專利名稱：基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電流測量裝置，尤其是一種通過等電位大電流屏蔽技術測量水內冷發電機絕緣電阻泄漏電流的裝置。
背景技術：
絕緣電阻測試一般使用絕緣電阻表，測量量級為μ A甚至更小的電流。絕緣電阻表有一個屏蔽端，用來吸收被測電阻的表面泄漏電流。普通絕緣電阻表的屏蔽端的電位與測量端的電位不完全相等，而且屏蔽端吸收電流的能力有限，一般能吸收與被測絕緣電阻的泄漏電流量級相當，或者更小的電流。水內冷發電機的絕緣電阻測試是一項特殊的絕緣電阻測試。水內冷發電機通過分布在發電機繞組內的匯水管降溫。發電機正常工作時，匯水管通過法蘭盤連接至機座，即為地。而測量水內冷發電機的絕緣電阻時，匯水管法蘭盤處的接地線被斷開，將法蘭盤連接至測試儀的屏蔽端。匯水管內的水電阻可等效為兩個部分， 一部分為繞組與法蘭盤之間的等效水阻Rffl,另一部分為法蘭盤與機座之間的等效水阻RW2。 在進行絕緣電阻測試時，測試直流高壓加載在繞組的絕緣電阻&上，產生被測電流Ix。同時，測試高壓也加載在水阻上形成干擾水阻泄漏電流Iw。測量水內冷發電機的絕緣電阻時有以下幾個問題1)由于水阻的泄漏電流很大，可能高達80mA，導致普通絕緣電阻表的屏蔽端吸收不了。其結果是水阻的泄漏電流通過Rw2流入機座，從而進入測量通道，引起測量誤差。因此普通的絕緣電阻表不適合用于測量水內冷發電機的絕緣電阻。2)為消除水阻泄漏電流的影響，專用的水內冷發電機絕緣電阻測試儀ZC-37采用人工調節的方法，在直流高壓源與法蘭盤之間調節出一個固定的與水阻泄漏電流大小相等、極性相反的電流，以抵消水阻泄漏電流對測量絕緣電阻泄漏電流的影響。而正常測試時，由于匯水管中的水在加載高壓后被極化，引起水阻阻值發生變化。而水阻阻值的變化會引起水阻泄漏電流的變化。那么，之前補償的固定電流就失效了。
發明內容針對以上問題，本實用新型提出了一種基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置， 既保證屏蔽端與機座端等電位，又保證屏蔽端能吸收大電流，并采用分離的電壓電流雙引線消除引線電阻對等電位屏蔽的影響。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是提供一種基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其包括屏蔽端引線、基于運算放大器的等電位跟隨器、擴流吸收電路和電流電壓轉換電路，所述屏蔽端引線采用分離的電流電壓引線，能將較大的干擾電流從總電流中分離并屏蔽吸收，從而消除干擾電流其對被測電流的影響。所述電流電壓引線的輸入端連在一起，接至被屏蔽點，而電流電壓引線的輸出端是分離的；其中，電壓引線在內層，其輸出端接至等電位跟隨器的反相輸入端，電流引線在外層，其輸出端接至擴流電路的輸出端。[0008]所述基于運算放大器的等電位跟隨器的同相輸入端接電流電壓轉換器的反相輸入端，其反相輸入端接電壓引線的輸出端，其輸出端接雙極性擴流電路的輸入端。所述擴流吸收電路為NPN、PNP復合的擴流吸收電路，可吸收極性或正或負的電流，其中兩個三極管的基極連在一起，接至等電位跟隨器的輸出端，兩個三極管的發射極也連在一起，接至電流引線的輸出端。所述電流電壓引線和擴流吸收電路構成等電位跟隨器的反饋回路，此結構保證了等電位跟隨器能將測試端的電位跟隨至電壓電流引線的輸入端，從而徹底消除引線電阻對等電位屏蔽的影響。所述等電位大電流屏蔽電流測量裝置通過等電位大電流屏蔽的方法分離并吸收掉干擾電流后，再對被測電流進行測量，從而消除干擾電流對被測電流的影響。
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
圖1為等電位大電流屏蔽電流測量裝置的框圖。圖2為等電位大電流屏蔽電流測量裝置的具體實現電路圖。圖3為分離的電流電壓引線電路圖。圖4為低失調電壓的運算放大器電路圖。圖5為雙極性擴流電路圖。圖6為基于運算放大器的等電位大電流跟隨器。圖7為電流電壓轉換電路圖。
具體實施方式
本實用新型的實現方法是，采用基于運算放大器的等電位跟隨電路，使法蘭盤端的電位自動跟隨機座端的電位，讓水阻IV的泄漏電流全部流入屏蔽端，同時保證在水阻Rw2 上不產生泄漏電流。此外，等電位屏蔽端必須能吸收高達80mA的泄漏電流，而仍能保證等電位跟隨。為消除匯水管引線電阻對等電位屏蔽的影響，屏蔽端引線采用了分離的電壓和電流引線。圖1為等電位大電流屏蔽電流測量裝置的框圖，圖2為等電位大電流屏蔽電流測量裝置的具體實現電路圖。其中&為水內冷發電機繞組的絕緣電阻，IV為繞組與法蘭盤之間的等效水阻，Rw2為法蘭盤與機座之間的等效電阻。圖3為分離的電流電壓引線，其中電流電壓引線的輸入端連在一起，為圖中的B; 電壓引線的輸出端為E，電流引線的輸出端為D。