CN102969136B - 一种大电流、高精度直流电流互感器 - Google Patents

一种大电流、高精度直流电流互感器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大电流、高精度直流互感器，包括原边线圈、副边线圈、开口磁环、磁场传感器以及放大器。所述的原边线圈和副边线圈绕设在开口磁环上，开口磁环的开口处设置有将磁场信号转换成差分电压信号的磁场传感器，所述的磁场传感器输出的差分电压信号输入到放大器中，放大器的输出信号连接副边线圈的第一端驱动副边线圈产生磁场，与原边线圈电流产生的磁场相互抵消趋近于零，所述的原边线圈连接被测电流回路，所述的副边线圈的第二端输出的电流即为直流电流互感器的输出电流。主要用于将直流大电流按比例变换成小电流并提供一次侧和二次侧的电气隔离，直接用于直流电路中，稳定性较好、测量精度高、范围广。

Description

一种大电流、高精度直流电流互感器
技术领域
本发明涉及电流互感器，尤其涉及一种大电流、高精度、多量程直流电流互感器。
背景技术
为了保证电力系统安全经济运行,必须对电力设备的运行情况进行监视和测量，但一般的测量和保护装置不能直接接入一次高压设备,而需要将一次系统的大电流按比例变换成小电流,供给测量仪表和保护装置使用。另外电路线路上的电压都比较高，如果直接测量是非常危险的，电流互感器在这里发挥着非常重要的作用，主要起到变流和电气隔离作用，它是电力系统中测量仪表、继电保护等二次设备获取电气一次回路电流信息的传感器，电流互感器将大电流按比例转换成小电流，电流互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等。
目前市面上的电流互感器基本都是应用于交流电的,而直流电由于其大小和方向均恒定不变,应用电磁感应原理的电流互感器已不再适用于直流电流的变换。
发明内容
本发明的目的是提供一种大电流、高精度直流电流互感器，测量精度高且稳定性好。
本发明采用下述技术方案：一种大电流、高精度直流电流互感器，包括原边线圈、副边线圈以及开口磁环、磁场传感器以及放大器，所述的原边线圈和副边线圈绕设在开口磁环上，开口磁环的开口处设置有将磁场信号转换成差分电压信号的磁场传感器，所述的磁场传感器输出的差分电压信号输入到放大器中，放大器的输出端连接副边线圈的第一端,驱动副边线圈产生磁场，与原边线圈电流产生的磁场相互抵消趋近于零，所述的原边线圈连接被测电流回路，所述的副边线圈的第二端输出的电流即为直流电流互感器的输出电流。
所述的原边线圈为带抽头的原边线圈，所述抽头与原边线圈的公共端用于连接被测电流回路。
所述的原边线圈为带四个抽头的原边线圈，四个抽头代表不同的量程。
所述的被测电流与直流电流互感器输出电流的比值等于副边线圈匝数与原边线圈匝数的比值。
本发明所述的一种大电流、高精度直流电流互感器，主要用于将直流大电流按比例变换成小电流并提供一次侧和二次侧的电气隔离，直接用于直流电路中，稳定性较好；四个抽头代表了四个不同的量程，测量范围广、测量精度高。
附图说明
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，本发明是一种大电流直流电流互感器，包括原边线圈1、副边线圈2、开口磁环3、磁场传感器4以及放大器5，所述的原边线圈1和副边线圈2绕设在开口磁环3上，所述的磁场传感器4设置在开口磁环3的开口处，所述的磁场传感器4输出的差分电压信号输入到所述的放大器5中，放大器5的输出信号连接副边线圈2的第一端,能够驱动副边线圈2产生磁场，与原边线圈1电流产生的磁场相互抵消趋近于零，所述的原边线圈1连接被测电流回路，所述的副边线圈2的第二端输出的电流即为直流电流互感器的输出电流，可用电流表7测出。所述的磁场传感器4采用磁阻电桥；所述的被测电流与直流电流互感器输出电流的比值等于副边线圈匝数与原边线圈匝数的比值。
所述的原边线圈1为带抽头的原边线圈，所述抽头与原边线圈的公共端连接被测电流回路。本实施例中所述的原边线圈为带四个抽头61、62、63、64的原边线圈，四个抽头代表四个不同的量程，本实施例中所述的四个抽头代表的量程是1A、10A、100A、600A。
本发明所述的一种大电流、高精度、多量程直流电流互感器，用来测量直流大电流，如图1所示，被测磁场平行于磁阻电桥灵敏方向，开口磁环聚集了被测电流产生的磁场，在开口磁环的开口处，磁阻电桥感应到该磁场，使副边线圈产生电流和磁场，副边线圈又反作用于开口磁环，使开口磁环内等效场为零，磁阻电桥支撑着整个应用的磁场平衡。
所述的被测电流与直流电流互感器输出电流的比值等于副边线圈匝数与原边线圈匝数的比值，具体推导如下所述：
开口磁环中的磁感应强度为：
B=I1*n1*k1-I2*n2*k1=(I1*n1-I2*n2)*k1;          式1
式1中k1为空气磁导率和磁芯尺寸引起的电流到磁场转换的综合系数, I1为原边线圈电流,n1为原边线圈匝数,I2为副边线圈电流,n2为副边线圈匝数；
磁阻电桥输出电压为：U1=B*k2                     式2
k2为磁阻电桥磁场到电压的转换系数；
放大器输出电压为：U2=U1*k3                      式3
k3为放大器放大倍数；
则副边线圈电流为：I2=U2/R2                       式4
R2为副边线圈和其他二次回路的总电阻；
将式1到式4进行依次代入则得到：
I2=(I1*n1-I2*n2)*k1*k2*k3/R2                      式5
式5可变换为：I1*n1-I2*n2=I2/(k1*k2*k3/R2)      式6
具体到某个直流电流互感器，k1、k2、R2均为固定值,而放大器处于开环放大状态k3极大,达1010以上,这时I2/( k1*k2*k3/R2)与I1*n1或I2*n2相比小到可以忽略不计,则式6可写为
I1*n1-I2*n2=I2/(k1*k2*k3/R2)≈0                 式7
由于I2/(k1*k2*k3/R2)极小,式7可写为：
I1*n1-I2*n2=0                                   式8
式8也可写成I1*n1=I2*n2                         式9
式9可变换为I1/I2=n2/n1                             式10
式10即为标准电流互感器的变流公式。
经过测试实验，本发明所述的直流电流互感器的输出精度优于±0.01%；测量范围广（1mA~720A）。

