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变压器差动保护原理

主变差动保护

一、主变差动保护简介

主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。

差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成

纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。

(二)、纵联差动保护的工作原理

根据基尔霍夫第一定律，0

=∑

I ；式中∑?

表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变

压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。

当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。

（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为

继电器不动作。

（2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为

此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。

由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。

三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍

主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件

下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：

[]???????

????????=

=>+++->≤≤++->≤+>∑

∑==m

i i

d m

i i

r e

r cdqd e e bl e r d e r e cdqd e e r bl d e

r cdqd r d I I I I I I I I I K I I I I I I I I I I K I I I I I I 1

15.06........1.05.5]6[75.065.0..........................1.0]5.0[5.0.....................................................2.0(1)比率差动保护元件：变压器在正常负荷状态下，差动回路中的不平衡电流很小，但当发生区外短路故障时，由于电流互感器可能饱和等等因素，会使不平衡电流增大，当不平衡电流超过了保护动作电流时，差动保护就会误动。比率差动保护就是用来区分差流是由内部故障还是不平衡输出（特别是外部故障）引起的，它引入了外部短路电流作为制动电流，当外部短路电流增大时，制动电流随之增大，使得继电器的动作电流也相应增大，这样就可以有效的躲过不平衡电流，避免误动的出现。比率差动元件采用初始带制动的变斜率比率制动特性，由低值比率差动（灵敏）和高值比率差动（不灵敏）两个元件构成。为了保证区内故障的快速切除，只有低值比率差动元件（灵敏）设有TA 饱和判据，高值比率差动元件（不灵敏）不设TA 饱和判据。

三折线比率差动保护的动作特性如图5.1所示。图5.1比率差动保护动作特性图

比率差动动作方程：

式中：

I 为变压器额定电流；

I I ~1分别为变压器各侧电流；

cdqd

I 为稳态比率差动起动电流；

I 为

差动电流；r I 为制动电流；

K 为比率制动系数整定值（

.02.0≤≤bl K ）。

比率差动保护按相判别，满足以上条件时动作。但是保护出口必须还要经过TA 的饱和判别，TA 断线判别（可选），励磁涌流判别。

由图可以看出，具有比率制动特性差动元件的动作特性主要由起动电流，拐点电流，比率制动系数（即特性曲线的斜率）决定，而动作特性又决定了差动元件的动作灵敏度和躲区外故障的能力，当这三个量中的两个固定以后，比率制动系数越小，或拐点电流越大，或初始动作电流越小，差动元件的动作灵敏度越高，而此时躲区外故障的能力越差。

（2） TA 饱和闭锁元件：区外短路故障时，若一侧电流互感器出现饱和，则差动回路中的不平衡电流将会增大，容易导致纵差保护误动作，为了解决TA 饱和对差动保护的影响，首先设置一个高定值比率差动动作区，它是不需要经过TA 的饱和判别的，即图中的阴影部分，其保护判据如下：

[]??

?>+->e r

e r d I I I I I I 8.02.18.06.0 d

I ，r I ，e I 的定义与上文相同。当d I ，r I 确定的工作点落入该区域时，纵差动保护可以经TA 断线判

别（可选），励磁涌流判别后快速动作。如果工作点没有在高定值比率差动动作区时，通常利用二次电流中的二次和三次谐波含量来判别TA 是否饱和，其判据如下：

???>>133

122**φφφφφφI k I I k I xb xb 式中：

21,,φφφI I I 分别为电流中的基波、二次和三次谐波；

xb k k 32,φφ为比例常数。

当与某相差动电流有关的电流满足上式时即认为此相差流是由TA 饱和引起的，此时闭锁稳态比率差动保护。

（3）TA 断线闭锁（告警）元件：变压器带有一定的负荷时，若电流互感器二次回路断线，则会造成纵差动保护的起动元件、差动元件动作，从而导致纵差动保护误动作，即使变压器负荷电流很小甚至空载情况下，当电流互感器二次回路断线时，纵差保护虽然不动作，但当区外故障时，必然会造成纵差保护的误动作。所以应设置TA 二次断线闭锁。

TA 二次断线判据分未引起差动保护起动和引起差动保护起动两种情况。起动元件未动作时，满足就判为TA 二次断线：任一相差流大于设定值且 r

d kI I >（k =15%~20%）,判断线后延时10秒发报警信

号，但不闭锁纵差保护。

起动元件动作后，以下条件没有一条满足的也判为TA 二次断线：1）任一侧负序相电压大于6V ；2）起动后任一侧任一相电流比起动前增加；3）起动后最大相电流大于1.1倍额定电流；4）任一侧任一相间工频变化量电压元件起动。

判TA 断线后瞬时闭锁保护（通过控制字选择也可不闭锁保护仅发出报警信号，也可在额定负荷下才闭锁保护，或不闭锁保护发出报警），无论是异常报警是否引起差动保护起动，均说明差动回路存在问题，或定值存在问题，应该受到同等重视。比如当差回路断线时，在轻负荷情况下不会引起差动起动，但会引起差流报警，如果此时及时处理，就可以避免负荷增加后或者区外故障引起的差动保护误动作。

（4）差动电流速断保护元件

比率制动的差动保护能作为变压器的主保护，但在严重内部故障时，短路电流很大，TA 严重饱和使交流暂态传变严重恶化，TA 二次侧电流发生严重畸变，高次谐波分量增大，从而使涌流判别元件误

判为励磁涌流，致使差动保护拒动或延缓动作，严重损坏变压器，所以变压器比率制动的差动保护还应配有差动速断保护。其动作判据为：Id >Isd

其中：Id 为变压器差动电流，Isd 为差动电流速断保护定值，当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作跳开变压器各侧开关。（5）过激磁闭锁元件：

