專利名稱：一種數(shù)字化光纖電壓互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ機(jī)車電網(wǎng)電壓測量技術(shù)，具體涉及ー種數(shù)字化光纖電壓互感器，它尤其適合于電カ機(jī)車(包括城市軌道機(jī)車)使用。
背景技術(shù)：
當(dāng)前電カ機(jī)車對電網(wǎng)電壓的測量主要是使用傳統(tǒng)的電磁式電壓互感器。受傳感機(jī)理的限制，傳統(tǒng)的電壓互感器動(dòng)態(tài)范圍小、頻帶較窄，具有易發(fā)生鐵磁諧振而引起過電壓和輸出不能短路等缺點(diǎn)。另ー方面?zhèn)鹘y(tǒng)的電磁式電壓互感器輸出端直接與車載裝置相連，當(dāng)互感器一次繞組放電或者絕緣擊穿時(shí)，高電壓可能進(jìn)入二次側(cè)危及人員和儀表設(shè)備的安全。傳統(tǒng)互感器二次輸出功率較大，內(nèi)部有發(fā)熱，故障率較高。我國高速鐵路(包括城市軌道交通)發(fā)展迅猛，電カ機(jī)車供電電網(wǎng)具有動(dòng)態(tài)范圍大(17-31kV)，頻帶寬，環(huán)境條件變化劇烈等特點(diǎn)，這些對電壓互感器提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種數(shù)字化光纖電壓互感器，該互感器抗干擾能力強(qiáng)，且能夠保證安全隔離。本發(fā)明提供的ー種數(shù)字化光纖電壓互感器，其特征在于，它包括位于車頂?shù)碾妷簜鞲衅鳌/D轉(zhuǎn)換器、控制處理單元和電源模塊，以及位于車內(nèi)的信號(hào)接收單元，控制處理單元通過通訊光纖與信號(hào)接收單元連接；電壓傳感器用于從電網(wǎng)取出信號(hào)，它為分壓式電壓傳感器，由高壓阻抗和低壓阻抗串聯(lián)而成；A / D轉(zhuǎn)換器與低壓阻抗并聯(lián)，將低壓阻抗上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；控制處理單元的一端與A / D轉(zhuǎn)換器相連，另一端通過通訊光纖與信號(hào)接收單元相連；控制處理單元用于對A / D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，并將輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并通過光纖提供給信號(hào)接收單元；電源模塊為A / D轉(zhuǎn)換器和控制處理單元供電，該電源的輸入端與低壓阻抗并聯(lián)；信號(hào)接收單元接受通訊光纖傳送到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。本發(fā)明所使用的傳感器和相關(guān)器件，微功耗和小型化，基本不發(fā)熱。該測量互感器的輸出與車載裝置只通過光纖進(jìn)行聯(lián)系，信號(hào)可遠(yuǎn)傳，抗干擾能力強(qiáng)，且可靠保證安全隔離。所采用的傳感器頻帶寬，動(dòng)態(tài)范國大。高壓電路所需要的工作電源，通過分壓器直接從電網(wǎng)獲取，無需另接電源或電池。本發(fā)明能適應(yīng)機(jī)車系統(tǒng)數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的需求，其動(dòng)態(tài)范國大，頻帶寬；互感器本身電路所需要的工作電源，通過分壓器直接從電網(wǎng)獲取。測量裝置與車載裝置只通過光纖進(jìn)行聯(lián)系，完全保證安全隔離。數(shù)字化光纖電壓互感器的輸出信號(hào)可直接用于保護(hù)、控制和電子式計(jì)量設(shè)備，不存在電磁諧振，無輸出不能短路等缺點(diǎn)。該互感器絕緣結(jié)構(gòu)簡單，無需絕緣油，無需鐵芯，便于運(yùn)輸和安裝且無爆炸的危險(xiǎn)。與傳統(tǒng)互感器相比優(yōu)勢明顯。尤其是采用光纖傳送信號(hào)，保證了車載裝置和工作人員的安全。


圖I為本發(fā)明設(shè)計(jì)的ー種數(shù)字化光纖電壓互感器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖I中，I是電壓傳感器，2是A/D轉(zhuǎn)換器，3是控制處理單元，4是電源模塊，5是通訊光纖，6是信號(hào)接收單
J Li ο
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)ー步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。如圖I所示，本發(fā)明提供的數(shù)字化光纖電壓互感器包括位于車頂?shù)碾妷簜鞲衅鱅、A/D轉(zhuǎn)換器2、控制處理單元3和電源模塊4，以及位于車內(nèi)的信號(hào)接收單元6，控制處理單 元3通過通訊光纖5與信號(hào)接收單元6連接。信號(hào)接收單元6可以單獨(dú)設(shè)置，也可置于車內(nèi)的測量、控制及保護(hù)裝置之中。電壓傳感器I用于從電網(wǎng)取出信號(hào)，它為分壓式電壓傳感器，由高壓阻抗Zl和低壓阻抗Z2串聯(lián)而成；A / D轉(zhuǎn)換器2與低壓阻抗Z2并聯(lián)，將低壓阻抗Z2上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；控制處理單元3的一端與A / D轉(zhuǎn)換器2相連，另一端通過光纖5與信號(hào)接收單元6相連?？刂铺幚韱卧?