CN103592490B - 一种高准确度电子补偿式电流互感器 - Google Patents

一种高准确度电子补偿式电流互感器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高准确度电子补偿式电流互感器,属于电流测量领域。本发明由铁芯、绕组和用于补偿激磁电流的辅助电路组成。铁芯由检测铁芯和屏蔽铁芯组成嵌套式结构。检测铁芯通过绕在上边的绕组检测该铁芯的零磁通状态进而控制辅助电路提供电流互感器所必需的激磁电流,消除了电流互感器的误差源头,大大提高了电流互感器的准确度。应用本发明可以研制出对二次负荷不敏感的0.001级高准确度电流互感器,以及准确度优于0.01级的开口式电流互感器。

Description

一种高准确度电子补偿式电流互感器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高准确度电子补偿式电流互感器,属于电流测量领域。
背景技术
[0002] 传统电磁式电流互感器发展非常成熟,通过一些补偿措施,准确度可以达到0.01 级。试验室内作为电流标准器使用的双级电流互感器准确度可以到达0.001级,但其带负载 能力较差,一般仅作为标准器使用。更高准确度的电流比较仪则不属于电流互感器类型,一 般只能用于试验室校准检定。
[0003] 近年来,人们越来越关注电流、相位、功率的在线测量。为达到这一目的,往往需要 断开一次回路以接入高准确度电流互感器。这项工作费时费力,有时会带来经济损失,例如 电力电流互感器的常规检定,需要线路停电。这样就产生了高准确度开口式电流互感器的 需求。
[0004] —般开口式电流互感器由于铁芯磁路被切断,铁芯切面之间的一点点气隙都会大 大增大铁芯磁阻,等效为降低了铁芯的磁导率,增大电流互感器的误差。市面上的常用开口 式电流互感器一般称为钳形电流表,其准确度一般为1%〜5%,显然不能满足一些对准确度要 求较高的场合。杂志《电测与仪表》1999年第7期的一篇文章《ECCT-1型精密钳形电流互感 器》介绍了一种开口式电流互感器,其额定变比为5A/5mA,准确度等级为0.1级。其实质是一 种零磁通式自平衡电流互感器,受系统稳定性的限制,反馈电路的放大倍数有限,因而其误 差仍相对较高。
发明内容
[0005] 针对背景技术的不足,本发明的高准确度电子补偿式电流互感器包括铁芯、绕组 和辅助电路,本发明的辅助电路与铁芯、绕组构成自平衡闭环系统,实现辅助电路补偿电流 互感器的激磁电流,消除主要误差源,进而提高电流互感器的电流测量准确度。应用本发明 可以研制出对二次负荷不敏感的〇. 001级高准确度电流互感器,以及准确度优于〇. 01级的 开口式电流互感器。
[0006] —种高准确度电子补偿式电流互感器,包括检测铁芯、内补偿绕组、屏蔽铁芯、夕卜 补偿绕组组成,内补偿绕组和外补偿绕组匝数相等,其特征在于:它还包括辅助电路,所述 的辅助电路与检测铁芯、内补偿绕组、屏蔽铁芯和外补偿绕组构成自平衡闭环系统。其有益 效果是:利用辅助电路补偿电流互感器的激磁电流,消除主要误差源,进而提高电流互感器 的电流测量准确度。
[0007] 如上所述的电流互感器,其特征在于:它还包括检测绕组,所述的辅助电路包含一 个高放大倍数的放大器,所述的检测绕组(或内补偿绕组)同名端接放大器的反相输入端, 放大器的正相输入端和检测绕组(或内补偿绕组)的非同名端均接地,放大器输出端接外补 偿绕组的非同名端,外补偿绕组的同名端接内补偿绕组的同名端,内补偿绕组的非同名端 接地。其有益效果是:放大器的高放大倍数保证了检测铁芯的输出电压非常小,因而辅助电 路对激磁电流进行了很好的补偿,ECCT电流测量误差很小,且对二次负荷大小不敏感。
[0008] 如上所述的电流互感器,其特征在于:检测铁芯上依次绕制检测绕组和内补偿绕 组。
[0009] 如上所述的电流互感器,其特征在于:所述的屏蔽铁芯完全包住检测铁芯、检测绕 组和内补偿绕组形成嵌套式结构。其有益效果是:屏蔽铁芯的磁屏蔽作用使得外界漏磁通 对检测铁芯的影响大大减小,提高了ECCT的电流测量准确度。