由于变压器过激磁（过激磁：铁磁性材料都有一个最大磁感强度，超过这个最大磁感强度，线圈中的电流无论再怎么增大，硅钢片中的磁感强度都不会再怎么显著地增加，所谓过激磁就是指线圈中的电流超过了某一个值，使硅钢片中的最大磁感强度达到了极限．）时，其激增的励磁电流会导致差动保护误动作，故应判断出这种情况，闭锁差动保护。由于发生过激磁时，励磁电流中的五次谐波含量大大增加，故采用差电流中五次谐波的含量作为对过激磁的判别，其判据如下：st xb th I k I 155* ，其中

st I I 51,分别为每相差动电流中的基波和五次谐波，xb k 5为五次谐波制动系数。当过激磁倍数大于1.4

时，不再闭锁差动保护。

朗目山风电厂主变差动保护装置简介

朗目山风电厂主变差动保护使用：CSC-326GD 数字式变压器差动保护装置。 1.装置型号说明：

2.装置简介：

CSC-326GD 为适用于110kV 及以下电压等级的变压器差动保护装置，最大支持四侧差动。装置包括两块硬件完全相同的CPU ，主CPU 负责保护元件的动作出口，启动CPU 负责开放启动继电器，这种冗余设计的方法完全杜绝了因硬件原因（如A/D 转换回路损坏）所引起的保护误动；主CPU 实时与启动CPU 之间互检交流计算量，一旦发现某块CPU 的A/D 通道异常，可以给出告警信息，避免保护拒动。

装置可以配置开入开出插件（DIO ），完成变压器分接头的档位采集和分接头控制。 3. 保护程序整体结构

保护CPU 程序的总体结构包括主程序、采样中断服务程序和故障处理程序及录波处理程序。

朗目山风电厂主变差动保护情况

1、差动速断保护

当任一相差动电流大于差动速断整定值时，差动速断保护瞬时动作，跳开各侧开关，其动作判据为：I d > I sd

（其中： I d 为变压器差动电流， I sd 为差动电流速断保护定值。）

2、比率差动保护

2.1 比率差动保护特性

由于变压器各侧TA性能、变比有差异以及各侧绕组连接组别的不同，差动回路存在不平衡电流，采用常规三段式折线特性，能够保证区外故障不平衡电流最大时不发生误动，又能保证切除区内故障的灵敏性，动作方程如下，特性曲线见图4

其中I e 为变压器额定电流， I 1....... m 分别为变压器各侧电流， I cd 为稳态比率差动起动定值， I d 为差动电流， I r为制动电流， k 为比率制动系数整定值（ 0.2 ≤ k ≤ 0.7 ）,推荐整定为k = 0.5。

程序中按相判别，任一相满足以上条件时，比率差动保护动作。比率差动保护经过励磁涌流判别、TA 断线判别(可选择)后出口。

2.2 励磁涌流闭锁原理

1) 二次谐波闭锁原理

采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作为励磁涌流闭锁判据：I dφ2 >K xb .2 I dφ

（式中， I dφ2为差动电流中的二次谐波分量， K xb.2 为二次谐波制动系数， I dφ为差动电流中的基波分量。）

采用或门闭锁方式，即三相差流中某相判为励磁涌流，闭锁整个比率差动保护。

2) 模糊识别闭锁原理

设差流导数为I (k) ，每周的采样点数是2n 点，对数列：

可认为X (k) 越小，该点所含的故障信息越多，即故障的可信度越大；反之， X (k) 越大，该点所包含的涌流的信息越多，即涌流的可信度越大。取一个隶度函数，设为A[X (k)] ，综合半周信息，对k = 0,1,2...n ，

求得模糊贴进度N

为：取门槛值为K，当N>K 时，认为是故障，当N

3 异常检测

3.1 整组复归判别

启动元件返回后，连续5s 内差流均不越限，则差动保护整组复归。

3.2 TA 断线检测

正常情况下判断TA 断线是通过检查所有相别的电流中有一相或两相无流且存在差流（差流大于差流越限值），即判为TA 断线。

在有电流突变时，判据如下：

1) 发生突变后电流减小（而不是增大）。2) 本侧三相电流中有一相或两相无流，且对侧三相电流无变化。（满足以上条件时判为TA 二次回路断线。）

TA 二次断线后，发出告警信号，并可选择闭锁或不闭锁差动保护出口。

3.3 差流越限告警

正常情况下，差动压板投入时，监视各相差流异常，在保护未启动的情况下，延时5 秒发出告警信号，判据如下：I dφ>0.3 I cd式中，I dφ为各相差动电流。

4、差动保护动作逻辑图

总之，差动保护是根据“电路中流入节点电流的总和等于零”原理制成的.差动保护把被保护的电气设备看成是一个节点，那么正常时流进被保护设备的电流和流出的电流相等，差动电流等于零。当设备出现故障时，流进被保护设备的电流和流出的电流不相等，差动电流大于零。当差动电流大于差动保护装置的整定值时，保护动作，将被保护设备的各侧断路器跳开，使故障设备断开电源

变压器差动调试方法

1) 调试A 相差动动作值及其制动斜率：按图视接线 I Y.B =0A; I Y.C =0A; I Δ.b =0A; 测试仪加电流：a)Y 侧动作值测试： I A =|I A |↑∠00…|I A |↑;I B =0A; I C =0.8I op.min ∠00A b)制动斜率测试：I A =√3/kI re ∠00A; I B =I re ∠1800A …?|I B |↓...↓;I C =I re ∠00A +?=+?=+?=c .A .Y C .Y cd.c b .C .Y B .Y cd.b a .B .Y A .Y cd.a I 3I I k I I 3I I k I I 3I I k I ???Y/Δ_11变压器差动调试方法一： I ;3I I k max(I a .B .Y A .Y re.a ??= I ;3I I k max(I b .C .Y B .Y re.b ??=I ;3 I I k max(I c .A .Y C .Y re.c ??= =∠+∠×?=+?=∠=∠∠×=∠+∠×=+=00I 0I k 33k I I 3k I 0I )180I 0I k 33k max(I 180I 0I k 33k I I 3k I 0re 0 re C A c .cd 0re 0B 0 re a .re 0re 0 re B A a .cd 、 ………… =0B re a .cd B 0B I I I I 180I ?=↓∠↓? …差流计算：

