高压分压器分布电容补偿的研究.pdf

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1、检测与仪表化工自动化及仪表，2010，37(9)：61—64ControlandInstrumentsinChemicalIndustry高压分压器分布电容补偿的研究蒋力8，傅鹏8，潘圣民8，刘保华4，李云娜“(中科院a．等离子体物理研究所-b．安徽光学精密机械研究所，合肥230031)摘要：电阻分压器的测量精度和响应时间受自身分布电容的影响较大，尤其是高压分压器。由于高压分压器本身高压臂和低压臂的阻值均比较大，分布电感影响较小，分布电容对测量精度的影响将占据主导地位。为此，本文提出在高压臂两端串联均压环的方法均衡分压器高压侧电场分布，提高分

2、压器性能。并且通过对分压器传递函数的相频和幅频特性进行理论分析，提出一种分布电容补偿的方法。试验证明这种补偿方法是正确的，满足工程要求。关键词：电阻分压器；分布电容；分布电感；均压环；传递函数；电场中图分类号：TMl51文献标识码：A文章编号：1000-3932(2010)094)0614)41引言EAST超导托卡马克核聚变实验装置是中科院等离子体物理研究所承担的国家大科研工程项目，承担着人类未来能源的探索研究任务，它于2007年成功建立并投入运行。为了达到更好的实验结果，需要配备强大的加热系统。EAST二次加热的配套装置低杂波电流驱动系统(

3、LHCD)需要一套参数60kV／100A直流高压电源⋯。该电源的反馈调节要求电压测量具有高的精度和较快的响应速度(电压幅值误差≤l％，相角误差≤50)为此，选择无感电阻组成的电阻分压器。2。1作为电压传感器，如图1所示。高压臂电阻20Mft，低压臂电阻2kfl，分压器比10000；1。为了提高分压器绝缘性能，防止高压电晕放电，分压器整体浸入变压器油中。并在高压臂两端串联110kV均压环。使得分压器在变压器油中的电场分布得到有效改善哺一们。均压环均衡了分压器高压侧电场分布，如图2所示。提高了分压器的测量精度。图1分乐器实物网图2高压臂电阻附近电

4、场分布试验中，发现均压环间分布电容对测量精度带来了不可忽略的影响。通过对分压器传递函数的频率特性分析，提出在低压臂电阻并联电容的办法进行补偿，取得令人满意的结果。2分压器频率特性【1。“o分压器低压电阻并联电容补偿均压环分布电容对测量精度的影响，其等效电路如图3所示。图3分压器分布电容示意图从图3可以知道该电阻分压器分压比为：墨!^(jto)．1+半14-jfor2c2⋯惫c酱咖鼍箍，令：．，．R1．，1+∥RlR2ClC2A“+瓦×1i丽雪=鲁×鼍兹则：^(j∞)=A—j∞曰(1)从式(1)可以知道，当正确选择补偿电容C：使得R。C。一R，

5、c'=0时，电阻分压器变比为k=1+收稿日期：2010-08．12(修改稿)基金项目：国家发展计划委员会“投资(1998)1303号项目”·62·化工自动化及仪表第37卷尺R__，LJ，是一个理想的电阻分压器，其幅值误差和相角误差为零。但是由于电容C．为分压器高压臂均压环间分布电容的等效值，使得等式尺。C。=R：G2很难成立，分压器存在相角和幅值误差不可避免。当补偿电容c2不能满足R。C。=R2c2条件时，分压器的传递函数为：垦G㈤=由=—F1—+sRT2C2亓i丽十雨页忑一些垦鱼!鱼一sRiR2(cI+C2)+(R，+尺2)R2C2一RIC

6、lCIRlR2(Cl+C2)2Cl+C2。sRlR2(CI+C2)+(RI+R2)当分压器输入端施加一个正弦信号：r(￡)=A。sintot其拉普拉斯变换方：肌，=等=万‰所以分压器输出为：R2C2一RlC嘶川丧+丽器等鬻斋，×万‰㈤由式(2)可以看出U2(5)共有三个极点，一个零点，所以式(2)可以改写为：。嘶)=面丽-毒可百丽+南+凼万“^南(3’式中：置，五，z，三——常数，对式(3)进行拉普拉斯反变换可以得到：口2(t)=日le。。+Ze。一+磊_+B2sin∞‘式中：a，口-，B：=静。为常有理数。如果系统是稳定的，那么K(s)的极

7、点全部位于S的左半平面上，这样当t_+。o时候，系统响应的瞬态分量等于零，稳态响应为：口。(I)=磊巾+三矿+B2sin“(4)系数：z-m)等(川∞)I一等即∽5十山1．．．．山叫扛肌)等∽∽L=矿Am(川s+∞IJ。-叫其中R2C2一RlC酬=丽措毪‰将z，z代人式(4)可以得到：‰(t)=昔[Ⅳ(如)∥一日(一如)e喇]+B2sin讲％(f)=鲁[Ⅳ(j∞)，一何(一jw)e-一]+B2(妒一÷e’-)(5)又因为：n(j∞)=G(如)+石B2代入式(5)，所以：％(t)=鲁[c(如)，一c(一jo口)e啊]由于G(jto)和G(一j∞

8、)为共轭函数，于是：G(jw)=lG(jto)1∥G(一如)=Ic(一曲)Ie⋯其中：COw)=P(∞)+jQ(w)=IG(jw)I，妒⋯c胁船所以分压器稳态响应改