直流互感器在恒流源中的應(yīng)用研究--直流互感器原理

1、第20卷第1期 2004年1月文章編號(hào)：1005-006X(2004)01-0034-02電 站 系 統(tǒng) 工 程 Power System Engineering Vol.20 No.1 Jan., 2004直流互感器在恒流源中的應(yīng)用研究浙江水利水電?？茖W(xué)校李惠英趙新龍斯揚(yáng)華摘 要：介紹了直流互感器的工作原理及其在恒流源中的應(yīng)用，著重分析比較了直流互感器和小電阻旁路法兩種電流取樣方法。 關(guān)鍵詞：直流互感器；恒流源；電流取樣 中圖分類號(hào)：TM452+.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AApplication and Research of DC Transformer in Constant Current

2、SourceLI Hui-ying, ZHAO Xin-long, SI Yang-huaAbstract: The principle and use of DC transformer in the constant current source are briefly introduced, the two current sampling methods based on the DC transformer and the bypass small resistance is analyzed and compared. Key words: DC transformer; cons

3、tant current source; current sampling1 霍爾傳感器與恒流源霍爾傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)制成的磁敏元件，主要有開(kāi)環(huán)型和閉環(huán)型兩種類型，在電子、電力技術(shù)中被廣泛應(yīng)用于需要電磁隔離的場(chǎng)合。在電力系統(tǒng)中常使用霍爾傳感器替代互感器，用于電能計(jì)量及為系統(tǒng)保護(hù)監(jiān)控單元提供依據(jù)信號(hào)，這是因?yàn)榕c互感器相比，霍爾傳感器具有突出的頻率響應(yīng)特性，動(dòng)態(tài)適應(yīng)范圍寬，能測(cè)量更大的電流或電壓。但是，霍爾傳感器也存在輸出溫度漂移很大的缺點(diǎn)，常常需要外接一個(gè)穩(wěn)定的恒流源來(lái)抑制溫漂。晶體管并聯(lián)式恒流源以其良好的特性常用于各種需要恒流源的電路中。IO V+ （V+=RSIO） IB ICIO （

4、IO=IiIC）同理，當(dāng)IO減小時(shí)有下述穩(wěn)流過(guò)程：IO V+ IB IC IO由上面分析可知，電路為一個(gè)閉環(huán)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)，反饋越深，調(diào)節(jié)作用越強(qiáng)，輸出電流越穩(wěn)定。其反饋深度決定于取樣電阻RS，RS越大，反饋越深。為使RS的接入不致對(duì)負(fù)載造成過(guò)大影響，RS不宜取大；但也不能過(guò)小，過(guò)小電流調(diào)節(jié)作用差，會(huì)使輸出電流穩(wěn)定性變差。因此小電阻旁路進(jìn)行電流取樣的小電阻，其實(shí)是一個(gè)并不太小的電阻，其產(chǎn)生的熱量與通過(guò)電流的平方成正比。因此雖然旁路技術(shù)進(jìn)行電流取樣經(jīng)濟(jì)可靠，但自熱問(wèn)題會(huì)使恒流源溫度穩(wěn)定性變差，從而限制了其在大電流恒流源中的應(yīng)用。2 小電阻旁路晶體管并聯(lián)恒流源2.1電路原理圖（見(jiàn)圖1）2.2 穩(wěn)流原

5、理反映輸出電流IO變化的取樣信號(hào)V+（反饋電壓）與基準(zhǔn)電壓V-比較，產(chǎn)生的差值電壓經(jīng)A比較放大后，控制調(diào)整管T的集電極電流IC，從而抑制IO的變化。例如，若外電或負(fù)載變化引起IO增大，則V+增加，由于A為同相輸入，使凈輸入信號(hào)增加，經(jīng)A放大后，使T注入電流IB增大，從而調(diào)整管IC增大，使輸出電流IO減少，達(dá)到穩(wěn)定輸出電流的目的。上述穩(wěn)流過(guò)程的流程圖如下：收稿日期: 2003-04-24 李惠英（1971-），女，講師。機(jī)電系，310016 *浙江省水利廳新型隔離互感器開(kāi)發(fā)與應(yīng)用課題資助(KJHT0210)3 直流互感器在并聯(lián)式恒流源中的應(yīng)用3.1 直流互感器簡(jiǎn)介3.1.1 直流互感器原理圖（見(jiàn)