+?=+?=+?=c .A .Y C .Y cd.c b .C .Y B .Y cd.b a .B .Y A .Y cd.a I 3I I k I I 3I I k I I 3I I k I ???Y/Δ_11;3I I k max(I B .Y A .Y re.a ?= ;3I I k max(I C .Y B .Y re.b ?=;3 I I k max(I A .Y C .Y re.c ?= =∠+∠×?=+?=∠=∠+∠∠×=∠?=∠+∠?∠×=+?=00I 0I k 33k I I 3k I 0I )180I 0I 0I k 33k max( I 180I )180I 0I (0I k 33k )I I (I 3k I 0re 0 re B A c .cd 0re 0 cd 0re 0re a .re 0cd 0cd 0re 0re C B A a .cd 、………… 1) 调试A 相差动动作值及其制动斜率：按图视接线I Y.B =0A; I Y.C =0A; I Δ.b =0A;测试仪加电流：a)Y 侧动作值测试：I A =|I A |↑∠00…|I A |↑;I B =0.8I op.min ∠00A;I C =0.8I op.min ∠1800A b)制动斜率测试：I A =√3/kI re ∠00A;I B =I re ∠00A; I C =I cd ∠1800A ?|I cd |↑∠1800…|I cd |↑

变压器差动保护

变压器差动保护一：这里讲的是差动保护的一种，即变压器比例制动式完全纵差保护（以下简称差动）；二：差动保护的定义由于在各种参考书中没有找到差动保护的具体定义，这里只根据自己所掌握的知识给差动保护下一个定义：当区内发生某些短路性故障的时候，在变压器各侧电流互感器CT的二次回路中将产生大小相同，相位不同的短路电流，当这些短路电流的向量和即差流达到一定值时，跳开变压器各侧断路器的保护，就是变压器差动保护三：下面我以两圈变变压器为例，针对以上所述变压器差动保护的定义，对差动保护进行阐述： 1、图一所示：为一两圈变变压器，具体参数如下：主变高压侧电压U高 =220KV,主变低压侧电压U低=110KV,变压器容量Sn=240000KV A, I1’：流过变压器高压侧的一次电流； I”：流过变压器低压侧的一次电流； I2’：流过变压器高压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； I2”：流过变压器低压侧所装设电流互感器即CT1的二次电流； nh：高压侧电流互感器CT1变比； nl：低压侧电流互感器CT2变比； nB：变压器的变比；各参数之间的关系：I1’/ I2’= nh I”/ I2”= nl I2’= I2”I1’/ I”= nh/ nl=1/ nB 2、区内：CT1到CT2的范围之内； 3、反映故障类型：高压侧内部相间短路故障，高压侧（中性点直接接地）单相接地故障以及匝间、层间短路故障；

四：差动的特性 1、比率制动：如图二所示，为差动保护比率特性的曲线图：下面我们就以上图讲一下差动保护的比率特性： o：图二的坐标原点； f：差动保护的最小制动电流； d：差动保护的最小动作电流； p：比率制动斜线上的任一点； e：p点的纵坐标； b：p点的横坐标；动作区：在of范围内，由于电流小于最小制动电流，因此在此范围内，只要电流大于最小动作电流Iopo，差动保护动作；当电流大于f点时，由于电流大于最小制动电流，此时保护开始进行比率制动运算，曲线抬高，此时只有当电流在比率制动曲线以上时保护动作；因此，图中阴影部分，即差动保护的动作区；制动区：当电流在落在曲线以下而大于最小动作电流的时候，由于受比率制动系数的制约，保护部动作，这个区域就是差动保护的制动区；比率制动系数K：实际上比率制动系数，就是图二中斜线的斜率，因此我们只要计算出此斜线的斜率，就等于算出了比率制动系数。以p点为例：计算出斜线pc的斜率K=pa/ac=(pb-ab)/(ob-of)；举例说明一下：差动保护有关定值整定如下：最小动作电流Iopo=2,最小制动电流 Iopo=5,比率制动系数k=0.5；按照做差动保护比率制动系数的方法，施加高压侧电流I1=6A,180度，低压侧电流I2=6A,0度，固定I1升 I2,当I2升到9.4A的时候保护动作，计算一下此时的比率制动系数。由于两圈变差动的制动电流为（I1+I2）/2,因此，Izd=(9.4+6)/2=7.7, 所以K=(9.4-6-2)/(7.7-5)=1.4/2.7=0.52; 2、谐波制动：当差动电流中的谐波含量达到一定值的时候，我们的装置就判此电流为非故障电流，进行谐波闭锁。500kv一下等级的变压器之

差动保护的工作原理

1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：

在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。（2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。

（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。

②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。表8-1 励磁涌流实验数据举例（4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施：采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流

变压器差动保护的基本原理

变压器差动保护的基本原理 1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。变压器纵差动保护的特点

1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法 1）励磁涌流在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。 2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。

