CN101571557A - 一种直流大电流计量装置 - Google Patents

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Abstract

一种直流大电流计量装置，属于电工技术中的电流测量设备，解决现有电流计量装置结构复杂、电流跟踪困难的问题。本发明中，传感头包括分别饶有第一、第二调制检测绕组的第一、第二环形检测铁芯，置于磁屏蔽铁芯中，磁屏蔽铁芯外绕有反馈绕组和偏置绕组；调制振荡器与第一、第二调制检测绕组相连，第一、第二调制检测绕组再连接解调器、放大器、反馈绕组、标准电阻；一次、二次电流传感器连接差动放大器、滤波器、功率放大器、偏置绕组和电容器。本发明结构简化，成本和重量降低，实现了二次偏置电流的全自动跟踪、平衡，提高了自动化测试水平；对于60,000安培直流大电流的计量，比例精度达到十万分之一以上。

Description

一种直流大电流计量装置
技术领域
本发明属于电工技术中的电流测量设备，特别涉及一种用于直流大电流的计量装置。
背景技术
IEEE磁学汇刊1965年12月第1卷第4期公开的“2万安培自平衡直流比较仪”(“A Self-Balancing Direct Current Comparator for20,000Amperes”IEEE Transactions On Magnetics.VOL.MAG-1，NO.4，December 1965)，是国际上至今为止直流大电流最大的标准计量装置。它是一种直流电流比例装置，精度能达到十万分之一，它的两铁芯磁调制器作为安匝平衡探测器输出检测信号，经解调器、放大器，产生反馈电流流经反馈绕组，实现反馈安匝与被测直流电流安匝的平衡，确定二次反馈小电流与一次被测大电流之间的电流比例。这种装置存在如下缺点：(一)使用由偏置绕组、反馈绕组、纹波抑制绕组三个分离的绕组复合而成二次绕组，实现二次安匝与一次安匝的磁势平衡，结构复杂；(二)二次电流中的绝大部分(90％)直流电流通过手动调节直流电源流过偏置绕组，仅10％的二次直流电流通过放大器流过反馈绕组实现自动安匝平衡，手动调节使用复杂，电流跟踪困难。
发明内容
本发明提供一种直流大电流计量装置，解决现有电流计量装置结构复杂、电流跟踪困难的问题，以简便、稳定运行的结构用于直流大电流的标准计量。
本发明的一种直流大电流计量装置，包括传感头、调制振荡器、解调器、放大器，所述传感头结构为：形状相同的第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯，分别饶有匝数相同的第一调制检测绕组和第二调制检测绕组，经拼装并包上静电屏蔽铜箔后，整体置于磁屏蔽铁芯的环形空腔中，磁屏蔽铁芯外面套装环形铝合金盒，铝合金盒外面再绕有反馈绕组和偏置绕组；
调制振荡器的两输出端分别与第一调制检测绕组和第二调制检测绕组的同名端相连，第一、第二调制检测绕组的两异名端连接解调器的输入端，解调器的输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端与反馈绕组的异名端相接，反馈绕组的同名端与标准电阻的一端相连，标准电阻的另一端与调制振荡器和放大器的接地端共同接地；
其特征在于：
一次电流传感器安装在被测一次直流大电流的母线的异名端上，二次电流传感器安装在偏置绕组的同名端上、测量二次偏置电流和二次纹波抑制电流，一次电流传感器的输出端和二次电流传感器的输出端，同时连接差动放大器的两输入端，差动放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端同时连接偏置绕组的异名端和电容器的一端，偏置绕组的同名端与反馈绕组的同名端相连，电容器的另一端与功率放大器的接地端连接并接地。
所述的一种直流大电流计量装置，其特征在于：
所述标准电阻的阻值小于0.1欧；
所述被测一次直流大电流的母线匝数小于等于10匝；
所述偏置绕组和反馈绕组的匝数相等，大于等于3000匝。
所述的一种直流大电流计量装置，其特征在于：
所述传感头中，所述磁屏蔽铁芯由坡莫合金带卷绕成环状并退火处理，经拼装而构成内有空腔的环状；
所述电容器由两组具有正负极性的电解电容器负端相连组成。
本发明利用电容器的低交流阻抗负载特性，与偏置绕组直接相连，和现有技术由偏置绕组、反馈绕组、纹波抑制绕组三个分离绕组复合而成二次绕组的方式相比，省去了纹波抑制绕组，结构简化，成本和重量降低，实现了纹波抑制绕组抑制一次被测电流中纹波电流的效果。
