CN103575958B - 用于测量交流电的直流分量的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于测量交流电的直流分量，在其中出现交流电的低直流分量和交流电的交流分量的高振幅的电流测量系统中适用的装置。用于测量交流电的直流分量的装置包括载流导线(1)，围绕载流导线放置了提供有间隙(3)的磁芯(2)，间隙中放置有带绝缘端子(5)的磁场传感器(4)，并且它包括由放置在芯(2)上的单匝线圈的形式形成的短路补偿绕组(6)或(9)。

Description

用于测量交流电的直流分量的装置
技术领域
本发明涉及用于测量交流电的直流分量，在其中出现交流电的低直流分量和交流电的交流分量的高振幅的电流测量系统中适用的装置。
背景技术
包括带有被测量电流的导体、围绕带电流的导体放置的以带有间隙的磁芯形式的磁路及放置在磁芯间隙中的磁场传感器的系统属于最常用的电流测量系统。这些系统操作而没有反馈控制环路。如果测量系统配有放置在磁芯上的二次绕组，该绕组与磁场传感器和促使电流在二次绕组中流动的另外电源系统连接，则这是带有反馈控制环路操作的系统。
上面提及的系统为大量应用提供了令人满意的测量范围。其特征是以电压或电流信号形式表示导体中被测量电流的值和波形。对于直流分量和交流分量两者来说，这些测量系统的输出信号与测量电流成比例。直流分量指值在给定有限时间间隔中恒定的电流，而交流分量指值在给定时间间隔周期性交替的电流。专利NO. US4682101中示出在现有技术中带有反馈的传统系统。带有被测量电流的导体放置在磁芯窗口中。磁芯与导体同轴放置，并且它具有其中放置有磁场传感器的气隙。来自场传感器的信号被供应到信号转换/放大系统，并且随后供应到在芯上缠绕的二次绕组以及进一步供应到连接到二次绕组的测量系统。
上述解决方案的缺点在于如果在被测量电流的直流分量与交流分量之间有大的不成比例，例如大约10000倍，则要求具有大的测量分辨率的十分精确的测量系统。在此类系统中，来自更低若干数量级的直流分量的测量信号能够处在转换系统的噪声级，这在最差情况下使得测量直流分量变得不可能。在其中直流分量测量重要，同时不要求交流分量的精确测量的情况下，上述缺点是至关重要的。
发明内容
用于使用载流导线（导线周围放置了提供有间隙的磁芯，间隙中放置了带绝缘端子的磁场传感器）测量交流电的直流分量的装置的本质在于它包括由放置在芯上的单匝线圈的形式形成的短路补偿绕组。
优选的是，短路补偿绕组具有管状导电环的形式。
优选的是，管状导电环具有环面的形状，管状导电环由上半部和下半部两个半部组成，该两个半部永久性相互机械和电连接。
备选地，短路补偿绕组具有由环面的形状形成的线圈的形式，线圈由网状结构的管状导电环的两个半部形成，该两个半部永久性相互既机械连接又电连接。
优选的是，短路补偿绕组由铜或铝制成。
优选的是，在环的内表面与芯的外表面之间存在绝缘层。
根据本发明的装置的系统的优点在于其简单的设计，该设计允许在其中交流分量的值更大许多倍，甚至直流分量的值小于交流分量的0.01 %的情况下精确测量交流电的直流分量。
附图说明
根据本发明的装置在附图中示为实施例的示例，其中，图1以具有示出测量传感器的位置的部分破断面的透视图示出以实施例的第一形式的装置，图2 - 以前视图示出在芯间隙内，来自图1的破断面的表面的片段，以及图3 - 以透视图示出以本发明的实施例的第二形式的装置。
具体实施方式