- 3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。

③励磁涌流的波形出现间断角。 4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。

差动变压器及应用

. 差动变压器及其应用 5月专号）一、差动变压器简介（摘自日刊《传感器技术》1986年差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。、差动变压器的特点1级之间有200mm）线性范围的种类很多，容易根据用途进行选择，通常在±2mm～±（1 个左右类型的品种。10 ）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。（2 ）不磨损，不变质，耐久性优良。（3）输出电压对铁心的位移有精确的比例，即直线性好。一般这种传感器中全行程偏差小4（0.3%。1%于，在高档品可以保证在±0.2%～±）因为灵敏度高，可以获得大的输出电压，不要求外围电路高级化也能检测到微小的位（5 移。）因为输出变化平滑，故能进行高分辨率的检测。（6 ）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。（7 的高的响应速度。到100Hz （8）能够得到从500Hz 2、差动变压器原理典型的差所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。差动变压器的构造原理如图1-1动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。（这由于与两端线圈的互感就产生了电动势（即激磁），当在中间的一次线圈加上交流电压时一点与普通变压器相同）。因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压。大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动 .. . °。相对于铁芯位移的二次线但是相位与刚才的情况相差180时，就会同样产生成正比的电压，圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。X

变压器差动保护整定计算

变压器差动保护整定计算 1. 比率差动装置中的平衡系数的计算 1）．计算变压器各侧一次额定电流： n n n U S I 113= 式中n S 为变压器最大额定容量，n U 1为变压器计算侧额定电压。 2）．计算变压器各侧二次额定电流： LH n n n I I 12= 式中n I 1为变压器计算侧一次额定电流，LH n 为变压器计算侧TA 变比。 3）．计算变压器各侧平衡系数： b n n PH K I I K ?= -2min 2，其中)4,min(min 2max 2--=n n b I I K 式中n I 2为变压器计算侧二次额定电流，min 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最小值，max 2-n I 为变压器各侧二次额定电流值中最大值。

平衡系数的计算方法即以变压器各侧中二次额定电流为最小的一侧为基准，其它侧依次放大。若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值大于4，则取放大倍数最大的一侧倍数为4，其它侧依次减小；若最大二次额定电流与最小二次额定电流的比值小于4，则取放大倍数最小的一侧倍数为1，其它侧依次放大。装置为了保证精度，所能接受的最小系数ph K 为，因此差动保护各侧电流平衡系数调整范围最大可达16倍。差动各侧电流相位差的补偿变压器各侧电流互感器采用星形接线，二次电流直接接入本装置。电流互感器各侧的极性都以母线侧为极性端。变压器各侧TA 二次电流相位由软件调整，装置采用Δ->Y 变化调整差流平衡，这样可明确区分涌流和故障的特征，大大加快保护的动作速度。对于Yo/Δ-11的接线，其校正方法如下： Yo 侧： )0('I I I A A ? ??-= )0(' I I I B B ? ? ? -= )0('I I I C C ? ??-= Δ侧： 3/ )('c a a I I I ? ??-=

变压器差动保护基本原理与逻辑图

变压器差动保护的基本原理及逻辑图发布日期：2009-5-19 11:07:16 (阅2761次) 关键词: 变压器差动保护励磁涌流 1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器，应使 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：

（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。 ②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。

变压器差动保护的基本原理及逻辑图

变压器差动保护的基本原理及逻辑图 1、变压器差动保护的工作原理与线路纵差保护的原理相同，都是比较被保护设备各侧电流的相位和数值的大小。 2、变压器差动保护与线路差动保护的区别：由于变压器高压侧和低压侧的额定电流不相等再加上变压器各侧电流的相位往往不相同。因此，为了保证纵差动保护的正确工作，须适当选择各侧电流互感器的变比，及各侧电流相位的补偿使得正常运行和区外短路故障时，两侧二次电流相等。例如图8-5所示的双绕组变压器 8.3.2变压器纵差动保护的特点 1 、励磁涌流的特点及克服励磁涌流的方法（1）励磁涌流：在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下在空载投入变压器或外部故障切除后恢复供电等情况下，变压器励磁电流的数值可达变压器额定6～8倍变压器励磁电流通常称为励磁涌流。（2）产生励磁涌流的原因因为在稳态的情况下铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，在电压瞬时值u=0瞬间合闸，铁芯中的磁通应为-Φm。但由于铁心中的磁通不能突变，因此将出现一个非周期分量的磁通+Φm，如果考虑剩磁Φr，这样经过半过周期后铁心中的磁通将达到2Φm+Φr，其幅值为如图8-6所示。此时变压器铁芯将严重饱和，通过图8-7可知此时变压器的励磁电流的数值将变得很大，达到额定电流的6～8倍，形成励磁涌流。

（3）励磁涌流的特点： ①励磁电流数值很大，并含有明显的非周期分量，使励磁电流波形明显偏于时间轴的一侧。

②励磁涌流中含有明显的高次谐波，其中励磁涌流以2次谐波为主。 ③励磁涌流的波形出现间断角。表8-1 励磁涌流实验数据举例（4）克服励磁涌流对变压器纵差保护影响的措施： ①采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护； ②利用二次谐波制动原理构成的差动保护； ③利用间断角原理构成的变压器差动保护； ④采用模糊识别闭锁原理构成的变压器差动保护。 2、不平衡电流产生的原因（1）稳态情况下的不平衡电流 ①变压器两侧电流相位不同电力系统中变压器常采用Y，d11接线方式，因此，变压器两侧电流的相位差为30°，如下图所示，Y侧电流滞后△侧电流30°，若两侧的电流互感器采用相同的接线方式，则两侧对应相的二次电流也相差30°左右，从而产生很大的不平衡电流。 ②电流互感器计算变比与实际变比不同由于变比的标准化使得其实际变比与计算变比不一致，从而产生不平衡电流。

(一) 差动变压器的性能实验

图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图 2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin输入来监测)。调节幅度使输出幅度为峰一峰值V p-p=2V(可用示波器监测：X轴为0.25ms/div、Y轴CH1为1V/div、CH2为20mv/div)。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v音频信号V p-p=2V波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。图3-2 双线示波与差动变压器连结示意图 3、旋动测微头，使示波器第二通道显示的波形峰一峰值V p-p为最小。这时可以左右位移，假设其中一个方向为正位移，则另一方向移为负。从V p-p最小开始旋动测微头，每隔0.2mm从示波器上读出输出电压V p-p 值填入下表(3-1)。再从V p-p最小处反向位移做实验，在实验过程中，注意左、右位移时，初、次级波形的