本发明将被测一次电流通过一次电流传感器将信号取出，同时将二次偏置电流与二次纹波抑制电流经二次电流传感器取出，两信号同时传输给差动放大器、滤波器、功率放大器，将电流送入偏置绕组，实现了偏置电流的自动调节、跟踪，克服了现有技术90％的直流电流通过手动调节直流电源、流过偏置绕组的方式，实现了二次偏置电流的全自动跟踪、平衡，提高了自动化测试水平；二次偏置电流加上二次反馈电流和二次纹波抑制电流，构成二次电流全跟踪系统，能够实现60,000安培直流大电流的准确计量，比例精度达到十万分之一以上。
附图说明
图1为本发明的传感头外型示意图；
图2为传感头截面示意图；
图3为本发明的电路示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明的传感头外型为圆环状，其截面如图2所示，用坡莫合金带卷绕后经退火处理，制成形状相同的第一环形检测铁芯C1和第二环形检测铁芯C2，第一环形检测铁芯C1和第二环形检测铁芯C2上分别绕有匝数相同的第一调制检测绕组WD1、第二调制检测绕组WD2，经拼装后在第一调制检测绕组WD1和第二调制检测绕组WD2的外面包上铜箔，作为静电屏蔽层E，然后将它们整体置于具有环形空腔结构的坡莫合金磁屏蔽铁芯C3的空腔中，在磁屏蔽铁芯C3外面套装环形铝合金盒B，在铝合金盒B外绕有反馈绕组W2F，反馈绕组W2F外面绕有偏置绕组W2P。图3所示的被测一次直流大电流I1的母线W1从如图1所示的传感头中心圆孔穿过。
如图3所示，本发明中，一次电流传感器1安装在被测一次直流大电流I1的母线W1的异名端上，二次电流传感器2安装在偏置绕组W2P的同名端上、测量二次偏置电流I2P和二次纹波抑制电流I2W，一次电流传感器1的输出端和二次电流传感器2的输出端，同时连接差动放大器3的两输入端，差动放大器3的输出端连接滤波器4的输入端，滤波器4的输出端连接功率放大器5的输入端，功率放大器5的输出端同时连接偏置绕组W2P的异名端和电容器6的一端，偏置绕组W2P的同名端与反馈绕组W2F的同名端相连，电容器6的另一端与功率放大器5的接地端连接并接地。
调制振荡器7的两输出端分别与第一调制检测绕组WD1和第二调制检测绕组WD2的同名端相连，第一、第二调制检测绕组WD1和WD2的两异名端连接解调器8的输入端，解调器8的输出端连接放大器9的输入端，放大器9的输出端与反馈绕组W2F的异名端相接，反馈绕组W2F的同名端与标准电阻RS的一端相连，标准电阻RS的另一端与调制振荡器7和放大器9的接地端共同接地。
本装置投入运行后，由一次电流传感器1和二次电流传感器2将差动电流信号同时送入差动放大器3、滤波器4和功率放大器5后，提供二次偏置电流I2P流经偏置绕组W2P，自动建立二次偏置电流I2P与一次被测直流大电流I1之间的直流磁势平衡，该磁势平衡的精度要求不高，但能实现90％以上直流电流的磁势全自动跟踪、平衡，克服了通过手动调节直流电源电流流过偏置绕组的磁势平衡方法的缺陷。由于偏置绕组W2P通过电容器6及标准电阻RS的直接连接，而标准电阻RS的阻值小(RS＜0.1欧)，一次直流大电流I1中的交流纹波在偏置绕组W2P中的感应电势，直接被电容器6旁路而形成二次纹波抑制电流I2W，因而二次纹波抑制电流I2W流经偏置绕组W2P，也同样实现了被测一次直流大电流中的纹波电流与二次纹波抑制电流之间的磁势平衡，省去了现有技术中的纹波抑制绕组，结构简单，重量和成本降低。由于偏置绕组实现的直流及交流纹波的一二次磁势平衡，实现了90％以上的磁势平衡目标，剩下的10％以下的直流电流，则与现有技术一样，通过第一环形检测铁芯C1和第二环形检测铁芯C2、第一调制检测绕组WD1和第二调制检测绕组WD2，在调制振荡器7的交流方波电压激励下，将剩余直流电流的调制信号取出并送入解调器8、放大器9，得到反馈直流电流I2F并流经反馈绕组W2F，实现剩余直流电流的一二次磁势平衡。二次偏置电流I2P、二次反馈电流I2F、二次纹波抑制电流I2W通过标准电阻RS叠加，得到本发明的二次电流I2＝I2P+I2F+I2W，从而实现二次安匝W2I2(W2＝W2P＝W2F)与一次安匝W1I1的磁势几乎完全平衡W1I1≈W2I2。通常W1≤10匝，W2≥3000匝，所以二次小电流I2＝(W1/W2)·I1准确地表示被测一次大电流，比例系数W1/W2为一次与二次绕组的匝数比。二次电流I2流过标准电阻RS，在标准电阻上得到电压值I2RS，以满足以电压信号输入的数字仪器、计算机采样的需要。由于一次与二次磁势几乎完全平衡W1I1≈W2I2，其磁势绝对误差ΔWI＝W1I1-W2I2，其相对误差ε＝ΔWI/W1I1，当被测一次直流大电流安匝W1I1为60,000安培匝数时，其磁势平衡相对误差即比例误差小于十万分之一。

