【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交流电机定子绝缘故障诊断与在线监测，更具体地，涉及电机绝缘漏电流分段变增益放大电路及测量方法。
技术介绍
1、定子绝缘故障是交流电机常见故障类型之一。虽然离线检测方法是已得到广泛应用的电机绝缘性能评估方法，但存在停机检测和检测周期长等局限。随着技术的进步，已出现多种基于离线试验原理的交流电机定子绝缘故障在线监测方法，其克服了离线检测的局限，可对运行中的电机定子绝缘状态进行实时监测和在线评估，已成为提高电机安全稳定运行水平的关键技术之一。
2、在交流电机定子绝缘在线监测技术中，基于漏电流和阻抗频谱的监测方法可有效反映绝缘老化的优点，是交流电机定子绝缘在线监测技术的研究热点之一。
3、交流电机定子绝缘老化过程中，对地绝缘电阻逐渐减小，绝缘电容逐渐增大，其漏电流的时频域特性亦随之变化。正因为漏电流与绝缘阻抗强相关，高精度的交流漏电流检测电路是数字式高性能交流电机绝缘在线检测成套设备的必要环节。
4、然而，交流电机定子绝缘退化一般为长期发展的过程。在定子绝缘缓慢、持续的退化过程中，交流电机定子对地绝缘阻抗缓慢、持续变化，其绝缘漏电流亦随之缓慢、持续变化。可见，在对交流电机定子绝缘长期在线监测中，因其定子绝缘漏电流变化范围宽，若采用固定增益的放大器对绝缘漏电流进行放大调理，存在如下问题：一方面，在其定子绝缘整体退化严重时，对于较大的漏电流信号，不仅放大器的输出易饱和，而且输入到数字信号处理器(dsp)模/数转换器(adc)模块的模拟信号易超出允许的范围；另一方面，在其定子绝缘退化的初期，对
5、现有的常规可变增益放大器存在结构及控制方式复杂、增益变化范围及动态性能受限、难以准确还原原始输入信号的局限。
6、因此，针对交流电机定子绝缘长期在线监测的需要，开发宽范围漏电流测量信号的变增益放大装置，根据被测交流漏电流信号的大小在线自动调整放大器的增益，保证较大漏电流信号和微小漏电流信号均能高精度地合理放大至dsp adc模块的模拟信号允许范围，同时在dsp程序中要实现对原始宽范围交流漏电流信号的准确还原，这对于高性能数字式交流电机绝缘在线检测成套设备开发具有较大意义。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种宽范围交流漏电流测量信号在线分段变增益放大电路及测量方法，实现交流电机定子绝缘长期在线监测所需宽范围交流漏电流的高精度测量。
2、本专利技术采用如下的技术方案。
3、本专利技术的第一方面提供了一种电机绝缘漏电流分段变增益放大电路包括：信号采集与变换模块、串联分压模块、集成电压比较模块、直流继电器控制模块、集成运放模块和电平转换电路；
4、信号采集与变换模块包括：零磁通漏电流传感器、交流小信号放大器和全波整流正弦有效值电路，信号采集与变换模块用于采集并变换交流电机漏电流为与漏电流有效值对应的直流电压信号；
5、串联分压模块包括n个串联的电阻，串联分压模块用于以各个电阻的分压作为漏电流n个区间边界的参考电压值；
6、集成电压比较模块包括n个集成电压比较器，集成电压比较模块用于根据直流电压信号与n个区间边界的参考电压值的比较结果对直流电压信号分段，得到漏电流的区间标记信号；
7、直流继电器控制模块包括n个直流继电器和对应控制其工作与否的n个三极管，直流继电器控制模块用于根据区间标记信号控制集成运放模块选择反馈支路，获得不同增益；
8、集成运放模块包括集成运放和n条并联的反馈支路，n条反馈支路对应n种不同的增益，集成运放模块用于将直流电压信号放大生成为模/数转换器正常工作范围内的漏电流采样值并输出；
9、电平转换电路用于将区间标记信号变换为通用输入/输出多路复用器正常工作范围内的输入信号。
10、优选地，所述串联分压模块由n个电阻第一电阻、第二电阻、…、第n电阻串联组成，串联分压模块的第一电阻一端接第一直流电源的正端，另一端接第二电阻的一端，第n电阻一端接第n-1电阻的一端，另一端接地。
11、优选地，所述集成电压比较模块由n个集成电压比较器组成，第一集成电压比较器、第二集成电压比较器、…、第n-1集成电压比较器的反相输入端分别接在第一电阻和第二电阻之间、第二电阻和第三电阻之间、…、第n-1电阻和第n电阻之间，第n集成电压比较器n的反相输入端接地，信号采集与变换模块输出的直流电压信号经电阻输入至n个集成电压比较器的同相输入端。