变压器差动保护的平衡系数

变压器微机差动保护平衡系数说明 1、影响变压器差动保护差流计算的因素 1）、变压器高低压侧电流幅值不同造成的不平衡。由于变压器高低压侧电压等级不同，所以变压器高低压侧的电流幅值不同。 2）、变压器高低压侧电流相位不同造成的不平衡。由于变压器接线方式导致高低压侧电压的相位不同，所以变压器高低压侧的电流相位也不同。 3）、变压器高低压侧电流互感器的不匹配造成的不平衡。由于电流互感器的变比是一个标准的数值，而变压器虽然容量是一个标准值，但其额定电流是一个不规则的数，所以，电流互感器的选择并不考虑其对差流的影响。 2、消除电流不平衡的方法 1）、通过引入平衡系数消除高低压侧电流幅值不同及高低压侧电流互感器不匹配造成的不平衡。 2）、根据变压器高低压侧电流的相位关系，通过数学公式的计算，消除变压器高低压侧电流相位不同造成的不平衡。 3、平衡系数概念和计算方法 1）、概念：两个不同单位或相同单位而基准不同的物量归算到同一单位或同一基准时所用到的比例系数就是平衡系数。举例如下： a、一斤大米3元，一斤白面2元，归算到大米侧，白面的平衡系数为2/3。 b、一斤大米3元，一斤白面2元，归算到白面侧，大米的平衡系数为3/2。 c、一斤大米3元，一斤白面2元，一斤鸡蛋4元，归算到鸡蛋侧，大米的平衡系数为3/4，白面的平衡系数为1/2。 2）、计算方法

主变的型号为100000kVA-110kV/35kV，高压侧一次额定电流：Ieg1=524.9A，低压侧一次额定电流：Ie d1=1649.6A，高压侧电流互感器变比：800/5，低压侧电流互感器变比：2000/1。 a、以高压侧电流互感器为基准，把高压侧电流互感器折算到低压侧。 I12=800*110/35=2514.3A，K ph2=2000/ I12=2000/2514.3=0.80。 b、以低压侧电流互感器为基准，把低压侧电流互感器折算到高压侧。 I21=2000*35/110=636.4A，K ph1=800/ I21=800/636.4=1.26。 c、以变压器额定电流为基准，把高低压侧电流互感器折算到额定电流侧。 K ph1=800/Ieg1=800/524.9=1.52, K ph2=2000/Ie d1=2000/1649.6=1.21。举例验证：高压侧一次电流Ig1=450A，低压侧一次电流Id2=1414.3A。高压侧二次电流实际采样为：Ig2=Ig1/800=450/800=0.5625；低压侧二次电流实际采样为：I d2=I d1/2000=1414.3/2000=0.7072； a、以高压侧电流互感器为基准，把高压侧电流互感器折算到低压侧，K ph2=0.80。 I12=800*110/35=2514.3A，K ph1=2000/ I12=2000/2514.3=0.80 差流I d= Ig2*1-I d1* K ph2=0.5625*1-0.7072*0.80=0.00326≈0。 b、以低压侧电流互感器为基准，把低压侧电流互感器折算到高压侧，K ph1=1.26。 I21=2000*35/110=636.4A，K ph1=800/ I21=800/636.4=1.26 差流I d= Ig2* K ph1-I d1*1 =0.5625*1.26-0.7072*1=0.00326≈0。 c、以变压器额定电流为基准，把高低压侧电流互感器折算到额定电流侧。差流I d= Ig2*K ph1-I d2*K ph2=0.5625*1.52-0.7072*1.21=0.000712≈0。 4、数学公式的计算方法

差动变压器三种结构形式

差动变压器三种结构形式差动变压器的结构形式与自感式的类似，也可分为变气隙型、变截面型和螺管型三种。 1)变气隙型图4-15(a)所示的传感器即为变气隙型的差动变压器结构,可用于测量线位移。它的优点是灵敏度髙，一般用于测量几微米至几百微米的机械位移;缺点是示值范围小，非线性严重。由于这些缺点，近年来这种类型差动变压器的使用逐渐减小。 2)差动变压器的变截面型结构形式图4 - 16给出了两种变截面型的差动变压器的结构形式，可用于测量角位移。图4 - 16(a) 为E型微动同步器，图4-16(b)为四极微动同步器，另外还有八极、十六极等。微动同步器是旋转变压器式传感器，如图4-16(b)的结构是由四个极的定子和有两个极的特殊形状的转子所组成。在定子四个极上的四只匝数相同的线圈串接成初级绕组，而另四只匝数相同的线圈串接成次级绕组。当对初级绕组激励时，由于转子的转动,引起在次级绕组感生电动势，四对初、次级线圈就构成了四个变压器。按照一定的接法，就可得到与转角成正比的输出电压。螺管型差动式变压器与前两种差动变压器相比，虽然灵敏度较低，但其示值范围大，自由行程可以自由安排，制造装配也较方便，因而获得了广泛的应用。螺管型差动变压器按绕组排列方式分有二节式、三节式、四节式和五节式。二节式的灵敏度较高，线性范围较大，三节式的零点误差较小，四节式和五节式可以改善传感器的线性。

图4 - 17给出了二节式和三节式螺管型差动变压器的基本结构。在众多的结构形式中，由于三节式螺管型差动变压器有输出与位移基本上成正比等优点，所以使用最多。它的灵敏度随激励频率的增加而增加(一般工作在400 Hz~ 10 kHz之间较好）。不管绕组排列方式如何，其主要结构都是由三大部分组成:线圈绕组(包括初级绕组和次级绕组）、可移动衔铁和导磁外壳。

