螺線管空心線圈電子式電壓互感器電子式電壓互感器的結構及其工作原理

電子式電壓互感器由高壓采樣和信號處理兩部分組成，在高壓側，精密電容器與螺線管空心線圈串聯(lián)接地作為一次電流采樣電路。螺線管空心線圈本身自感和電阻很小，其阻抗值可忽略，因此流經高壓側的電流取決于電容的大小。螺線管空心線圈處于接地端，電勢接近于零，且其一次線圈與二次線圈通過弱磁場禍合在一起，能起到很好的電氣隔離作用。為滿足不同精度的要求，螺線管空心線圈輸出信號分出兩路提供給后續(xù)電路。處理電路II再接一個小變壓器可分出三路輸出電壓。處理電路工和處理電路II完全相同，主要包括積分放大電路、差分放大電路、調相電路、積分電路、功率放大電路五個部分，其中差分放大電路包含了調幅功能。為保證電壓互感器有足夠的帶負載能力，裝置采用了集成功率放大芯片，在二次負載變化的情況下仍能保證測量精度。

目前，電網中運行的電壓互感器主要以電磁式電壓互感器和電容式電壓互感器等傳統(tǒng)電壓互感器為主。傳統(tǒng)電壓互感器受其原理局限，一般重量和體積都比較大，生產成本高，而且在電網運行中存在著一定的安全隱患。隨著電網的擴大和電壓等級的抬升，電網設備正朝著輕型化、智能化方向發(fā)展，系統(tǒng)對設備的安全性要求也在不斷提高，因此開發(fā)新型電子式電壓互感器已成為一種必然趨勢，以降低制造成本和提高電網的穩(wěn)定性。為此國內外學者提出了多種設計方案，其主要原理是利用電阻分壓或電容分壓，并取得了相關的研究成果。但采用分壓原理的電子式電壓互感器一次側與二次回路之間缺乏有效的電氣隔;同時，采用電容器分壓的電子式電壓互感器存在電荷滯留造成暫態(tài)問題;采用電阻分壓的電子式電壓互感器存在分壓電阻值不精確及應用電壓等級不高的問題。因此，提出采用螺線管空心線圈測量流經電容器的電流來反映一次側高電壓的電子式電壓互感器，并進行了理論分析和實驗驗證 。

本裝置采用的傳感器是一種帶補償線圈的圓柱型空心螺線管。它的二次線圈由繞制在內、外兩個同軸心的非磁性圓柱型骨架上的兩組線圈構成，內層為二次傳感線圈，外層為補償線圈，兩組二次線圈反向串聯(lián);一次線圈緊貼著繞制在內層二次線圈上。為保證在外界磁場干擾下二次線圈輸出電壓為零，內、外非磁性骨架上的二次線圈的匝數之比等于它們所繞骨架的橫截面積之比的倒數。本實驗模型取內、外兩骨架的橫截面積之比為1 ：3，則對應的線圈匝數之比為3 ：1。

由于兩類二次線圈的匝數與它們所環(huán)繞骨架的截面積的乘積相等，從而使得外界干擾磁場在這兩種線圈中產生的感應電動勢大小相等，反向串聯(lián)，相互抵消，避免了外界電磁的干擾，保證了測量精度。而當一次線圈中通入被測電流時，通過補償線圈的磁通分為兩部分，小圓內磁場較強且與其余部分方向相反。補償線圈的總磁通是這兩部分磁通的疊加，因此其總磁通要小于傳感線圈的總磁通，且傳感線圈總磁鏈應該大于兩倍補償線圈的總磁。由上可知，傳感線圈產生的感應電動勢較補償線圈產生的感應電動勢大得多，相互疊加，最終產生一個正比于被測電流變化率的電壓信號 。

處理電路中采用了差分放大以避免共模干擾對測量精度的不良影響。為保證輸出電壓與高壓側電壓相位一致，在處理電路中引入調相環(huán)節(jié)，可在0一10。范圍內調節(jié)輸出電壓的相角。同時，由于器件自身的原因或者外界溫度的影響，可能會導致積分器及其它芯片存在直流偏移量輸出，接入一個高通濾波器可有效地消除直流偏移的影響。

若去掉調相環(huán)節(jié)，由于積分電路不可能完全滿足90。移相要求，它總是要略大于90，

裝置采用高壓電容器作為其高壓采樣部件，將高電壓轉變成可以方便測量的小電流信號。在110 kV電網中，若高壓電容器的電容值為5000PF，正常運行情況下電壓互感器一次側電流約為100mA。由于電容器能夠存儲電荷，高壓側斷開時電容器上的電荷將會被保持，當再次合上時電容器上電荷將通過接地回路放電。電容器上保持的電荷量與其斷開時電壓的相位有關，在一次電壓最大時斷開其保持的電荷量最大.以這種最嚴重的情況為例，在高壓側合閘的瞬間，存儲電荷將會通過電網低直流阻抗立即放電。由于高壓電容器電容的值只有5000PF，電網直流電阻亦很小，空心線圈一次側電感很微弱，因此一次側是一個RC回路的放電過程，而且放電時間常數非常小，放電速度很快，瞬態(tài)過程很短暫，并遠遠小于工頻周期。

帶補償線圈的螺線管空心線圈具有不飽和、測量動態(tài)范圍大、抗干擾能力強的優(yōu)點，能夠準確地測量小電流信號。實驗證明，通過測量流過電容器的電流完全能夠正確反映一次高電壓的變化情況。與傳統(tǒng)電壓互感器相比，電子式電壓互感器受電網頻率波動影響小，在IEC標準規(guī)定的頻率波動范圍內(49.5 Hz一50.5 Hz)，其二次輸出電壓幾乎不受影響，且動態(tài)響應快，無鐵磁諧振 。

在工程學里，螺線管也指為一些轉換器（transducer），將能量轉換為直線運動。螺線管操作閥（solenoid valve）是一種綜合原件，內中最重要的組件是機電螺線管。機電螺線管是一種機電原件，可以用來操作氣控閥或液壓閥。螺線管開關是一種繼電器，使用機電螺線管來操作電開關。例如，汽車的起動器螺線管是一種機電螺線管。

由導線繞成的通常為長圓柱形的線圈。電流通過線圈時產生磁場(magnetic field)。此磁場能移動置于其軸線上的鐵棒。螺線管常用于通過導通或切斷電流的方式來操縱與鐵棒相連接的機械閥門。在大多數汽車中螺線管用于操縱給起動發(fā)動機供能的大電流開關。

簡單點講，通電螺線管的磁極只與通電螺線管中的電流的方向有關。

用右手螺旋定則，電池短負長正，電流由正流往負，右手四指順電流方向，拇指指的方向就是螺線管北極。在螺線管外磁力線由北到南，小磁針順磁力線方向。

通電螺線管對外相當于一個條形磁鐵。通電螺線管外部的磁場與條形磁鐵的磁場相似。

安培定則

通電螺線管中電流的方向與螺線管兩端極性的關系可以用安培定則（也叫右手螺旋定則）。