的濾波電路與理想的濾波電路有一定的差距，這是無(wú)法避免的。如果要同時(shí)滿(mǎn)足幅頻和相頻響應(yīng)兩方面的要求就更難了。因此，要根據(jù)不同的實(shí)際需要，來(lái)尋找最佳的近似理想的濾波電路。例如，主要考慮幅頻響應(yīng)，而不考慮相頻響應(yīng)；也可反之； 設(shè)計(jì)濾波電路時(shí)要考慮到許多因素，例如：頻率限制、尺寸方面、調(diào)整的難易、制造的經(jīng)濟(jì)性與難易等因素。本文采用巴特沃斯二階低通濾波電路，電路如圖所示。其中R1=R2=R,C1=C2=：當(dāng)頻率 w 小于截止頻率 wc 時(shí)，幅度的響應(yīng)最平，但是當(dāng) wwc 后，幅頻響應(yīng)快速下降，當(dāng) w 趨向于無(wú)窮大時(shí)，幅頻響應(yīng)的曲線(xiàn)幾乎與橫坐標(biāo)軸是一條線(xiàn)，可以有效的濾波干擾信號(hào)。 該巴特沃斯二階低通濾波電路的傳遞函數(shù)為： 其中，通帶電壓增益為： 特征角頻率為： 等效品質(zhì)因數(shù)： 相應(yīng)的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)表達(dá)式分別是： 圖 310中的巴特沃斯二階低通濾波電路的截止頻率是 100Hz，對(duì)低頻信號(hào)可以進(jìn)行有效的傳輸，對(duì)高頻信號(hào)起到明顯的衰減作用。若需要沒(méi)有增益的信號(hào)，運(yùn)算放大器就是一個(gè)電壓跟隨器。高壓母線(xiàn)電流中頻率為 50Hz 的基波經(jīng)過(guò)濾波電路后會(huì)有一定的相位偏移和幅值增益。因此，在 設(shè)計(jì)移相電路時(shí)，必須要考慮這一因素。 圖 311 是用 Proteus 仿真軟件對(duì)濾波電路進(jìn)行仿真，通過(guò)信號(hào)發(fā)生器可以得到輸入與輸出波形。其輸入頻率為 50Hz，幅值為 2V 的正弦電壓信號(hào)，另外再加入一個(gè)干擾信號(hào)，其輸入頻率為 10KHz，幅值為 200mV 的正弦電壓信號(hào)，然后通過(guò)示波器觀察輸入和輸出的波形。圖 311仿真顯示出，次濾波器電路符合設(shè)計(jì)的要求。 A/D 轉(zhuǎn)換器 電子式電流互感器高壓端的待測(cè)信號(hào)是正比于高壓輸電線(xiàn)中 50Hz 電流的模擬電壓信號(hào)。由于系統(tǒng)的高壓端和低壓端是通過(guò)光纖進(jìn)行連接的，因此應(yīng)將模擬 量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量才更適合用光纖來(lái)傳輸。必然要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) A/D轉(zhuǎn)換器，以及驅(qū)動(dòng)它工作的時(shí)序電路。 A/D轉(zhuǎn)換電路是整個(gè)傳感部分的核心，由于電子式電流互感器傳感頭的特殊要求，A/D轉(zhuǎn)化芯片應(yīng)該具有以下基本特征： （ 1）功耗??； （ 2）采樣頻率足夠高； （ 3）串行 A/D芯片； （ 4）電壓輸入范圍應(yīng)為雙極性； （ 5）為了保證系統(tǒng)的分辨力，應(yīng)采用高位數(shù)的 A/D轉(zhuǎn)換芯片。 在便攜式儀器設(shè)備中，往往要求其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅具有速度快、精度高的特點(diǎn)，而且還要求其具有供電電壓低、體積小以及功耗小等特性。 ADS8320是 BurrBrown公司生產(chǎn)的逐次逼近式串行16位微功耗 CMOS型高速 A/D轉(zhuǎn)換器，它的線(xiàn)性度為177。 %，工作電源在 ～ ，采樣頻率最高可達(dá) 100kHz；在 100kHz采樣速率下，其功耗僅為 ，而在 10kHz低速采樣時(shí)的功耗僅為 ；在非轉(zhuǎn)換狀態(tài)時(shí)可處于關(guān)閉模式，此時(shí)功耗可低至 100μ W； ADS8320具有同步串行 SPI/SSI接口，因而占用微處理器的端口較少；其差動(dòng)輸入信號(hào)范圍為 500mV～ VCC(工作電源 )；采用 8引腳 MSOP 小體積封裝。以上特點(diǎn)使 ADS8320非常適用于便攜式電池供電系統(tǒng)中。 1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列 ADS8320的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 1所示，它由采樣 /保持放大器、 D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、移位寄存器、控制邏輯電路、串行接口電路等組成。