一) 差动变压器的性能实验

实验三电磁式传感器（一）差动变压器的性能实验一、实验目的：了解差动变压器的工作原理和特性。二、基本原理：差动变压器同一只初级线圈和二只次级线圈及一个铁芯组成，根据内外层排列不同，有二段式和三段式，本实验采用三段式结构。当传感器随着被测体移动时，由于初级线圈和次级线圈之间的互感发生变化促使次级线圈感应电势产生变化，一只次级感应电势增加，另一只感应电势则减少，将两只次级反向串接(同名端连接)，就引出差动输出。其输出电势反映出被测体的移动量。三、需用器件与单元：差动变压器实验模板、测微头、双线示波器、差动变压器、电感式传感器、音频信号源 (音频振荡器)、直流电源、万用表。四、实验步骤： 1、根据图3-1，将差动变压器装在差动变压器实验模板上。图3-1 差动变压器电容传感器安装示意图 2、在模块上近图3-2接线，音频振荡器信号必须从主控箱中的L v 端子输出，调节音频振荡器的频率，输出频率为4～5KHz(可用主控箱的数显表的频率档Fin 输入来监测)。调节幅度使输出幅度为峰一峰值 V p-p =2V(可用示波器监测：X 轴为0.25ms/div 、Y 轴CH 1为1V/div 、CH 2为20mv/div)。判别初次级线圈及次级线圈同名端方法如下：设任一线圈为初级线圈，并设另外两个线圈的任一端为同名端，按图3-2接线。当铁芯左、右移动时，观察示波器中显示的初级线圈波形，次级线圈波形，当次级波形输出幅值变化很大，基本上能过零点，而且相位与初级圈波形(L v 音频信号V p-p =2V 波形)比较能同相和反相变化，说明已连接的初、次级线圈及同名端是正确的，否则继续改变连接再判别直到正确为止。图中(1)、(2)、(3)、(4)为模块中的实验插孔。 4、实验过程中注意差动变压输出的最小值即为差动变压器的零点残余电压大小。根据表4-1画出V op-p -X 曲线，作出量程为±1mm 、±3mm 灵敏度和非线性误差。 >> axis([0 7.5 233 336 ]); coords=[0,1.5,3.0,4.5,6.0,7.5;233,248,264,288,312,366]; grid; hold;

变压器差动保护原理

主变差动保护一、主变差动保护简介主变差动保护作为变压器的主保护，能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端CT 电流矢量差，当两端CT 电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端CT 之间的设备上），正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。二、纵联差动保护原理 (一)、纵联差动保护的构成纵联差动保护是按比较被保护元件（1号主变）始端和末端电流的大小和相位的原理而工作的。为了实现这种比较，在被保护元件的两侧各设置一组电流互感器TA1、TA2，其二次侧按环流法接线，即若两端的电流互感器的正极性端子均置于靠近母线一侧，则将他们二次的同极性端子相连，再将差动继电器的线圈并入，构成差动保护。其中差动继电器线圈回路称为差动回路，而两侧的回路称为差动保护的两个臂。 (二)、纵联差动保护的工作原理根据基尔霍夫第一定律，0 =∑ ? I ；式中∑? I 表示变压器各侧电流的向量和，其物理意义是：变压器正常运行或外部故障时，若忽略励磁电流损耗及其他损耗，则流入变压器的电流等于流出变压器的电流。因此，纵差保护不应动作。当变压器内部故障时，若忽略负荷电流不计，则只有流进变压器的电流而没有流出变压器的电流，其纵差保护动作，切除变压器。见变压器纵差保护原理接线。

（1）正常运行和区外故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（a）所示，则流入继电器的电流为继电器不动作。（2）区内故障时，被保护元件两端的电流和的方向如图1.5.5（b）所示，则流入继电器的电流为此时为两侧电源提供的短路电流之和，电流很大，故继电器动作，跳开两侧的断路器。由上分析可知，纵联差动保护的范围就是两侧电流互感器所包围的全部区域，即被保护元件的全部，而在保护范围外故障时，保护不动作。因此，纵联差动保护不需要与相邻元件的保护在动作时间和动作值上进行配合，是全线快速保护，且具有不反应过负荷与系统震荡及灵敏度高等优点。三、微机变压器纵差保护的主要元件介绍主要元件有：1）比率差动保护元件，2）励磁涌流闭锁元件，3）TA饱和闭锁元件，4）TA断线闭锁（告警）元件，5）差动速断元件，6）过励磁闭锁元件下面对各个元件的功能和原理作个简要的介绍：

什么是变压器差动保护

什么是变压器差动保护？变压器差动保护特点及误动作原因一、什么是变压器差动保护？变压器的差动保护是变压器的主保护，是按循环电流原理装设的。主要用来保护双绕组或三绕组变压器绕组内部及其引出线上发生的各种相间短路故障，同时也可以用来保护变压器单相匝间短路故障。在绕组变压器的两侧均装设电流互感器，其二次侧按循环电流法接线，即如果两侧电流互感器的同级性端都朝向母线侧，则将同级性端子相连，并在两接线之间并联接入电流继电器。在继电器线圈中流过的电流是两侧电流互感器的二次电流只差，也就是说差动继电器是接在差动回路的。从理论上讲，正常运行及外部故障时，差动回路电流为零。实际上由于两侧电流互感器的特性不可能完全一致等原因，在正常运行和外部短路时，差动回路中仍有不平衡点流Iumb流过，此时流过继电器的电流IK为Ik=I1-I2=Iumb 要求不平衡点流应尽量的小，以确保继电器不会误动。当变压器内部发生相间短路故障时，在差动回路中由于I2改变了方向或等于零（无电源侧），这是流过继电器的电流为I1与I2之和，即Ik=I1+I2=Iumb 能使继电器可靠动作。变压器差动保护的范围是构成变压器差动保护的电流互感器之间的电气设备、以及连接这些设备的导线。由于差动保护对保护区外