12、优选地，所述直流继电器控制模块中，所述三极管采用npn型三极管，所述直流继电器包括线圈、常开接点和常闭接点，所述直流继电器控制模块通过npn型三极管接收区间标记信号并驱动对应的直流继电器，直流继电器通过常开接点闭合控制集成运放模块选择反馈支路。
13、优选地，每个npn型三极管的基极通过电阻与集成电压比较器的输出端相连；
14、每个npn型三极管的集电极连接对应直流继电器线圈的一端，前n-1个直流继电器的常闭接点依次串联，第一直流继电器线圈的另一端与其常闭接点的另一端相连，并连接第二直流电源的正端，第二直流继电器、…、第n-1直流继电器线圈的另一端分别连接到该直流继电器的常闭接点和上一个直流继电器的常闭接点之间，第n直流继电器线圈的另一端连接到第n-1直流继电器的常闭接点的另一端；
15、每个npn型三极管的发射极通过电阻接地。
16、优选地，每个直流继电器线圈反向并联二极管。
17、优选地，所述集成运放模块中，所述反馈支路由反馈电阻和直流继电器的常开接点串联构成；信号采集与变换模块输出的直流电压信号经过同相电阻输入至集成运放的同相输入端，集成运放的反相输入端经过反相电阻接地，集成运放的输出端经反馈支路连接集成运放的反相输入端，同时集成运放的输出端连接至dsp的adc模块。
18、优选地，在集成运放的输出端增加首尾相连的二极管，其中正极与集成运放的输出端相连的二极管的负极接第三直流电源的正端，负极与集成运放的输出端相连的二极管的正极接地。
19、本专利技术的第二方面提供了一种电机绝缘漏电流测量方法，采用所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路实现电机绝缘漏电流的测量，包括以下步骤：
20、步骤1，采集原始交流电机漏电流并变换为与漏电流有效值对应的直流电压信号；
21、步骤2，设置漏电流n个区间边界的参考电压值，根据步骤1得到的直流电压信号所处分段区间i得到区间标记信号a1，a2，…，ai，…，an，其中a1，…，ai-1＝0，ai，…，an＝1，并放大相应倍数得到漏电流采样值；
22、步骤3，根据步骤2获得的区间标记信号及漏电流采样值，计算原始交流电机漏电流的有效值。
23、优选地，步骤2中，选择第一电阻、第二电阻、…、第n电阻的大小，采用n个电阻串联构成的分压电路得到漏电流n个区间边界的参考电压值，其中，分段本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于，包括：信号采集与变换模块、串联分压模块、集成电压比较模块、直流继电器控制模块、集成运放模块和电平转换电路；
2.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
7.根据权利要求1或4所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
8.根据权利7所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
9.一种电机绝缘漏电流测量方法，采用如权利要求1-8中任一项所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路实现电机绝缘漏电流的测量，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的电机绝缘漏电流测量方法，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于，包括：信号采集与变换模块、串联分压模块、集成电压比较模块、直流继电器控制模块、集成运放模块和电平转换电路；
2.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的电机绝缘漏电流分段变增益放大电路，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘一丹，汪海洋，朱超，钟义，张钧介，谷相宏，谭风雷，刘静，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司超高压分公司，
类型：发明
国别省市：
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