其管腳排列如圖 2所示。各引腳的功能如下： ● VREF為外接參考電壓輸入端； ● +IN、 IN 為外接差動(dòng)模擬信號(hào)輸入端； ● +Vcc、 GND為供電電源接入端； ● CS/SHDN為片選 /關(guān)斷控制端； ● DCLOCK為時(shí)鐘輸入端； ● DOUT為 A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字結(jié)果串行輸出端 2 工作時(shí)序 ADS8320與微處 理器或其它數(shù)字系統(tǒng)采用同步 3 線(xiàn)串行接口進(jìn)行通信，其工作時(shí)序如圖 3所示。 當(dāng) CS/SHDN 端從高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄏ陆笛兀r(shí)，芯片的整個(gè)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程被初始化，DCLOCK端的最初 ～ 5個(gè)時(shí)鐘脈沖用于對(duì)輸入模擬信號(hào)的采樣，此時(shí) DOUT端處于高阻態(tài)；在隨后的 DCLOCK下降沿， DOUT端將輸出一個(gè)可持續(xù)一個(gè)脈沖周期的低電平信號(hào)，以作為將要輸出 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的標(biāo)志；緊接著在 16個(gè) DCLOCK的控制下，從最高位（ MSB）到最低位（ LSB）依次由 DOUT輸出 16位轉(zhuǎn)換結(jié)果。 DCLOCK信號(hào)的下降沿可用 來(lái)控制 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果在 DOUT端的同步傳輸，大多數(shù)接收系統(tǒng)對(duì) DOUT端轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字位流的采集在 DCLOCK的上升沿進(jìn)行。 當(dāng) 16 位轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)傳輸結(jié)束后，若 CS/SHDN端仍為低電平且 DCLOCK端有控制脈沖，那么在 DOUT端繼續(xù)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果，但此時(shí)是由最低位（ LSB）到最高位（ MSB）依次輸出，直到當(dāng)最高位輸出出現(xiàn)重復(fù)使 DOUT端變成高阻態(tài)為止。即一次轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最多輸出兩次，一次從高位到低位，一次從低位到高位。一般情況下，當(dāng) 16位轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出完畢后，置位或去掉 DCLOCK脈沖，可使結(jié)果僅輸出一次。 當(dāng) CS/SHDN端接高電平（下降沿）時(shí)， ADS8320 在關(guān)斷模式下低功耗工作，只有當(dāng) CS/SHDN端從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，芯片方可重新初始化而進(jìn)行另一次 A/D轉(zhuǎn)換。 第五章傳輸部分的理論分析和設(shè)計(jì) 為了更好的解決高壓側(cè)的絕緣問(wèn)題，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用光纖作為傳輸介質(zhì)將 A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號(hào)送到低壓側(cè)盡心數(shù)據(jù)處理和模擬波形的恢復(fù)。傳統(tǒng)互感器體積和重量都比較大，利用光纖良好的抗干擾、電絕緣等優(yōu)點(diǎn)可以從根本上解決這些缺點(diǎn)，電壓等級(jí)越高，越能體現(xiàn)出采用光纖的優(yōu)點(diǎn)。光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)是由光纖連接器、光導(dǎo)纖維及其連接 部件構(gòu)成的。 數(shù)據(jù)的電 /光轉(zhuǎn)換、發(fā)送 /接收及光纖連接器 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)，要通過(guò)光纖送到低壓側(cè)，所以首先要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，所以要用到電光轉(zhuǎn)換器。