Claims (2)

1.一种大电流、高精度直流电流互感器，其特征在于：包括原边线圈、副边线圈以及开口磁环、磁场传感器以及放大器，所述的原边线圈和副边线圈绕设在开口磁环上，开口磁环的开口处设置有将磁场信号转换成差分电压信号的磁场传感器，所述的磁场传感器输出的差分电压信号输入到放大器中，放大器的输出端连接副边线圈的第一端,驱动副边线圈产生磁场，与原边线圈电流产生的磁场相互抵消趋近于零，所述的原边线圈连接被测电流回路，所述的副边线圈的第二端输出的电流即为直流电流互感器的输出电流；所述的被测电流与直流电流互感器输出电流的比值等于副边线圈匝数与原边线圈匝数的比值；
所述的原边线圈为带抽头的原边线圈，所述抽头与原边线圈的公共端用于连接被测电流回路；
原边线圈电流产生的磁场平行于磁阻电桥灵敏方向，开口磁环聚集了原边线圈电流产生的磁场，在开口磁环的开口处，磁阻电桥感应到原边线圈电流产生的磁场，使副边线圈产生电流和磁场，副边线圈又反作用于开口磁环，使开口磁环内等效场为零，磁阻电桥支撑着整个电流互感器的磁场平衡。
2.根据权利要求1所述的大电流、高精度直流电流互感器，其特征在于：所述的原边线圈为带四个抽头的原边线圈，四个抽头代表不同的量程。
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