[0010] 如上所述的电流互感器,其特征在于:它还包括二次绕组和一次绕组,所述的屏蔽 铁芯上依次绕制外补偿绕组、二次绕组和一次绕组。其有益效果是:由检测绕组(或内补偿 绕组)检测检测铁芯内的弱磁通大小,提供给辅助电路作为输入信号,辅助电路输出补偿激 磁电流,依次流过外补偿绕组和内补偿绕组,流过外补偿绕组的激磁电流在屏蔽铁芯内产 生工作磁通,而外补偿绕组和内补偿绕组的相同匝数和连接方式保证了激磁电流在检测铁 芯内不产生磁通。
[0011] 如上所述的电流互感器,其特征在于:所述的检测铁芯和屏蔽铁芯为单个完整铁 芯或被切为两半做成可开口式电流互感器。
[0012] 如上所述的电流互感器,其特征在于:所述的被切为两半的检测铁芯和屏蔽铁芯 相应的每个绕组由绕在两半铁芯上的绕组串联而成。其有益效果是:其电流测量准确度远 远高于传统原理的开口式电流互感器。
附图说明
[0013] 附图1为本发明铁芯及绕组截面示意图。
[0014] 附图2为本发明ECCT的一种原理示意图。
[0015] 附图3为本发明ECCT另外一种实现的原理示意图。
具体实施方式
[0016] 名词解释:高准确度电子补偿式电流互感器,本文简称ECCT。
[0017] 附图中的标记:1 一检测铁芯、2—检测绕组、3—内补偿绕组、4一屏蔽铁芯、5—外 补偿绕组、6—二次绕组、7—一次绕组、8—辅助电路。
[0018] 以下结合附图对本发明实施例作进一步说明。
[0019] 如附图1和2所示,本发明的ECCT包括检测铁芯1、检测绕组2、内补偿绕组3、屏蔽铁 芯4、外补偿绕组5、二次绕组6、一次绕组7和辅助电路8组成,其中一次绕组7可以没有。检测 铁芯1上依次绕制检测绕组2和内补偿绕组3。屏蔽铁芯4完全包住检测铁芯1、检测绕组2和 内补偿绕组3形成嵌套式结构。屏蔽铁芯4上依次绕制外补偿绕组5、二次绕组6和一次绕组 7。其中,内补偿绕组3和外补偿绕组5匝数相等,一次绕组7可以没有。
[0020] 辅助电路8包含一个高放大倍数放大器,由单个运算放大器构成或由分立元件组 合而成。以下以运算放大器为例进行说明。运算放大器工作于开环放大状态,放大倍数大于 10000倍。辅助电路8接受来自检测绕组2的信号,为屏蔽铁芯4提供激磁电流。辅助电路8与 所有铁芯及绕组构成了一个自平衡闭环系统,该自平衡闭环系统能补偿电流互感器的激磁 电流,消除主要误差源,进而提高电流互感器的电流测量准确度。
[0021] 作为本发明的又一实施例,本发明的检测绕组2可以省掉。直接用内补偿绕组3来 代替检测绕组,如图3所示。基本原理与图2所示实施例相同。
[0022] 如图2和图3中所有绕组标端为同名端,另一端为非同名端。检测绕组2 (或内补 偿绕组3)同名端接辅助电路8的放大器的反相输入端,辅助电路8的放大器的正相输入端和 检测绕组2 (或内补偿绕组3)的非同名端均接地。辅助电路8的放大器输出端接外补偿绕组5 的非同名端,外补偿绕组5的同名端接内补偿绕组3的同名端,内补偿绕组3的非同名端接 地。
[0023] 作为本发明的又一实施例,本发明的检测铁芯1和屏蔽铁芯4可以为单个完整铁芯 或被切为两半,对于被构或被切为两半的检测铁芯1和屏蔽铁芯4可以形成开口式结构。对 于这种开口式结构,相应的每个绕组由绕在两半铁芯上的绕组串联而成。采用这种结构的 开口式电流互感器,其电流测量准确度远远高于传统原理的开口式电流互感器。
[0024] 理想情况下,本发明ECCT系统正常工作时,由运算放大器的“虚短”特性,辅助电路 8的放大器输入端的电压差为零,即检测绕组2 (或内补偿绕组3)的输出电压为零,相应的检 测铁芯1内磁通为零。检测铁芯1受到所有绕组上的电流作用,其中检测绕组2上电流为零 (理想放大器输入阻抗为无穷大),内补偿绕组3和外补偿绕组5同名端相连,且匝数相等,因 此这两个绕组上流过的电流对检测铁芯1的作用相互抵消。所以检测铁芯上1实质上只受一 次绕组7和二次绕组6的作用,且两个绕组上的电流合成作用为零。以上原理可用下式表示, 其中^为一次电流,N1为一次绕组7匝数,Z2为二次电流,N2为二次绕组6匝数:
Figure CN103592490BD00051
[0027]由上式可知,理想情况下,一次电流和二次电流的比值为匝数的反比,没有误差。 以上分析建立在互感器没有磁性误差、容性误差,以及放大器为理想放大器的基础上,以上 因素均会带来一定误差,但仍比普通电流互感器的准确度高得多,本发明尤其适用于开口 式电流互感器。

