【文章內(nèi)容簡介】 一個小的交流電壓信號。這種不必考慮高 壓絕緣問題的電流互感器容易做到相當高的測量精度，同時提及可以做得相當小。 濾波器環(huán)節(jié) 濾波器的主要作用就是提高測量通道的輸入信號的測量精度，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量信號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意。 眾所周知，理想濾波電路的頻率響應在銅帶范圍內(nèi)應該具有最大的線性移位和幅值，但是在其阻帶范圍內(nèi)其幅值是零。實際 的濾波電路與理想的濾波電路有一定的差距，這是無法避免的。如果要同時滿足幅頻和相頻響應兩方面的要求就更難了。因此，要根據(jù)不同的實際需要，來尋找最佳的近似理想的濾波電路。例如，主要考慮幅頻響應，而不考慮相頻響應；也可反之； 設(shè)計濾波電路時要考慮到許多因素，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=：當頻率 w 小于截止頻率 wc 時，幅度的響應最平，但是當 wwc 后，幅頻響應快速下降，當 w 趨向于無窮大時，幅頻響應的曲線幾乎與橫坐標軸是一條線，可以有效的濾波干擾信號。 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)： 相應的幅頻響應和相頻響應表達式分別是： 圖 310中的巴特沃斯二階低通濾波電路的截止頻率是 100Hz，對低頻信號可以進行有效的傳輸，對高頻信號起到明顯的衰減作用。若需要沒有增益的信號，運算放大器就是一個電壓跟隨器。高壓母線電流中頻率為 50Hz 的基波經(jīng)過濾波電路后會有一定的相位偏移和幅值增益。因此，在 設(shè)計移相電路時，必須要考慮這一因素。 圖 311 是用 Proteus 仿真軟件對濾波電路進行仿真，通過信號發(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，另外再加入一個干擾信號，其輸入頻率為 10KHz，幅值為 200mV 的正弦電壓信號，然后通過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)計的要求。 A/D 轉(zhuǎn)換器 電子式電流互感器高壓端的待測信號是正比于高壓輸電線中 50Hz 電流的模擬電壓信號。由于系統(tǒng)的高壓端和低壓端是通過光纖進行連接的，因此應將模擬 量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量才更適合用光纖來傳輸。必然要用到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱 A/D轉(zhuǎn)換器，以及驅(qū)動它工作的時序電路。 A/D轉(zhuǎn)換電路是整個傳感部分的核心，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）電壓輸入范圍應為雙極性； （ 5）為了保證系統(tǒng)的分辨力，應采用高位數(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，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，它的線性度為177。 %，工作電源在 ～ ，采樣頻率最高可達 100kHz；在 100kHz采樣速率下，其功耗僅為 ，而在 10kHz低速采樣時的功耗僅為 ；在非轉(zhuǎn)換狀態(tài)時可處于關(guān)閉模式，此時功耗可低至 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；其差動輸入信號范圍為 500mV～ VCC(工作電源 )；采用 8引腳 MSOP 小體積封裝。以上特點使 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 為外接差動模擬信號輸入端； ● +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 工作時序 ADS8320與微處 理器或其它數(shù)字系統(tǒng)采用同步 3 線串行接口進行通信，其工作時序如圖 3所示。 當 CS/SHDN 端從高電平變?yōu)榈碗娖剑ㄏ陆笛兀r，芯片的整個轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸過程被初始化，DCLOCK端的最初 ～ 5個時鐘脈沖用于對輸入模擬信號的采樣，此時 DOUT端處于高阻態(tài)；在隨后的 DCLOCK下降沿， DOUT端將輸出一個可持續(xù)一個脈沖周期的低電平信號，以作為將要輸出 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的標志；緊接著在 16個 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信號的下降沿可用 來控制 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 DOUT端轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字位流的采集在 DCLOCK的上升沿進行。 當 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，但此時是由最低位（ LSB）到最高位（ MSB）依次輸出，直到當最高位輸出出現(xiàn)重復使 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 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 CS/SHDN端接高電平（下降沿）時， ADS8320 在關(guān)斷模式下低功耗工作，只有當 CS/SHDN端從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，芯片方可重新初始化而進行另一次 A/D轉(zhuǎn)換。 