選擇光源時(shí)我們要考慮一下幾點(diǎn)： 1 光源的輻射強(qiáng)度足夠大，光源波長(zhǎng)與所用光纖的低損耗波長(zhǎng)相吻合； 2 光源與光纖必須匹配以獲得最好的耦合效率； 3光源穩(wěn)定性要高以適應(yīng)長(zhǎng)期野外惡劣的環(huán)境中工作。 比較目前常用的兩種固體光源有激光二極管 LD和發(fā)光二極管 LED。激光二極管容易受溫度影響，功耗大、造價(jià)高、壽命短。 LED 發(fā)光二極管受溫度影響較小，功耗低、造價(jià)低、壽命長(zhǎng)，不用光反饋裝置和溫度控制。驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，可以在很低的驅(qū)動(dòng)電流下工作，非常適合本設(shè)計(jì)對(duì)低功耗要求。 光纖選擇 高壓側(cè)采樣的數(shù)字信號(hào)可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波和超聲波等方法傳送到低壓側(cè)，但是這些方法抗干擾能力較差。因此本設(shè)計(jì)采用光纖來(lái)傳輸高低壓間數(shù)字信號(hào)。采用光纖傳輸測(cè)得的數(shù)字信號(hào)可以實(shí)現(xiàn)高低壓間的電器隔離，降低電磁干擾影響。 用光纖傳送數(shù)字信號(hào)有很強(qiáng)的抗共模干擾及抗電磁干擾能力，能很好的實(shí)現(xiàn)高低壓間的電器隔離，傳輸精度高、影響時(shí)間短，傳輸過(guò)程中損耗較小。 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了高壓側(cè) 數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，以及光源和光纖的選擇。 第六章結(jié)論和成果 作為一種新型測(cè)量手段，光學(xué)電流傳感器具有與常規(guī)電流互感器不同的傳感原理與信息傳輸方式，它顯示了傳統(tǒng)測(cè)量手段所不可企及的優(yōu)越性。今天，雖然純光學(xué)的電流傳感器達(dá)到實(shí)用的的條件尚不成熟，但是結(jié)合電學(xué)傳感方法與光學(xué)電流傳感器兩者優(yōu)點(diǎn)的光電混合式電流互感器卻有實(shí)現(xiàn)的可能。本論文正是在這方面做出了嘗試。實(shí)現(xiàn)了該種電流互感器的設(shè)計(jì)。其主要貢獻(xiàn)及創(chuàng)新可概括為： （ 1）在對(duì)現(xiàn)有常規(guī)電流互感器的理論模型和響應(yīng)特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，指出了其存在的原 理缺陷；全面評(píng)述新型光學(xué)電流互感器所具有的優(yōu)勢(shì)及其研究現(xiàn)狀，繼而提出結(jié)合傳統(tǒng)電學(xué)傳感方法和光纖傳輸兩者優(yōu)點(diǎn)的有源型光電電流互感器是目前最為切實(shí)可行的新型電流傳感器。 （ 2）實(shí)現(xiàn)了普通線(xiàn)圈傳感、 A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)光纖傳輸相結(jié)合的電流互感器方案。 （ 3）提出并實(shí)現(xiàn)了基于特殊電流互感器的電網(wǎng)在線(xiàn)供能方案，對(duì)傳感電路工作電源及電源電路作了理論和實(shí)驗(yàn)探討。采用穩(wěn)壓電路，當(dāng)特殊電流互感器獲取能量隨電網(wǎng)傳輸能量變化而相應(yīng)變化時(shí)，仍能提供穩(wěn)定的電壓輸出。獲得了傳感電路工作電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)，拓寬電流測(cè)量范圍。 （ 4）吸取光纖的高 絕緣可靠性和傳輸高抗干擾的優(yōu)點(diǎn)，傳輸信號(hào)選擇為光信號(hào)，在低壓側(cè)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。對(duì)光路各部分的傳輸進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，指出采用光信號(hào)傳輸，光纖的損耗特性對(duì)系統(tǒng)測(cè)量精度的影響可忽略不計(jì)。 （ 5）低壓側(cè)接受裝置參考高壓側(cè)的傳輸設(shè)置，采用脈沖同時(shí)計(jì)數(shù)，使得低壓側(cè)可以正確接受高壓側(cè)傳送光信號(hào)的信息。 