故障不会动作，因此差动保护不需要与保护区外相邻元件保护在动作值和动作时限上相互配合，所以在区内故障时，可以瞬时动作。二、变压器差动保护特点及误动作原因差动保护是用某种通信通道将电气设备两端的保护装置纵向联接起来，并将两端的电气量进行比较，从而判断保护是否动作。根据基尔霍夫定律，保护范围内流入与流出的电流应该相等（变压器应该归算到同侧）。当保护范围内发生故障时，其流入与流出的电流就不相等了。差动保护就是根据这个不平衡电流动作的。因此，这种保护方法有很高的动作选择性和灵敏度，适用于保护大容量、强电流、高电压及对灵敏度要求高的电气设备。所以，这种方法广泛用于保护大容量、高电压的变压器，并以其优越的保护性能成为大容量、高电压变压器的主要保护方法。然而值得注意的是，由于变压器在结构和运行上具有一些特点，因此在实际运行中保护范围内无故障时，差动保护装置也具有较大的不平衡电流，这种不平衡电流可能引起差动保护装置的误动作。另外，即使考虑了变压器差动保护的这些特点并加以修正，由于这种保护装置的复杂性在有些情况下也常出现一些误动作现象。本文将就变压器差动保护两种误动作的原因加以简单的分析。三、变压器差动保护的特点 1、变压器励磁涌流的存在变压器励磁电流（激磁电流）仅流经变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流。稳态运行时，变压器的励磁电流不大，只有额定电流的2-5%。在差动范围外发生故障

变压器差动保护

变压器主保护（一）变压器的基本结构及联结组别 1.1：电力变压器主要是由铁芯及绕在铁芯上的两个或两个以上的绝缘绕组构成。为增强各绕组之间的绝缘及铁芯，绕组散热的需要，将铁芯置于装有变压器油的油箱中。然后，通过绝缘套管将变压器各绕组引到变压器壳体之外。大型电力变压器均为三相三铁芯柱式变压器或者由三个单相变压器组成的三相组式变压器。 1.2：将变压器同侧的三个绕组按一定的方式连接起来，组成某一联结组别的三相变压器。双绕组变压器的主要联结组别有：YNy,YNd,Dd及Dd-d。分析表明，联结组别为Yy的变压器，运行时某侧电压波形要发生畸变，从而使变压器的损耗增加，进而使变压器过热。因此，为避免油箱壁局部过热，超高压大容量的变压器均采用YNd的联结组别。 YNd联结组别的变压器中YN连接的绕组为高压侧绕组，而呈d连接的绕组为低压侧绕组，前者接大电流接地系统（中性点直接接地系统），后者接小电流接地系统（中性点不接地或经消弧线圈接地的系统）。 1.3：在实际运行的变压器中，最多的即为YNd11联结组别的，以其为例，介绍一下联结组别的含义： Y代表变压器高压绕组接成Y形，N代表中性点接地，D代表低压绕组接成d， 11代表低压侧的线电压或线电流分别滞后高压侧对应线电压或线电流（即三角形侧超前星型侧30度），相当于时钟的11点，故又叫11点接线方式。（二）瓦斯保护：变压器的主保护主要由瓦斯保护和差动保护构成，简单介绍一下瓦斯保护瓦斯保护：瓦斯保护是变压器油箱内绕组短路故障及异常的主要保护。其原理是：变压器内部故障时，在故障点产生有电弧的短路电流，造成油箱内局部过热并使变压器油分解，产生气体（瓦斯），进而造成喷油，冲击气体继电器，瓦斯保护动作。瓦斯保护分轻瓦斯和重瓦斯两种，轻瓦斯保护作用于信号，重瓦斯保护作用于跳闸。重瓦斯保护是油箱内部故障的主保护，它能反映变压器内部的各种故障。当变压器组发生少数匝间短路时，虽然故障点的故障电流很大，但在差动保护中产生的差流可能不大，差动保护可能拒动，此时，靠重瓦斯保护切

对差动变压器式传感器的分析

对差动变压器式传感器的分析姓名：姚鑫磊学号：15032073 班级：15级7班

对差动变压器式传感器的分析差动变压器式传感器的介绍差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。差动变压器式传感器的原理及特性分析差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位

与刚才的情况相差180°。相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。图1-1 差动变压器构造原理图1-2 差动变压器铁芯位移—输出关系 x ＋X － X ＋X －X P 零点

差动变压器式位移传感器

课程设计说明书传感器课程设计 Course-Design of Sensor ——差动变压器式位移传感器学院名称：机械工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师姓名：指导教师职称：教授 2012年 01月目录

第一章绪论 (1) 1.1 概述 (1) 1.2 设计任务 (1) 第二章方案论证及选择 (3) 2.1 方案论证 (3) 2.2 原理简述 (4) 第三章差动变压器 (5) 3.1 传感器结构 (5) 3.2 工作原理 (5) 第四章单元电路的分析 (6) 4.1 差动放大电路 (6) 4.2 移相电路 (9) 4.3 相敏检波电路 (10) 4.4 低通滤波电路 (11) 第五章电路测试及波形 (14) 5.1 各电路波形 (14) 5.2 位移测量数据拟合 (17) 第六章心得体会 (18) 第七章参考文献 (19) 第八章参考文献 (19) 第一章绪论

