發(fā)布時間：2018-08-29 08:01

【摘要】：傳統(tǒng)的電壓互感器絕緣成本高、測量頻帶窄、動態(tài)范圍小、難以適應(yīng)電力系統(tǒng)數(shù)字化的發(fā)展要求。本文研究了兩種非傳統(tǒng)原理的電子式電壓傳感器,其中靜電振膜式電壓傳感器綜合運(yùn)用光纖技術(shù)、微電子技術(shù),絕緣簡單可靠、測量頻帶寬、動態(tài)范圍大,通過選用合適的薄膜可以實(shí)現(xiàn)很好的測量效果；基于平行板電容分壓的電子式電壓傳感器結(jié)構(gòu)簡單、絕緣可靠、成本低,測量精度在允許的范圍內(nèi)。可以用于電壓監(jiān)控。本文論述了基于靜電驅(qū)動微結(jié)構(gòu)的靜電振膜式電壓互感器的基本原理：在極板高壓產(chǎn)生的電場作用下,受極化而帶靜電荷的薄膜會產(chǎn)生位移,通過測量薄膜的位移可以得出被測電壓的大小。分析了靜電振膜物理模型中薄膜的受力運(yùn)動情況,推導(dǎo)出了薄膜受迫振動方程,并求解出薄膜振動位移表達(dá)式。求解結(jié)果證明薄膜振動位移與被測電壓的線性關(guān)系。并通過建模與仿真,測試振膜傳感器的測量準(zhǔn)確度,理論上可以達(dá)到測量0.1級的準(zhǔn)確度要求。結(jié)合國際電工委員會給出的電子式電壓互感器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),提出了靜電振膜式電壓互感器的總設(shè)計(jì)方案框圖,并分別介紹了各個部分的具體實(shí)現(xiàn)方法。接著,提出了一種平行電極板電容分壓器作為電子式電壓互感器的一次傳感器,并對其穩(wěn)態(tài)特性和暫態(tài)特性進(jìn)行了分析,并結(jié)合分析結(jié)果,進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì),使得分壓器滿足暫態(tài)特性的要求。結(jié)合國際電工委員會給出的電子式電壓互感器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),給出了平行板電容器電壓傳感器的設(shè)計(jì)方案,并分別介紹了各個部分的具體實(shí)現(xiàn)方法。最后,結(jié)合電子式電壓互感器的校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)以及國家標(biāo)準(zhǔn)對電子式電壓互感器的準(zhǔn)確度規(guī)定,根據(jù)對電子式互感器誤差的定義,分別對靜電振膜式電壓傳感器及電子式電壓傳感器的原理樣機(jī)進(jìn)行了測試。試驗(yàn)結(jié)果表明：靜電振膜式電壓傳感器的原理樣機(jī)與平行板電容分壓式電子式電壓傳感器的原理樣機(jī)均可以達(dá)到測量3.0級的準(zhǔn)確度要求。
[Abstract]:Traditional voltage transformers have high insulation cost, narrow measuring frequency band and small dynamic range, so it is difficult to adapt to the development of power system digitization. In this paper, two kinds of unconventional electronic voltage sensors are studied. Among them, electrostatic diaphragm type voltage sensors are based on optical fiber technology, microelectronic technology, simple and reliable insulation, frequency bandwidth measurement, and wide dynamic range. The electronic voltage sensor based on parallel plate capacitance is simple in structure, reliable in insulation, low in cost, and its measuring precision is within the allowable range. Can be used for voltage monitoring. In this paper, the basic principle of electrostatic diaphragm voltage transformer based on electrostatic-driven microstructure is described. Under the action of electric field produced by high voltage of polar plate, the film with static charge will produce displacement under the action of electric field produced by high voltage of polar plate. The measured voltage can be obtained by measuring the displacement of the film. In this paper, the force motion of the film in the physical model of electrostatic vibration film is analyzed, the forced vibration equation of the film is derived, and the displacement expression of the film vibration is obtained. The results show the linear relationship between the vibration displacement of the film and the measured voltage. Through modeling and simulation, the measurement accuracy of the diaphragm sensor is tested. Theoretically, the accuracy requirement of 0.1 level measurement can be achieved. Combined with the design standard of electronic voltage transformer given by the International Electrotechnical Commission, the general design scheme block diagram of electrostatic diaphragm type voltage transformer is put forward, and the concrete realization methods of each part are introduced respectively. Then, a parallel electrode plate capacitor divider is proposed as the primary sensor of electronic voltage transformer, and its steady and transient characteristics are analyzed. The voltage divider can meet the requirements of transient characteristics. Based on the design standard of electronic voltage transformer presented by the International Electrotechnical Commission, the design scheme of the voltage sensor for parallel plate capacitor is given, and the specific implementation methods of each part are introduced. Finally, combined with the calibration standard of electronic voltage transformer and the accuracy stipulation of national standard for electronic voltage transformer, according to the definition of error of electronic transformer, The principle prototypes of electrostatic diaphragm voltage sensor and electronic voltage sensor are tested. The experimental results show that the principle prototype of electrostatic diaphragm voltage sensor and the principle prototype of parallel plate capacitive split voltage electronic voltage sensor can meet the accuracy requirement of measuring 3.0 level.
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM451

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本文編號：2210680