6、圖2）直流互感器由2個(gè)鐵芯及4個(gè)繞組構(gòu)成，互感器的鐵芯A和B是用高導(dǎo)磁系數(shù)的鐵磁性物質(zhì)制成的，其尺寸完全一致。兩鐵芯一次側(cè)彼此串聯(lián)，直流電流通過(guò)一次側(cè)，二次側(cè)可以串聯(lián)，也可以并聯(lián)，并通過(guò)橋式整流器接到輔助交流電源上。二次側(cè)的工作原理為：在輔助交流i2的一個(gè)半周期內(nèi)，鐵芯A內(nèi)磁通的交流分量與一次側(cè)直流所產(chǎn)生的磁通反方向，而在鐵芯B內(nèi)，這兩部分磁通方向相同；在另一個(gè)半周期內(nèi)，鐵芯A中兩部分磁通變?yōu)橥?，而鐵芯B中，兩部分磁通變?yōu)榉聪唷?3.1.2 直流互感器工作原理飽和電抗器的直流控制線圈成為直流互感器的一次線圈，交流工作線圈成為二次線圈。實(shí)質(zhì)上直流互感器的原理是當(dāng)鐵芯被交直流線圈同時(shí)激勵(lì)時(shí)，直流

7、電流的大小引起鐵芯飽和程度的改變，使交流線圈的電抗大小發(fā)生變化，交流電流及串在回路中的取樣電阻上的電壓會(huì)相應(yīng)改變；當(dāng)直流為被測(cè)電流時(shí)，由取樣電阻可得到正比于直流電流的電壓。第1期李惠英等：直流互感器在恒流源中的應(yīng)用研究 35消耗功率極小，其本身發(fā)熱引起的誤差極小，即溫度穩(wěn)定性好，保證了測(cè)量的精度。缺點(diǎn)是與小電阻旁路法相比，需要輔助交流電源，較適合溫度穩(wěn)定性要求高的場(chǎng)合。i1被測(cè)直流電源 W1兩個(gè)相同的同向串聯(lián)的一次繞組 W2兩個(gè)相同的同向串聯(lián)的二次繞組 i2交流電流 R取樣電阻4 小結(jié)3.2 直流互感器在恒流源中的應(yīng)用3.2.1 電路原理圖（見(jiàn)圖3） 3.2.2 穩(wěn)流原理當(dāng)外電或負(fù)載變化使IO

8、增大時(shí)，設(shè)增量為ÄIO，直流互感器取樣信號(hào)也得到一個(gè)增量AUO，由于比較放大部分是同相輸入，所以輸出端也有電壓增量ÄU，此增量使并聯(lián)調(diào)整管的注入電流增大，于是IC增大，從而抑制IO的增大，使IO基本保持不變。即電路根據(jù)電流誤差信號(hào)，通過(guò)控制調(diào)整管的直流工作點(diǎn)，調(diào)整負(fù)載的電流實(shí)現(xiàn)恒流。 3.2.3 直流互感器電流取樣的優(yōu)缺點(diǎn)直流互感器在恒流源中作電流取樣裝置串在主回路中，小電阻旁路法是常用的一種電流取樣方法，既經(jīng)濟(jì)又可靠，但受自熱問(wèn)題限制，在對(duì)大電流取樣時(shí)，溫度穩(wěn)定性差；在電路對(duì)溫度穩(wěn)定性要求較高時(shí)，可采用直流互感器對(duì)電流進(jìn)行取樣，其自身功耗極小，溫度穩(wěn)定性好，取樣精度高，美