用于测量交流电的直流分量的装置包括载流导线1，围绕载流导线放置了提供有间隙3的磁芯2。在芯2中的间隙中，放置了带绝缘端子5的磁场传感器4，通过绝缘端子装置连接到附图中未示出的测量系统。在芯2上，放置了由单匝线圈形式形成的补偿绕组，补偿绕组在实施例的第一形式中具有由上半部6a和下半部6b两个半部组成的以环面的形状的导电管状环6的形式，该两个半部沿环面的周缘永久性相互机械和电连接，并且其形成用于芯2和用于位于封闭管状环6内的传感器4的导电掩蔽。环6的半部6a和6b的外表面分别提供有用于在其中放置传感器4的端子5的楔口7a和7b。在本发明实施例的第二形式中，补偿绕组9具有由网状结构的导电管状环的两个半部9a和9b形成的以环面形状形成的线圈的形式，该两个半部沿环面的周缘永久性相互机械和电连接。在此实施例中，传感器4的绝缘端子5通过绕组9形成的网眼被引出到绕组9外。
在本发明实施例的两种形式中，补偿绕组6和9的形状能够与环面形状不同，并且具体而言，形成此绕组的环的横截面能够具有三角形、正方形、矩形、六边形等形状。类似地，芯能够具有不同横截面，这不会更改本发明的本质。视芯2的横截面的形状而定，补偿绕组的形状应在其横截面是类似地，以维护在这些元件之间互相关的可能性，并且使它们最小化。
在本发明实施例的两种形式中，芯2由具有高导磁率特性的铁磁材料制成，如无定形带（amorphous tapes）的铁氧体或芯，而磁芯传感器具有厚度调整为芯2中间隙3的宽度的霍耳效应传感器的形式，并且其端子5电绝缘。补偿绕组6或9由低电阻率材料制成，例如，由铜或铝制成。在本发明的实施例的所有形式中，绝缘层能够放置在环6的内表面与芯2的外表面之间，这未在附图中示出。绝缘层能够由聚酯箔制成。
根据本发明的装置的操作原理是在于当保持测量系统的磁路的磁通量中直流分量的同时，消除了电流的交流分量的存在。集中在位于导体1的紧靠周边的芯2中的磁通量与此导体中流动的电流直接成比例。如果将另外的短路补偿绕组6或9连接到磁路，则在此绕组中诱发的电压将生成补偿原始通量的反向通量。与无补偿绕组的情况下相比，芯2中存在的磁场将低许多倍。为在二次绕组中诱发电动势(EMF)发生而必须存在的另外必需条件是磁场变化，磁场变化促使在短路补偿绕组中诱发电流，并且补偿绕组将只为交流分量生成反向通量。结果是在磁路的间隙3中观察到的磁场将对于交流分量减小许多倍，并且将对于直流分量保持不变。因此，在直接测量的信号中存在的直流分量的百分比含量（即，磁场的量级）大大高于在载流导线1中直接测量的信号中的百分比含量。以实心形式6或网状9的形式的短路二次绕组促使补偿从磁芯2中的交流分量诱发的磁通量，补偿后其值接近0。

Claims (5)

1.一种用于使用载流导线(1)测量交流电的直流分量的装置，围绕所述载流导线放置了提供有间隙(3)的磁芯(2)，所述间隙中放置有带绝缘端子(5)的磁场传感器(4)，其特征在于它包括由放置在芯(2)上的单匝线圈的形式形成的短路补偿绕组，并且所述短路补偿绕组具有管状导电环(6)的形式。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述管状导电环(6)具有环面的形状，所述管状导电环(6)由上半部(6a)和下半部(6b)两个半部形成，所述两个半部沿所述环面的周缘永久性相互机械和电连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述短路补偿绕组具有由环面的形状形成的线圈(9)的形式，所述线圈(9)由网状结构的管状导电环的两个半部(9a,9b)形成，所述两个半部沿所述环面的周缘永久性相互既机械连接又电连接。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于所述短路补偿绕组由铜或铝制成。
5.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于在环(6)的内表面与所述芯的外表面之间存在绝缘层。
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