第五章傳輸部分的理論分析和設(shè)計 為了更好的解決高壓側(cè)的絕緣問題，本系統(tǒng)設(shè)計采用光纖作為傳輸介質(zhì)將 A/D 轉(zhuǎn)換后數(shù)字信號送到低壓側(cè)盡心數(shù)據(jù)處理和模擬波形的恢復。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)點可以從根本上解決這些缺點，電壓等級越高，越能體現(xiàn)出采用光纖的優(yōu)點。光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)是由光纖連接器、光導纖維及其連接 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，要通過光纖送到低壓側(cè)，所以首先要把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，所以要用到電光轉(zhuǎn)換器。選擇光源時我們要考慮一下幾點： 1 光源的輻射強度足夠大，光源波長與所用光纖的低損耗波長相吻合； 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)定性要高以適應長期野外惡劣的環(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、造價高、壽命短。 LED 發(fā)光二極管受溫度影響較小，功耗低、造價低、壽命長，不用光反饋裝置和溫度控制。驅(qū)動電路簡單，可以在很低的驅(qū)動電流下工作，非常適合本設(shè)計對低功耗要求。 光纖選擇 高壓側(cè)采樣的數(shù)字信號可以通過無線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)計采用光纖來傳輸高低壓間數(shù)字信號。采用光纖傳輸測得的數(shù)字信號可以實現(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)字信號有很強的抗共模干擾及抗電磁干擾能力，能很好的實現(xiàn)高低壓間的電器隔離，傳輸精度高、影響時間短，傳輸過程中損耗較小。 本章小結(jié) 本章簡要介紹了高壓側(cè) 數(shù)字信號經(jīng)過光纖傳輸?shù)降蛪簜?cè)的實現(xiàn)過程，以及光源和光纖的選擇。 第六章結(jié)論和成果 作為一種新型測量手段，光學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)測量手段所不可企及的優(yōu)越性。今天，雖然純光學的電流傳感器達到實用的的條件尚不成熟，但是結(jié)合電學傳感方法與光學電流傳感器兩者優(yōu)點的光電混合式電流互感器卻有實現(xiàn)的可能。本論文正是在這方面做出了嘗試。實現(xiàn)了該種電流互感器的設(shè)計。其主要貢獻及創(chuàng)新可概括為： （ 1）在對現(xiàn)有常規(guī)電流互感器的理論模型和響應特性進行分析的基礎(chǔ)上，指出了其存在的原 理缺陷；全面評述新型光學電流互感器所具有的優(yōu)勢及其研究現(xiàn)狀，繼而提出結(jié)合傳統(tǒng)電學傳感方法和光纖傳輸兩者優(yōu)點的有源型光電電流互感器是目前最為切實可行的新型電流傳感器。 （ 2）實現(xiàn)了普通線圈傳感、 A/D轉(zhuǎn)換和信號光纖傳輸相結(jié)合的電流互感器方案。 （ 3）提出并實現(xiàn)了基于特殊電流互感器的電網(wǎng)在線供能方案，對傳感電路工作電源及電源電路作了理論和實驗探討。采用穩(wěn)壓電路，當特殊電流互感器獲取能量隨電網(wǎng)傳輸能量變化而相應變化時，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，拓寬電流測量范圍。 （ 4）吸取光纖的高 絕緣可靠性和傳輸高抗干擾的優(yōu)點，傳輸信號選擇為光信號，在低壓側(cè)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。對光路各部分的傳輸進行了簡要分析，指出采用光信號傳輸，光纖的損耗特性對系統(tǒng)測量精度的影響可忽略不計。 （ 5）低壓側(cè)接受裝置參考高壓側(cè)的傳輸設(shè)置，采用脈沖同時計數(shù)，使得低壓側(cè)可以正確接受高壓側(cè)傳送光信號的信息。 綜上所述，本論文研制的該種新型電流互感器所存在的測量頻帶窄和線性范圍小的缺陷，結(jié)構(gòu)集成化，具有體積小，重量輕，安全性好等優(yōu)點，能兼容目前電力行業(yè)所使用的各種二次測量儀表和保護裝置（包括模擬式常規(guī)儀表、只能電力儀表和微機保護裝置）。 總的電路圖為 參考文獻 [1]喬峨，安作平，羅承沐 .電式電流互感器的開發(fā)與應用 21世紀互感器技術(shù)展望 .變壓器， 2022，（ 2） :4043. 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[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 .2022 [18] [19] [20] [21] [22] 致謝 本課題是在導師付萬安教授的關(guān)切關(guān)懷和精心指導下完成的。在本課題的研究過程中，導師在學習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，縝密活躍的思維，敏銳的洞察力，嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度以及民主的作風給我留下了深刻的印象，使我開闊了視野，豐富了學識，并使我在人生觀和世界觀的培養(yǎng)上受到啟迪，受益終生。付老師嚴于律己，寬以待人的胸懷和修養(yǎng)是我學習的楷模。 值此論文完成之際，對付老師曾經(jīng)給予的指導、關(guān)懷 和幫助致以最誠摯的謝意！ 感謝劉思華老師，對我選擇導師上的幫助與指導！ 施恩厚重，學生將銘記于心！ 感謝同組同學的熱情指導和幫助！ 最后，向在學習工作生活中給予過自己關(guān)心、支持和鼓勵的所有老師、同學、朋友們表示誠摯的謝意！ 您好，為你提供優(yōu)秀的畢業(yè)論文參考資料，請您刪除以下內(nèi)容， O