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专利名称：基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流测量装置，尤其是一种通过等电位大电流屏蔽技术测量水内冷发电机绝缘电阻泄漏电流的装置。
背景技术：
绝缘电阻测试一般使用绝缘电阻表，测量量级为μ A甚至更小的电流。绝缘电阻表有一个屏蔽端，用来吸收被测电阻的表面泄漏电流。普通绝缘电阻表的屏蔽端的电位与测量端的电位不完全相等，而且屏蔽端吸收电流的能力有限，一般能吸收与被测绝缘电阻的泄漏电流量级相当，或者更小的电流。水内冷发电机的绝缘电阻测试是一项特殊的绝缘电阻测试。水内冷发电机通过分布在发电机绕组内的汇水管降温。发电机正常工作时，汇水管通过法兰盘连接至机座，即为地。而测量水内冷发电机的绝缘电阻时，汇水管法兰盘处的接地线被断开，将法兰盘连接至测试仪的屏蔽端。汇水管内的水电阻可等效为两个部分， 一部分为绕组与法兰盘之间的等效水阻Rffl,另一部分为法兰盘与机座之间的等效水阻RW2。 在进行绝缘电阻测试时，测试直流高压加载在绕组的绝缘电阻&上，产生被测电流Ix。同时，测试高压也加载在水阻上形成干扰水阻泄漏电流Iw。测量水内冷发电机的绝缘电阻时有以下几个问题1)由于水阻的泄漏电流很大，可能高达80mA，导致普通绝缘电阻表的屏蔽端吸收不了。其结果是水阻的泄漏电流通过Rw2流入机座，从而进入测量通道，引起测量误差。因此普通的绝缘电阻表不适合用于测量水内冷发电机的绝缘电阻。2)为消除水阻泄漏电流的影响，专用的水内冷发电机绝缘电阻测试仪ZC-37采用人工调节的方法，在直流高压源与法兰盘之间调节出一个固定的与水阻泄漏电流大小相等、极性相反的电流，以抵消水阻泄漏电流对测量绝缘电阻泄漏电流的影响。而正常测试时，由于汇水管中的水在加载高压后被极化，引起水阻阻值发生变化。而水阻阻值的变化会引起水阻泄漏电流的变化。那么，之前补偿的固定电流就失效了。
发明内容针对以上问题，本实用新型提出了一种基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置， 既保证屏蔽端与机座端等电位，又保证屏蔽端能吸收大电流，并采用分离的电压电流双引线消除引线电阻对等电位屏蔽的影响。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其包括屏蔽端引线、基于运算放大器的等电位跟随器、扩流吸收电路和电流电压转换电路，所述屏蔽端引线采用分离的电流电压引线，能将较大的干扰电流从总电流中分离并屏蔽吸收，从而消除干扰电流其对被测电流的影响。所述电流电压引线的输入端连在一起，接至被屏蔽点，而电流电压引线的输出端是分离的；其中，电压引线在内层，其输出端接至等电位跟随器的反相输入端，电流引线在外层，其输出端接至扩流电路的输出端。[0008]所述基于运算放大器的等电位跟随器的同相输入端接电流电压转换器的反相输入端，其反相输入端接电压引线的输出端，其输出端接双极性扩流电路的输入端。所述扩流吸收电路为NPN、PNP复合的扩流吸收电路，可吸收极性或正或负的电流，其中两个三极管的基极连在一起，接至等电位跟随器的输出端，两个三极管的发射极也连在一起，接至电流引线的输出端。所述电流电压引线和扩流吸收电路构成等电位跟随器的反馈回路，此结构保证了等电位跟随器能将测试端的电位跟随至电压电流引线的输入端，从而彻底消除引线电阻对等电位屏蔽的影响。所述等电位大电流屏蔽电流测量装置通过等电位大电流屏蔽的方法分离并吸收掉干扰电流后，再对被测电流进行测量，从而消除干扰电流对被测电流的影响。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1为等电位大电流屏蔽电流测量装置的框图。图2为等电位大电流屏蔽电流测量装置的具体实现电路图。图3为分离的电流电压引线电路图。图4为低失调电压的运算放大器电路图。图5为双极性扩流电路图。图6为基于运算放大器的等电位大电流跟随器。图7为电流电压转换电路图。
具体实施方式
本实用新型的实现方法是，采用基于运算放大器的等电位跟随电路，使法兰盘端的电位自动跟随机座端的电位，让水阻IV的泄漏电流全部流入屏蔽端，同时保证在水阻Rw2 上不产生泄漏电流。此外，等电位屏蔽端必须能吸收高达80mA的泄漏电流，而仍能保证等电位跟随。为消除汇水管引线电阻对等电位屏蔽的影响，屏蔽端引线采用了分离的电压和电流引线。图1为等电位大电流屏蔽电流测量装置的框图，图2为等电位大电流屏蔽电流测量装置的具体实现电路图。其中&为水内冷发电机绕组的绝缘电阻，IV为绕组与法兰盘之间的等效水阻，Rw2为法兰盘与机座之间的等效电阻。图3为分离的电流电压引线，其中电流电压引线的输入端连在一起，为图中的B; 电压引线的输出端为E，电流引线的输出端为D。