屏蔽端的引線可能長達20m，其引線電阻大于0. 5 Ω。當80mA的電流流過此引線時，會產生幾十毫伏的壓降，導致在水阻Rw2上產生不可忽略的電壓Vbc，從而引起電流Iw2 = Vbc/‘流入測試通道。一般來說，Rff2為IOkQ 30kQ，則1 2為μΑ級。此電流與被測絕緣電阻的泄漏電流量級相當，因此會對絕緣電測泄漏電流的測量造成誤差。圖4為低失調電壓的運算放大器隊，其同相輸入端接至電流電壓轉換器的反相輸入端C，其反相輸入端接電壓引線的輸出端Ε，其輸出端接雙極性擴流電路的輸入端F。圖5為雙極性擴流電路，目的是擴大等電位跟隨器的電流吸收能力。擴流電路由限流電阻R2,NPN三極管T1, PNP三極管T2構成。T1J2采用通流能力大于IA的三極管構成復合擴流電路。T1的集電極接至正電源+15V，T2的集電極接至GND。1\、T2的基極連在一起，通過限流電阻&接至N2的輸出端F。1\、1~2的發射極也接在一起，接至電流引線的輸出端D。那么，從屏蔽端流入電流引線的干擾電流通過T2被GND吸收掉，而從屏蔽端流出電流引線的干擾電流由正電源經過T1提供。以此實現雙極性干擾電流的屏蔽吸收。圖6為基于運算放大器的等電位大電流跟隨器，由分離的電流電壓引線，雙極性擴流吸收電路和低失調電壓的運算放大器N2構成。其中等電位跟隨器的同相輸入端接至電流電壓轉換器的反相輸入端C，其反相輸入端接至電壓線的輸出E。擴流吸收電路的輸端出接至電流引線的輸出端D，構成等電位跟隨器的負反饋。由于N2反相輸入端為高阻抗，干擾電流全部從電流引線流過。電壓引線上沒有電流流過，因此其輸入和輸出端電位相等，即 VB = VE。由于N2的兩個輸入端為虛短，因此有Ve = VC。可以看到，通過此等電位跟隨器，能實現電流電壓引線的輸入端的電位跟隨測試輸入端的電位，即VB。= 0，從而達到完全吸收干擾電流Iwi，并保證Iw2 = 0。圖7為電流電壓轉換電路，由運算放大器N1和反饋電阻R1構成。通過大電流等電位跟隨器，可以完全吸收掉干擾電流Iw，則從機座端流入測量電路的電流只剩下被測電流 Ix。電流Ix流過R1，在Nim輸出端形成電壓輸出Vc = IxRp本實用新型的優點在于能將測試電流從干擾電流中分離出來，使測量不受變化的干擾電流影響。運用此裝置的水內冷發電機絕緣電阻測試儀，能自動跟蹤屏蔽水電阻的泄漏電流。即使水阻變化引起泄漏電流變化，也不會影響絕緣電阻泄漏電流的測試。
權利要求1.一種基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其包括屏蔽端引線、基于運算放大器的等電位跟隨器、擴流吸收電路和電流電壓轉換電路，其特征在于所述屏蔽端引線采用分離的電流電壓引線，用于將較大的干擾電流從總電流中分離并屏蔽吸收，從而消除干擾電流對被測電流的影響。
2.如權利要求1所述的基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其特征在于所述分離的電流電壓引線的輸入端連在一起，接至被屏蔽點，所述電流電壓引線的輸出端是分離的；電壓引線在內層，其輸出端接至所述等電位跟隨器的反相輸入端，電流引線在外層，其輸出端接至所述擴流吸收電路的輸出端。
3.如權利要求2所述的基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其特征在于所述基于運算放大器的等電位跟隨器的同相輸入端接所述電流電壓轉換器的反相輸入端，所述等電位跟隨器的反相輸入端接所述電壓引線的輸出端，所述等電位跟隨器的輸出端接所述擴流吸收電路的輸入端。
4.如權利要求2所述的基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其特征在于所述擴流吸收電路為NPN、PNP復合的擴流吸收電路，能夠吸收極性為正或負的電流，其中兩個三極管的基極連在一起，接至所述等電位跟隨器的輸出端，兩個三極管的發射極也連在一起， 接至所述電流引線的輸出端。
5.如權利要求2所述的基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，其特征在于所述電流引線和所述擴流吸收電路構成等電位跟隨器的反饋回路，用于將等電位跟隨器的測試端的電位跟隨至電流電壓引線的輸入端。
專利摘要描述了一種基于等電位大電流屏蔽的電流測量裝置，采用基于運算放大器的等電位跟隨器和擴流電路將干擾電流從總電流中分離出來并吸收掉，從而排除干擾電流對被測電流的影響。此方法可用于測量水內冷發電機的絕緣電阻，也可用于其他需要從干擾電流中分離出并測量小電流的應用。
文檔編號G01R19/00GK202075330SQ20112017398
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月27日 優先權日2011年5月27日
發明者胡學軍, 胡曉暉 申請人:武漢市康達電氣有限公司