壓電陶瓷式電子電壓互感器

電子電壓互感器在整個電力系統中發揮著巨大的作用，是電力系統的檢測中不能缺少的設備。目前在電力系統中經常使用的是先前的比較傳統的電磁感應式互感器和電容分壓式互感器。並且人們對電力需求不斷增大，同時對電能的質量要求也在逐漸提升，電力系統逐漸向高效率、大容量的方向發展，使人們用電的安全性、穩定性得到很大提升，逐漸向電力系統自動化趨勢發展。

基本介紹

• 中文名：壓電陶瓷式電子電壓互感器
• 外文名：Piezoelectric ceramic electronic voltage transformer
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 優點：很高的安全性、可靠性和穩定性
• 作用：提升電壓互感器抵抗外來干擾能力

簡介

傳統的電壓互感器的體積比較大，重量也比較重，安裝時比較難，一旦操作失誤，還可能造成人員傷亡的危險。使用了壓電陶瓷式電子電壓互感器後，彌補了傳統的電子電壓互感器的不足，還推動了計算機技術的發展，顯現出了電子電壓互感器的套用前景。傳統的電子電壓互感器還存在兩個問題，一個是鐵磁飽和問題，另一個是複雜絕緣結構問題。為解決問題，對壓電陶瓷逆壓電效應的電子式電壓互感器進行了開發研究，本文在研究的基礎上，還發現了壓電陶瓷式電子電壓互感器的信號處理系統，並根據相關實驗表明，這個信號處理裝置具有很高的安全性、可靠性和穩定性。

壓電陶瓷式電子電壓互感器的工作原理

壓電陶瓷如今已經被廣泛地套用在電力系統中，是一種有一定逆壓電效應的材料，這種材料可以將電能充分地轉換成機械能，或者將機械能轉換成電能。在一個邊緣固定著薄片的壓電陶瓷，如果有電壓經過陶瓷兩極時，就可以根據逆壓電的特性，這樣就會產生垂直方向的位移，這個位移在一定的範圍內會同兩端的電壓組成線性關係，加到壓電陶瓷兩端的電壓。通過反射形式光纖位移轉換器的非接觸式的測量將薄片型壓電陶瓷片逆壓電效應進而產生的震動量，轉換為相應光強度變化量，再經過光轉換完成後，還要將光強度信號轉換為相適應的交變電壓信號，同樣，輸出的電壓信號同被測量的電壓向量呈現的是線性關係。

壓電陶瓷式電子電壓互感器模擬信號

對於反射式光纖位移感測器所輸出的信號，就是比較連續的光強度信號。這個光強度信號主要是通過光纖從而傳遞到反射式的光纖位移感測器，並且相應的信號處理單元會轉化成相對應的輸出電壓信號，這樣就可以準確地反映出電壓的大小，因而快速地測量模擬電壓的參量。其中，壓電陶瓷式電子電壓互感器中模擬信號的處理單元可以包括光轉換單元、誤差補償等。

電子電壓互感器信號的光電轉換單元

在電子電壓互感器模擬信號的光電轉換單元中，想要反射式光纖位移感測器安全、穩定地運行，就要控制好光的強度變化;想要確保光纖位移感測器的測量精度，就要保證在靜止時的輸出信號是處於不變的狀態;想要保持輸出的靜態信號一致是穩定的，可以選擇兩個光電轉換環節共同接收發光管的光強度發出的信號。這樣，我們就可以根據發光管的額定電壓的數值，來設定驅動電路傳送給發光管的直流電壓Uc，還可以將發光管的靜態光強度信號經過光電轉換完成後，電壓Ui同Uc進行對比，如果Uc等於Ui，就可以根據動態反饋迴路對Ui進行修改，修改最終結果要使Ui等於Uc，因為只有這樣，才能達到最初設定的標準。 在對發光管恆光強控制完成之後，發光管所發出的光強度需要通過入射光纖、反射光纖才能輸送給光電轉換環節，這一環節就可以作為反射式的光纖位移感測器內部的輸出信號。在對動態反饋環節的設計方面，可以更好地將反射式光纖位移感測器的靜態直流輸出電壓控制在某一固定的數值。這樣做，不但可以提升電子電壓互感器的穩定性和安全性，還使得測量的精確性得以提升。