屏蔽端的引线可能长达20m，其引线电阻大于0. 5 Ω。当80mA的电流流过此引线时，会产生几十毫伏的压降，导致在水阻Rw2上产生不可忽略的电压Vbc，从而引起电流Iw2 = Vbc/‘流入测试通道。一般来说，Rff2为IOkQ 30kQ，则1 2为μΑ级。此电流与被测绝缘电阻的泄漏电流量级相当，因此会对绝缘电测泄漏电流的测量造成误差。图4为低失调电压的运算放大器队，其同相输入端接至电流电压转换器的反相输入端C，其反相输入端接电压引线的输出端Ε，其输出端接双极性扩流电路的输入端F。图5为双极性扩流电路，目的是扩大等电位跟随器的电流吸收能力。扩流电路由限流电阻R2,NPN三极管T1, PNP三极管T2构成。T1J2采用通流能力大于IA的三极管构成复合扩流电路。T1的集电极接至正电源+15V，T2的集电极接至GND。1\、T2的基极连在一起，通过限流电阻&接至N2的输出端F。1\、1~2的发射极也接在一起，接至电流引线的输出端D。那么，从屏蔽端流入电流引线的干扰电流通过T2被GND吸收掉，而从屏蔽端流出电流引线的干扰电流由正电源经过T1提供。以此实现双极性干扰电流的屏蔽吸收。图6为基于运算放大器的等电位大电流跟随器，由分离的电流电压引线，双极性扩流吸收电路和低失调电压的运算放大器N2构成。其中等电位跟随器的同相输入端接至电流电压转换器的反相输入端C，其反相输入端接至电压线的输出E。扩流吸收电路的输端出接至电流引线的输出端D，构成等电位跟随器的负反馈。由于N2反相输入端为高阻抗，干扰电流全部从电流引线流过。电压引线上没有电流流过，因此其输入和输出端电位相等，即 VB = VE。由于N2的两个输入端为虚短，因此有Ve = VC。可以看到，通过此等电位跟随器，能实现电流电压引线的输入端的电位跟随测试输入端的电位，即VB。= 0，从而达到完全吸收干扰电流Iwi，并保证Iw2 = 0。图7为电流电压转换电路，由运算放大器N1和反馈电阻R1构成。通过大电流等电位跟随器，可以完全吸收掉干扰电流Iw，则从机座端流入测量电路的电流只剩下被测电流 Ix。电流Ix流过R1，在Nim输出端形成电压输出Vc = IxRp本实用新型的优点在于能将测试电流从干扰电流中分离出来，使测量不受变化的干扰电流影响。运用此装置的水内冷发电机绝缘电阻测试仪，能自动跟踪屏蔽水电阻的泄漏电流。即使水阻变化引起泄漏电流变化，也不会影响绝缘电阻泄漏电流的测试。
权利要求1.一种基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其包括屏蔽端引线、基于运算放大器的等电位跟随器、扩流吸收电路和电流电压转换电路，其特征在于所述屏蔽端引线采用分离的电流电压引线，用于将较大的干扰电流从总电流中分离并屏蔽吸收，从而消除干扰电流对被测电流的影响。
2.如权利要求1所述的基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其特征在于所述分离的电流电压引线的输入端连在一起，接至被屏蔽点，所述电流电压引线的输出端是分离的；电压引线在内层，其输出端接至所述等电位跟随器的反相输入端，电流引线在外层，其输出端接至所述扩流吸收电路的输出端。
3.如权利要求2所述的基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其特征在于所述基于运算放大器的等电位跟随器的同相输入端接所述电流电压转换器的反相输入端，所述等电位跟随器的反相输入端接所述电压引线的输出端，所述等电位跟随器的输出端接所述扩流吸收电路的输入端。
4.如权利要求2所述的基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其特征在于所述扩流吸收电路为NPN、PNP复合的扩流吸收电路，能够吸收极性为正或负的电流，其中两个三极管的基极连在一起，接至所述等电位跟随器的输出端，两个三极管的发射极也连在一起， 接至所述电流引线的输出端。
5.如权利要求2所述的基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，其特征在于所述电流引线和所述扩流吸收电路构成等电位跟随器的反馈回路，用于将等电位跟随器的测试端的电位跟随至电流电压引线的输入端。
专利摘要描述了一种基于等电位大电流屏蔽的电流测量装置，采用基于运算放大器的等电位跟随器和扩流电路将干扰电流从总电流中分离出来并吸收掉，从而排除干扰电流对被测电流的影响。此方法可用于测量水内冷发电机的绝缘电阻，也可用于其他需要从干扰电流中分离出并测量小电流的应用。
文档编号G01R19/00GK202075330SQ20112017398
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者胡学军, 胡晓晖 申请人:武汉市康达电气有限公司