CN105510673A - 一种直流电流测量装置 - Google Patents

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Abstract

一种直流电流测量装置，属于电工技术中的电流测量设备。本发明包括传感头，所述传感头为圆环形，包括第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第三环形检测铁芯和第四环形检测铁芯，各绕有检测绕组的第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯叠加后，在其两侧分别再叠加拼装第三环形检测铁芯和第四环形检测铁芯，然后整体置于环形磁屏蔽铁芯由内层和外层组成的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组。本发明能够实现数万安培工业强直流电流的准确测量，比例精度达到万分之二以上，而且该系统会自动跟踪而不失衡，其稳定性、可靠性高，适应于工业应用。

Description

一种直流电流测量装置
技术领域
本发明属于电工技术中的电流测量技术领域，更具体地，涉及一种用于直流电流的测量装置。
背景技术
国家知识产权局2015年5月6日授权的发明专利“直流电流计量装置”，专利号：ZL201310199328.6，在构思上具有独创性。但这种装置存在如下原理性缺陷：即该专利说明书表述为在第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯上，分别绕有两套匝数相同的第一调制检测绕组、第一激励检测绕组和第二调制检测绕组、第二激励检测绕组；两激励检测绕组、第一二极管和第二二极管、第一电阻和第二电阻与激励变压器，构成工频正半波基于磁放大器原理的直流电流检测系统，基于该磁放大器原理的检测系统的直流输入/输出特性是单质的，特别适应于大直流电流信号的检测。深入研究表明，该基于磁放大器原理的检测系统的直流输入/输出特性，是难以做到单质的。因为两环形检测铁芯上各绕有两套绕组，虽然它们分别工作在工频的正半波和负半波，但两调制检测绕组、第三二极管和第四二极管以及调制变压器，构成的工频负半波基于磁调制器原理的直流电流检测系统，由于同一环形检测铁芯具有对其多绕组相互耦合的作用，在两激励检测绕组中会感应干扰信号，该干扰信号叠加到磁放大器原理的直流电流检测系统，使得其直流输入/输出特性难以保持单质特性，其所述作用受到限制。
发明内容
针对现有技术中测量装置在同一环形检测铁芯具有多绕组相互耦合的情况下，两激励检测绕组中会感应干扰信号，本发明的目旨在解决以上技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种直流电流测量装置，其特征在于，所述装置包括传感头；
所述传感头包括第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第三环形检测铁芯、第四环形检测铁芯和环形磁屏蔽铁芯；
所述第一、二、三、四环形检测铁芯形状相同，所述第一环形检测铁芯和所述第二环形检测铁芯外面分别绕有第一调制检测绕组和第二调制检测绕组；所述第三环形检测铁芯和所述第四环形检测铁芯外面分别绕有第一激励检测绕组和第二激励检测绕组；
所述环形磁屏蔽铁芯包括由内层和外层组成的环形半空腔；将绕有绕线组的所述第三、一、二、四环形检测铁芯依次叠加，然后整体所述置于环形磁屏蔽铁芯的环形半空腔中，所述环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组。
优选地，所述装置还包括激励变压器、调制变压器、带通滤波器、低通滤波器、相敏解调器、直流放大器、合成调节器、功率放大器、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管；所述激励变压器的二次绕组的同名端，同时与所述第一激励检测绕组的同名端和所述第二激励检测绕组的异名端相连，所述激励变压器的二次绕组的异名端，与第一电阻和第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第一二极管的阴极相连并同时连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端与所述直流放大器的输入端相连，所述第一二极管的阳极与所述第一激励检测绕组的异名端连接，所述第二电阻的另一端与第二二极管的阴极以及接地点连接，所述第二二极管的阳极与所述第二激励检测绕组的同名端相连；
所述第一调制检测绕组的同名端与所述调制变压器二次绕组的同名端相连，所述第一调制检测绕组的异名端，与所述第二调制检测绕组的异名端以及接地点连接，所述第二调制检测绕组的同名端与所述调制变压器二次绕组的异名端连接，所述调制变压器的二次绕组中心抽头连接所述带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端连接到所述相敏解调器的输入端，所述相敏解调器的输出端和所述直流放大器的输出端分别连接所述合成调节器的输入端，所述合成调节器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器输出端与所述反馈绕组的同名端相连，所述反馈绕组的异名端通过标准电阻连接接地点。
优选地，所述第一调制检测绕组、第二调制检测绕组、第一激励检测绕组和第二激励检测绕组的匝数相同，均为500匝～5000匝；所述反馈绕组为500匝～20000匝；
优选地，所述环形检测铁芯由上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯组成，所述上半圆环磁屏蔽铁芯和所述下半圆环磁屏蔽铁芯各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼接而构成内有圆环形半空腔的圆环状；所述反馈绕组等分为两段，分别对应绕在所述环形磁屏蔽铁芯的上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯上，两段之间通过导线连接；
优选地，所述第一调制检测绕组等分为两段，分别绕在所述第一环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二环形调制检测绕组等分为两段，分别绕在所述第二环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两端绕组之间通过导线连接；所述第一激励检测绕组等分为两段，分别绕在所述第三环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二激励检测绕组等分为两段，分别绕在所述第四环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段之间通过导线连接。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)本发明测量装置中四个环形检测铁芯上各绕有一套检测绕组，组成独立的所述基于磁调制器原理的直流电流检测系统，和独立的所述基于磁放大器原理的直流电流检测系统，这两个检测系统相互之间不产生干扰；