9、中不足的是其需要交流電源作為輔助電源。 參 考 文 獻(xiàn)1 2互感器制造技術(shù)M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 1998. 裴國(guó)偉. 電子技術(shù)基礎(chǔ)M. 水利電力出版社, 1997.編輯：康 德寬度1 280 mm；高度1 225 mm。其制造費(fèi)用是16萬(wàn)元。按照鍋爐對(duì)流受熱面計(jì)算方法1求出鍋爐排煙溫度可以被降低到47.3 ，同時(shí)補(bǔ)充水被加熱到51 。相當(dāng)于鍋爐熱效率提高了3.4%。按照每年運(yùn)行6 000 h估計(jì)，每年可以節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤686.2 t。低溫省煤器的運(yùn)行消耗主要有兩項(xiàng)：清灰器年耗電5.09萬(wàn)kWh；煙氣阻力年耗電0.87萬(wàn)kWh。在熱經(jīng)濟(jì)性方面，可以用目前電網(wǎng)的平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗0.4 kg/kWh折

10、算低溫省煤器的運(yùn)行能耗：清灰器耗電相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤量20.36 t/年；煙氣阻力耗電相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)煤量3.46 t/年。如此，從年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤686.2 t中扣除上述運(yùn)行能耗就是使用低溫省煤器的凈節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量，為662.3 t/年。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面，節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量折合人民幣13.7萬(wàn)元/年，清灰器耗電折合人民幣2.04萬(wàn)元/年；煙氣阻力耗電折合人民幣0.35萬(wàn)元/年。如此，從燃料節(jié)省費(fèi)用中減去運(yùn)行消耗費(fèi)用就是使用低溫省煤器的凈效益，為11.33萬(wàn)元/年。投資回收年限為1.41年。（上接第29頁(yè)）密封煙氣的功用。當(dāng)然，鋼管兩端還要有密封圈，單純靠軸承是不行的。在圖3中可以看到省煤器箱體一側(cè)的兩套螺桿、螺母，

11、上邊一套的鋼管是剖開(kāi)的，可見(jiàn)里邊的螺桿和螺母及長(zhǎng)條形的開(kāi)孔。低溫省煤器運(yùn)行時(shí)，煙氣自上而下地沖刷受熱面管子的外表面放熱；冷卻水從下聯(lián)箱進(jìn)入低溫省煤器，沖刷受熱面管子的內(nèi)表面，與煙氣形成逆流換熱吸收煙氣的熱量，而后從上聯(lián)箱離開(kāi)低溫省煤器。清灰板在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下順著受熱面管子的長(zhǎng)度方向做往復(fù)移動(dòng)，并且借助煙氣的沖刷清理掉受熱面管子外表面的煙氣積灰。測(cè)量低溫省煤器的出口煙氣溫度和入口冷卻水溫度，并且與設(shè)計(jì)值比較可以估算出受熱面管子外表面的積灰厚度。積灰厚度的大小可以作為控制清灰器行走或停止的信號(hào)。3 使用低溫省煤器的經(jīng)濟(jì)性低溫省煤器接觸鍋爐煙氣的部件使用不銹耐酸鋼制造，如受熱面管子、箱板（外殼）、清灰板等。為了加強(qiáng)熱傳導(dǎo)，低溫省煤器要采用小管材和短節(jié)距，即受熱面管材18×2 mm、受熱面管橫節(jié)距40 mm、受熱面管縱節(jié)距25 mm。鑒于篇幅限制，這里僅給出經(jīng)濟(jì)計(jì)算分析結(jié)果。某工業(yè)鍋爐的運(yùn)行參數(shù)為：鍋爐蒸發(fā)量35 t/h；鍋爐熱效率90%；鍋爐排煙溫度140 ；補(bǔ)充水量20 t/h（供熱回水率50%）；補(bǔ)充水溫度15 ；電價(jià)0.4元/kWh；煤炭?jī)r(jià)格200元/t標(biāo)準(zhǔn)煤。用補(bǔ)充水作為低溫省煤器的冷卻水。