1.1 概述当今时代是信息时代，在工业和科技领域信息主要是通过测量获得，在现代生产中，物质和能量在信息流指挥和控制下运动。测控技术正成为现代生产生活中乃至高科技领域中一项必不可少的基础技术。测控系统主要是传感器，测量放大电路和执行机构三个部分组成，而在测控系统中测量变换电路是最灵活的部分。它的选取往往改变了整个系统性能的优劣。所以，学习并领悟测控技术就显得十分重要了，《测试技术》是我们测控技术与仪器专业的一门专业技能课，能够运用基本测控电路知识解决日常生活中的方方面面问题也应该是本专业学生的基本素质，也鉴于这些要求，做一些测控方面的课程设计就会让我们加深对传感器技术的理解和运用，也正是因为对一些实际问题的研究，才能使我们成为真正意义上的测控技术性人才，下面就以本次才课程设计题目——差动变压器式位移传感器——做比较详细的分析。 1.2 设计任务设计要求：掌握差动变压器式位移传感器的结构，工作原理。分析各部分电路的作用及工作原理，特别是相敏检波电路的作用，观察分析各部分的波形，给出测试结果。第二章方案论证及选择 2.1 方案论证差动传感器输出的是0~40mvVp-p的正弦信号,第一是比较微弱的，第二不

差动变压器式位移传感器1

差动变压器式位移传感器1 差动变压器式位移传感器原理简述由RC振荡器提供激磁电压及通过移相器后给相敏检波电路的参考电压信号，传感器工作后输出0-40mVp-p的微弱正弦信号。考虑到抑制共模信号，因此用差动放大电路进行放大，再将放大后的调幅信号用相加式相敏检波电路进行解调以实现对相位的鉴别以判别位移的方向，最后用低通滤波器实现对解调的直流信号的放大及滤除高频信号，输出接显示器。用示波器接输入输出端以观察信号波形。（其中Wd , Wa为电桥所构成的零点残余电压补偿电路，实际实验时已将其忽略。另外，根据实验电路产生直流信号影响有用直流信号，可考虑在相敏检波电路与低通滤波器之间连接一个适当电容，以滤去干扰直流信号）。第三章差动变压器 3.1 传感器结构 3.2 工作原理差动变压器主要是由一个线框和一个铁芯组成,在线框上绕有一组初级线圈作为输入线圈(或称一次线圈),在同一线框上另绕两组次级线圈作为输出线圈(或称二次线圈),并在线框中央圆柱孔中放入铁芯,当初级线圈加以适当频率的电压激励时,根据变压器作用原理,在两个次级线圈中就会产生感应电势,当铁芯向右或向左移动时,在两个次级线圈内所感应的电势一个增加一个减少。如果输出接成反向串联，则传感器的输出电压u等于两个次级线圈的电势差，因为两个次级线圈做得一样，因此，当铁芯在中央位置时，传感器的电压 u为0，当铁芯移动时，传感器的输出电压u就随铁芯位移x成线性的增加。如果以适当的方法测量u，就可以得到与x成比例的线性读数。这就是差动变压器式传感器的工作原理。第四章单元电路的分析 4.1 差动放大电路差动放大器是一种零点漂移十分微小的直流放大器，它常作为直流放大器的前置级，用以放大微小的直流信号或缓慢变化的交流信号。上图是一种差动放大器电路，R1=R2=R3=R4=51K，R5=6.6K，R6=2K，R1=510K,R2=10K，通频带0~10kHz，增益1~100倍，可接成同相，反相，差动结构。

差动变压器及应用

差动变压器及其应用一、差动变压器简介（摘自日刊《传感器技术》1986年5月专号）差动变压器是一种将机械位移变换成电信号的电磁感应式位移传感器。它主要是靠圆筒线圈内的可动铁芯的位移，在圆筒线圈的输入线圈和输出线圈之间建立起相互感应关系，可动铁芯的位移可以通过测定与其成正比的输出线圈的感应电压来获得。 1、差动变压器的特点（1）线性范围的种类很多，容易根据用途进行选择，通常在±2mm～±200mm级之间有10个左右类型的品种。（2）结构简单，所以耐振性和耐冲击性都很强。（3）不磨损，不变质，耐久性优良。（4）输出电压对铁心的位移有精确的比例，即直线性好。一般这种传感器中全行程偏差小于1%，在高档品可以保证在±%～±%。（5）因为灵敏度高，可以获得大的输出电压，不要求外围电路高级化也能检测到微小的位移。（6）因为输出变化平滑，故能进行高分辨率的检测。（7）零点稳定，以其作为测定的基准点对维持精度有好处。（8）能够得到从500Hz到100Hz的高的响应速度。

2、差动变压器原理差动变压器的构造原理如图1-1所示，由圆筒形线圈和与其完全分离的铁芯构成。典型的差动变压器的圆筒线圈有三只，各是总长度的三分之一，中间是一次线圈，两侧是二次线圈。加入圆筒线圈中的铁芯用来在线圈中链接磁力线而构成磁路。当在中间的一次线圈加上交流电压时（即激磁），由于与两端线圈的互感就产生了电动势（这一点与普通变压器相同）。因为二次线圈彼此极性相反地串联，两个二次线圈中的感应电动势相位相反，将其相加的结果，在输出端产生二者的电位差。相对于线圈长度方向的中心处，两个二次线圈的感应电压大小相等方向相反，因而输出为零。这个位置被称为差动变压器的机械零点（或简称为零点）。当铁芯从零点相某一方向改变位置时，位移方向的二次线圈的电压就增大，另一个二次线圈的电压则减小。产品设计保证产生的电位差与铁芯的位移成正比。当铁芯从零点向与刚才相反的方向移动时，就会同样产生成正比的电压，但是相位与刚才的情况相差180°。相对于铁芯位移的二次线圈电压和输出电压差的关系示于图1-2。电压差和铁芯位移成正比的范围称为直线范围，其比例性称为线性，是差动变压器最重要的一项指标。