Claims (3)

1.一种直流大电流计量装置，包括传感头、调制振荡器、解调器、放大器，所述传感头结构为：形状相同的第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯，分别饶有匝数相同的第一调制检测绕组和第二调制检测绕组，经拼装并包上静电屏蔽铜箔后，整体置于磁屏蔽铁芯的环形空腔中，磁屏蔽铁芯外面套装环形铝合金盒，铝合金盒外面再绕有反馈绕组和偏置绕组；
调制振荡器的两输出端分别与第一调制检测绕组和第二调制检测绕组的同名端相连，第一、第二调制检测绕组的两异名端连接解调器的输入端，解调器的输出端连接放大器的输入端，放大器的输出端与反馈绕组的异名端相接，反馈绕组的同名端与标准电阻的一端相连，标准电阻的另一端与调制振荡器和放大器的接地端共同接地；
其特征在于：
一次电流传感器安装在被测一次直流大电流的母线的异名端上，二次电流传感器安装在偏置绕组的同名端上、测量二次偏置电流和二次纹波抑制电流，一次电流传感器的输出端和二次电流传感器的输出端，同时连接差动放大器的两输入端，差动放大器的输出端连接滤波器的输入端，滤波器的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端同时连接偏置绕组的异名端和电容器的一端，偏置绕组的同名端与反馈绕组的同名端相连，电容器的另一端与功率放大器的接地端连接并接地。
2.如权利要求1所述的一种直流大电流计量装置，其特征在于：
所述标准电阻的阻值小于0.1欧；
所述被测一次直流大电流的母线匝数小于等于10匝；
所述偏置绕组和反馈绕组的匝数相等，大于等于3000匝。
3.如权利要求1或2所述的一种直流大电流计量装置，其特征在于：
所述传感头中，所述磁屏蔽铁芯由坡莫合金带卷绕成环状并退火处理，经拼装而构成内有空腔的环状；
所述电容器由两组具有正负极性的电解电容器负端相连组成。
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