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        電子式互感器數(shù)字積分器技術的研究

        2018-09-23 08:37:06饒超平
        通信電源技術 2018年7期
        關鍵詞:角頻率積分器有源

        饒超平

        (武漢晴川學院,湖北 武漢430000)

        0 引 言

        電力線路的測量要采用高精度數(shù)字積分器。因此,高精度積分器的設計是減小復合誤差的關鍵。本文通過理論分析和仿真實驗,對理想積分算法和梯形積分算法進行了對比,尋找適合的理想積分算法。

        1 理想模擬積分器

        模擬積分器分為有源和無源兩種。無源積分器由于對信號的幅度有衰減,輸出阻抗較大,在測量要求精度高的場合,特別是工頻小電流時會帶來很大誤差。因此對于工頻電流測量,常用有源積分器予以設計實現(xiàn)。實際應用中,需要抑制積分器的“積分漂移”。如圖1所示,為了保證積分器能夠長期穩(wěn)定地工作,可在積分電容C1的兩端并聯(lián)一個反饋電阻R2,為積分漂移電壓提供反饋通道。圖1為典型有源負反饋模擬積分器,其傳輸函數(shù)為:

        理想模擬積分器與有源負反饋模擬積分器相比,區(qū)別在于不含圖1內的負反饋電阻R2,其傳輸函數(shù)為:

        理想模擬積分器中使用的運算放大器只有在線性工作區(qū)內可以正常工作,存在飽和問題。因此在實際使用中,在放大器的積分電容C1兩端并聯(lián)反饋電阻R2,用以消除放大器的飽和。但是若積分器的反饋參數(shù)配置不當,其暫態(tài)輸出波形將嚴重失真。適當?shù)靥岣叻e分器的反饋電阻值以及積分電容值可以改善其暫態(tài)傳變特性。以上兩種積分器共性的缺點為:頻率很小時,增益很大,因此信號中直流分量的影響較大。

        圖1 典型有源模擬積分器

        2 積分環(huán)節(jié)的原理及其性能對比

        積分器在測量與控制工程中使用極多,是信號處理環(huán)節(jié)的核心之一。對于電流互感器,其核心環(huán)節(jié)在于將二次側輸出信號還原為與一次電流、電壓信號成比例的信號,常見方案有模擬積分器和梯形積分器。下面將對其性能與效果做具體對比并分析。梯形數(shù)字積分算法在實際應用中,由電子式電流互感器按一定個數(shù)的工頻周期(即設定的積分常數(shù)時間)采樣一定點數(shù),按照如下公式進行計算:

        式中,u(k)為二次側的變換輸出量;Ts是采樣周期;f(i)為經過計算的輸出量。該公式經過傅里葉變換可以轉換到時域進行對比:

        按照公式(4)進行轉換為數(shù)字角頻率,繪制出梯形傳遞函數(shù)的幅頻特性與相頻特性,可以得出幅值響應和相位響應的比較如圖2。由圖2可以看出,在數(shù)字角頻率趨于無窮小時,幅值響應絕對誤差最小,而在整個頻帶上,梯形算法與理想積分相位響應基本一致(圖中實線為數(shù)字角頻率,虛線為模擬角頻率。)

        圖2 梯形積分與理想積分

        3 結束語

        對于測量電力系統(tǒng)的電流互感器來說,其數(shù)字積分器具有以下特點:性能穩(wěn)定,采用軟件算法作為基本支撐,不容易受到外界溫度的干擾。數(shù)字積分器可采用模數(shù)轉換器結合微處理器的方法制作,架構簡單。其中,梯形算法與理想積分相位響應基本一致,幅值響應絕對誤差最小。所以,理想的數(shù)字積分算法有利于提高電子式電流互感器的測量精度。

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