綜上所述，本論文研制的該種新型電流互感器所存在的測(cè)量頻帶窄和線(xiàn)性范圍小的缺陷，結(jié)構(gòu)集成化，具有體積小，重量輕，安全性好等優(yōu)點(diǎn)，能兼容目前電力行業(yè)所使用的各種二次測(cè)量?jī)x表和保護(hù)裝置（包括模擬式常規(guī)儀表、只能電力儀表和微機(jī)保護(hù)裝置）。 總的電路圖為 參考文獻(xiàn) [1]喬峨，安作平，羅承沐 .電式電流互感器的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 21世紀(jì)互感器技術(shù)展望 .變壓器， 2022，（ 2） :4043. [2]張德賽，羅道軍，彭劍 .國(guó)內(nèi)外光電式電流互感器研究現(xiàn)狀 .四川電力技術(shù)， 1999，（ 2）： 5355. [3]平紹勛，黃仁山 .光電式電流互感器的現(xiàn)狀和發(fā)展 .高壓電器， 2022,37（ 3）： 4346. [4]孫振權(quán)，張文元 .電子式電流互感器研發(fā)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景 .高壓電器， 2022，（ 5）：376378. [5] Sasano T. Laser CT and PD for EHV power transmission lines. Electrical Engineering in Japan,1973,3(5):9198. [6]Cease TW ,Johonston magooptic current Transactions on Power Delivery,1900,5(2):548555. [7]王政平，康崇，張雪原 有源型光學(xué)電流互感器研究進(jìn)展。激光與 光電子學(xué)進(jìn)展 .2022. [8]王政平。全光纖光學(xué)電流互感器研究進(jìn)展。激光與光電子學(xué)進(jìn)展， 2022（ 3）： 3640. [9] .陸安業(yè)，肖耀榮，朱永浩譯 .電流互感器 .機(jī)械工業(yè)出版社，1989（ 1）： 297331. [10]段乃欣，方志 .電力系統(tǒng)用光電電流互感器的發(fā)展 .華東電力 .2022,12:5153 [11]劉發(fā)勝 .電流互感器的發(fā)展?fàn)顩r .電器時(shí)代。 2022， :8485 [12]羅蘇南，葉妙元 .電子式互感器的研究進(jìn)展 .江蘇電機(jī)工程 .:5154 [13]張軍 正，劉彬 .光纖高壓電流傳感頭的設(shè)計(jì) .儀器儀表與裝置 .:57 [14]段雄鷹，鄒積巖，張可畏 .電壓 /電流組合型電子式互感器的研究 .電工技術(shù)雜志 .:912 [15]陳思。巴特沃斯低通濾波器的簡(jiǎn)化快速設(shè)計(jì)。信陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 1997,10（ 3） :6467. [16]阿瑟。 B 威廉斯 .電子濾波器設(shè)計(jì)手冊(cè)。喻春軒。北京：電子工業(yè)出版社，1986:234236. [17]趙永磊 .光電式電流互感器及其通信方案的研究 .[碩士論文 ]秦皇島：燕山大學(xué) .2022 [18] [19] [20] [21] [22] 致謝 本課題是在導(dǎo)師付萬(wàn)安教授的關(guān)切關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。在本課題的研究過(guò)程中，導(dǎo)師在學(xué)習(xí)與生活中給予了我熱情的關(guān)懷與幫助。付老師淵博的知識(shí)，縝密活躍的思維，敏銳的洞察力，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及民主的作風(fēng)給我留下了深刻的印象，使我開(kāi)闊了視野，豐富了學(xué)識(shí)，并使我在人生觀和世界觀的培養(yǎng)上受到啟迪，受益終生。付老師嚴(yán)于律己，寬以待人的胸懷和修養(yǎng)是我學(xué)習(xí)的楷模。 值此論文完成之際，對(duì)付老師曾經(jīng)給予的指導(dǎo)、關(guān)懷 和幫助致以最誠(chéng)摯的謝意！ 感謝劉思華老師，對(duì)我選擇導(dǎo)師上的幫助與指導(dǎo)！ 施恩厚重，學(xué)生將銘記于心！ 感謝同組同學(xué)的熱情指導(dǎo)和幫助！ 最后，向在學(xué)習(xí)工作生活中給予過(guò)自己關(guān)心、支持和鼓勵(lì)的所有老師、同學(xué)、朋友們表示誠(chéng)摯的謝意！ 您好，為你提供優(yōu)秀的畢業(yè)論文參考資料，請(qǐng)您刪除以下內(nèi)容， O