Claims (7)

1. 一种高准确度电子补偿式电流互感器,包括检测铁芯、内补偿绕组、屏蔽铁芯、外补 偿绕组组成,内补偿绕组和外补偿绕组匝数相等,其特征在于:它还包括辅助电路,所述的 辅助电路与检测铁芯、内补偿绕组、屏蔽铁芯和外补偿绕组构成自平衡闭环系统,所述的辅 助电路包含一个高放大倍数的放大器,所述的内补偿绕组同名端接放大器的反相输入端, 放大器的正相输入端和内补偿绕组的非同名端均接地,放大器输出端接外补偿绕组的非同 名端,外补偿绕组的同名端接内补偿绕组的同名端,内补偿绕组的非同名端接地。
2. 如权利要求1所述的电流互感器,其特征在于:它还包括检测绕组,所述的辅助电路 包含一个高放大倍数的放大器,所述的检测绕组同名端接放大器的反相输入端,放大器的 正相输入端和检测绕组的非同名端均接地,放大器输出端接外补偿绕组的非同名端,外补 偿绕组的同名端接内补偿绕组的同名端,内补偿绕组的非同名端接地。
3. 如权利要求2所述的电流互感器,其特征在于:所述的检测铁芯上依次绕制检测绕组 和内补偿绕组。
4. 如权利要求2所述的电流互感器,其特征在于:所述的屏蔽铁芯完全包住检测铁芯、 检测绕组和内补偿绕组形成嵌套式结构。
5. 如权利要求1或2所述的电流互感器,其特征在于:它还包括二次绕组和一次绕组,所 述的屏蔽铁芯上依次绕制外补偿绕组、二次绕组。
6. 如权利要求1或2所述的电流互感器,其特征在于:所述的检测铁芯和屏蔽铁芯为单 个完整铁芯或被切为两半做成可开口式电流互感器。
7. 如权利要求6所述的电流互感器,其特征在于:所述的被切为两半的检测铁芯和屏蔽 铁芯相应的每个绕组由绕在两半铁芯上的绕组串联而成。
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