電子電壓互感器信號的濾波放大階段

當壓電陶瓷式電子電壓互感器正常工作時，壓電陶瓷片就會伴隨著電壓的交變產生一系列的震動，並且當震動有一定的規律時，出射光纖所輸出的光強度也會呈現一定的規律變化。此外，在光電轉換完成之後，就會得到相應的輸出信號，這個輸出信號是一種連續不斷的交變電壓信號和一種相對恆定的電壓信號疊加而成的信號，信號的處理系統就會通過過濾掉的直流電壓信號從而得到交流電壓信號。得到交流電壓信號的過程就是將直流電壓和交流電壓混合的信號通入一個頻率為一赫茲的低通濾波器，這樣就可以得到直流的電壓量，還要用直交混合信號通過減法器將直流電壓減掉，這樣就可以快速便捷地得到交流電壓信號。然後將交流電壓信號進行放大處理，就可以得到電子電壓互感器輸出的信號。。

壓電陶瓷式電子電壓互感器數位訊號

在壓電陶瓷式電子電壓互感器的數位訊號處理系統中，需要對交流電壓信號進行採集工作。工作中要根據事前所採集數據計算的具體數值、相位計算量、諧波的影響等進行具體分析，得出具體的功能。採用DPS同A/D相結合的技術，這樣可以更加快速、便捷地實現每周期256點頻率跟蹤採樣與快速的FFT計算。在這個計算中，DSP56F807晶片可以將DPS同快速A/D相結合的混合處理系統，這樣有DPS的計算特點，還有MCU的控制優點，在處理過程中可以更加快速、安全、便捷。

除此之外，A/D自身還有很多的特徵，主要有:

第一，A/D的轉換解析度是十二位的，轉換器可以將計算出的結果都保存在數字輸出暫存器裡面，等待下一步的操作，此外，還有十六組A/D轉換輸入通道，每一組都有各系匹配的A/D轉換器;

第二，數位訊號的處理系統輸出的數據可以設定為有符號數據或者無符號數據，還可以設定為偏移量的校正輸出數據;

第三，可以設定過零點中斷功能、單邊輸入、差分輸入等;

第四，A/D的模式還可以分成同時採樣模式和順序採樣方式，且具有六種掃描的方式;

第五，ADC的最大時鐘頻率可以達到6兆赫茲，並且掃描的轉換速度也很快，最快時僅僅需要4.9微秒。

在對壓電陶瓷式電子電壓互感器的數位訊號處理過程中還會出現一些問題。在時鐘的同步方面，一般要取頻率為3.5MHz的貼片晶振當做時鐘的標準，這樣可以更好地保證數據的相同性和準確性;在數據輸出的連續方面，在數據的計算完成之後，這些計算的結果都會保存在EPROM中，還會時刻關注著數據的更新，一旦更新，就會自動同步。正因如此，系統中即便出現了系統差錯，也可以很好地保證數據的同步性和連續性。

總結

通過具體的數據運行可以表明，壓電陶瓷式電子電壓互感器的信號處理裝置的性能穩定性比較強，有高標準的穩態測量能力，可以很好地達到預定要求。其中恆光強補償單元可以輕鬆地控制光源的光強度，作為標準的直流電壓長時間安全可靠工作，從而保證了反射式的光纖位移感測器的測量準確度，提升了電壓互感器的抵抗外來干擾的能力。在數位化傳輸過程中，傳輸的速度相對來說比較快，可以快速地反映出具體測量的整個過程。此外，數據輸出形態還包括模擬量和數字量兩種，這樣就使壓電陶瓷式電子電壓互感器的適用性更加廣泛，信號處理裝置的可靠性、安全性、穩定性也得以快速提升。