用于對A / D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，并將輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并通過光纖提供給信號(hào)接收單元6 ;電源模塊4為A / D轉(zhuǎn)換器2和控制處理單元3供電，該電源的輸入端與低壓阻抗Z2并聯(lián)；信號(hào)接收單元6接受光纖5傳送到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)進(jìn)入車載裝置中的數(shù)字電能表，同時(shí)提供多路數(shù)字或模擬信號(hào)供車內(nèi)的計(jì)量、控制和保護(hù)等裝置使用，用于測量、控制及保護(hù)。上述光纖電壓互感器中傳感器I的分壓器可以是電阻式分壓器，也可以是電容式分壓器，還可以是阻容式分壓器。上述光纖電壓互感器中信號(hào)接收單元6提供給車載裝置的電信號(hào)可以是數(shù)字信號(hào)，也可以是模擬電壓信號(hào)。電カ機(jī)車供電電網(wǎng)高電壓大于17kV, —般在17_31kV范圍內(nèi)。本光纖電壓互感器中低壓阻抗Z2上的電壓低于10V，二者電壓相差約3-5千倍。典型實(shí)例如下當(dāng)電網(wǎng)高電壓U=25kV時(shí)，低壓阻抗Z2上的電壓為5V，此電壓為A / D轉(zhuǎn)換器2的輸入電壓，A / D轉(zhuǎn)換器2輸出對應(yīng)的數(shù)字信號(hào)給控制處理單元3，控制處理單元3通過控制處理，輸出串行數(shù)字光信號(hào)，此光信號(hào)耦合進(jìn)通訊光纖5傳送，信號(hào)接收單元6接受光纖5傳送到的光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為所需電信號(hào)供車載裝置使用。電源4從電壓傳感器11中Z2上取得的能量經(jīng)過通過整流穩(wěn)壓后，提供輸出為5V的直流電壓源，供A / D轉(zhuǎn)換器2和控制處理單元3使用。本發(fā)明完全按照國家標(biāo)準(zhǔn)及鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，提供給車載裝置的信號(hào)能準(zhǔn)確反映供電網(wǎng)高壓電壓的情況變化；絕緣簡單可靠，維護(hù)周期長，能大大提高供電的可靠性，可廣泛應(yīng)用于各種型號(hào)的電カ機(jī)車。本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，可以采用其它 多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化光纖電壓互感器，其特征在于，它包括位于車頂?shù)碾妷簜鞲衅?、?D轉(zhuǎn)換器、控制處理單元和電源模塊，以及位于車內(nèi)的信號(hào)接收單元，控制處理單元通過通訊光纖與信號(hào)接收單元連接； 電壓傳感器用于從電網(wǎng)取出信號(hào)，它為分壓式電壓傳感器，由高壓阻抗和低壓阻抗串聯(lián)而成；A / D轉(zhuǎn)換器與低壓阻抗并聯(lián)，將低壓阻抗上的模擬電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；控制處理單元的一端與A / D轉(zhuǎn)換器相連，另一端通過通訊光纖與信號(hào)接收單元相連；控制處理單元用于對A / D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，并將輸出數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并通過光纖提供給信號(hào)接收單元；電源模塊為A / D轉(zhuǎn)換器和控制處理單元供電，該電源的輸入端與低壓阻抗并聯(lián)；信號(hào)接收單元接受通訊光纖傳送到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的數(shù)字化光纖電壓互感器，其特征在于，所述分壓式電壓傳感器為電阻式分壓器、電容式分壓器或者阻容式分壓器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的數(shù)字化光纖電壓互感器，其特征在于，信號(hào)接收單元單獨(dú)設(shè)置或者置于車載裝置中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的數(shù)字化光纖電壓互感器，其特征在于，所述信號(hào)接收單元輸出的電信號(hào)為數(shù)字信號(hào)或者模擬電壓信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字化光纖電壓互感器，包括位于車頂?shù)碾妷簜鞲衅?、A/D轉(zhuǎn)換器、控制處理單元和電源模塊，以及位于車內(nèi)的信號(hào)接收單元，控制處理單元通過通訊光纖與信號(hào)接收單元連接；電壓傳感器用于從電網(wǎng)取出信號(hào)，它為分壓式電壓傳感器，由高壓阻抗和低壓阻抗串聯(lián)而成；Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換器與低壓阻抗并聯(lián)，該電源的輸入端與低壓阻抗并聯(lián)；信號(hào)接收單元接受通訊光纖傳送到的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)。本發(fā)明采用分壓式傳感器，無需外接電源及電池，其輸出通過光纖與車載裝置進(jìn)行通訊連接，抗干擾能力強(qiáng)，并可實(shí)現(xiàn)完全的電氣隔離。本互感器可取代原有傳統(tǒng)式機(jī)車用互感器。它尤其適合于電力機(jī)車(包括城市軌道機(jī)車)使用。
文檔編號(hào)G01R15/18GK102680758SQ20121014851
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者孫文, 張光群, 徐墾, 徐雁, 朱明鈞, 肖霞, 胡書紅 申請人:華中科技大學(xué)