(2)本发明基于磁放大器原理的直流电流检测系统的检测铁芯，即第三和第四环形检测铁芯，既是该系统的检测铁芯，也起到了基于磁调制器原理的直流电流检测系统的检测铁芯，即第一和第二环形检测铁芯的磁屏蔽铁芯作用；
(3)本发明磁调制器和磁放大器两种检测系统的输出信号，分别经过带通滤波器、相敏解调器和低通滤波器、直流放大器，进入合成调节器，将两直流检测信号进行叠加，得到合成工频全周波的直流检测信号；该合成信号的直流输入/输出检测特性，既具有磁调制器检测原理的零安匝附近灵敏度高的特性，也具有磁放大器原理大直流检测信号的单质特性，突破了传统磁调制器原理存在的直流检测特性的虚假平衡过零点、非单质性棘手问题；
(4)合成调节器输出的直流信号，经功率放大器后给反馈绕组输入反馈电流，实现反馈直流安匝与被测直流安匝的磁势平衡，能够实现数万安培工业直流电流的准确测量，比例精度达到万分之二以上，而且该系统自动跟踪而不失衡，其稳定性、可靠性高，适应于工业应用。
附图说明
图1为本发明的传感头外形示意图；
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
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的实施例，包括传感头、激励变压器T1、调制变压器T2、带通滤波器A、相敏解调器B、低通滤波器E、直流放大器F、合成调节器G和功率放大器H；
如图1、图2所示，所述传感头为圆环形，包括第一环形检测铁芯C1、第二环形检测铁芯C2、第三环形检测铁芯C3、第四环形检测铁芯C4和环形磁屏蔽铁芯C，四个环形检测铁芯C1、C2、C3、C4形状相同；第一环形检测铁芯C1外面绕有第一调制检测绕组WD1，第二环形检测铁芯C2外面绕有第二调制检测绕组WD2，第三环形检测铁芯C3外面绕有第一激励检测绕组WD3，第四环形检测铁芯C4外面绕有第二激励检测绕组WD4；所述环形磁屏蔽铁芯C具有由内层和外层组成的环形半空腔，各绕有检测绕组的第一环形磁屏蔽铁芯C1和第二环形磁屏蔽铁芯C2叠加后，在其两侧分别再叠加拼装第三环形检测铁芯C3和第四环形检测铁芯C4，然后整体置于环形磁屏蔽铁芯C的环形半空腔中，环形磁屏蔽铁芯C外面再绕有反馈绕组W2；
所述第一调制检测绕组WD1、第二调制检测绕组WD2、第一激励检测绕组WD3和第二激励检测绕组WD4的匝数相同，均为2000匝；所述反馈绕组W2为10000匝；
如图3所示，所述激励变压器T1的二次绕组的同名端，同时与第一激励检测绕组WD3的同名端和第二激励检测绕组WD4的异名端相连，激励变压器T1的二次绕组的异名端，与第一电阻R1和第二电阻R2的一端连接，第一电阻R1的另一端与第一二极管D1的阴极相连并同时连接低通滤波器E的输入端，低通滤波器E的输出端连接到直流放大器F的输入端；第一二极管D1的阳极与第一激励检测绕组WD3的异名端连接，第二电阻R2的另一端与第二二极管D2的阴极以及接地点连接，第二二极管D2的阳极与第二激励检测绕组WD4的同名端相连；
所述第一调制检测绕组WD1的同名端连接调制变压器T2的二次绕组同名端，第一调制检测绕组WD1的异名端，与第二调制检测绕组WD2的异名端以及接地点连接，第二调制检测绕组WD2的同名端连接到调制变压器T2的二次绕组异名端，调制变压器T2的二次绕组中心抽头连接带通滤波器A的输入端，带通滤波器A的输出端连接到相敏解调器B的输入端，相敏解调器B的输出端和直流放大器F的输出端分别连接合成调节器G的输入端，合成调节器G的输出端连接功率放大器H的输入端，功率放大器H的输出端与反馈绕组W2的异名端通过标准电阻Rs连接接地点，标准电阻Rs阻值为1欧姆。
本发明工作时，被测一次直流电流I1的母线W1从所述传感头中心圆孔穿过。合成调节器G输出的直流检测信号，经功率放大器H后给反馈绕组W2输入反馈电流I2，实现反馈直流安匝I2W2与被测直流安匝I1W1的磁势平衡I1W1＝I2W2。通常被测一次直流电流I1的母线W1为1匝，所以反馈电流I2＝I1W1/W2准确地表示被测绕组一次直流电流I1，比率系数W1/W2为被测与反馈绕组的匝数比，为一常数。反馈电流I2流过标准电阻Rs得到电压I2Rs，以满足电压信号采样仪器的需要。
如图1、图2所示，本实施例的传感头中，所述第一环形检测铁芯C1、第二环形检测铁芯C2、第三环形检测铁芯C3和第四环形检测铁芯C4，各自均由上半圆环检测铁芯和下半圆环检测铁芯组成，上半圆环检测铁芯和下半圆环检测铁芯各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成；
所述第一调制检测绕组WD1等分为两段，分别绕在所述第一环形检测铁芯C1的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二调制检测绕组WD2等分为两段，分别绕在所述第二环形检测铁芯C2的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第一激励检测绕组WD3等分为两段，分别绕在所述第三环形检测铁芯C3的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二激励检测绕组WD4等分为两段，分别绕在所述第四环形检测铁芯C4的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接。
所述环形磁屏蔽铁芯C，由上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯组成，上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼装而构成由内层和外层组成的内有圆环形半空腔的圆环状；
所述反馈绕组W2等分为两段，分别对应绕在所述环形磁屏蔽铁芯C的上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯在M、N处拼接为圆环状整体。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种直流电流测量装置，其特征在于，所述装置包括传感头；
所述传感头包括第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第三环形检测铁芯、第四环形检测铁芯和环形磁屏蔽铁芯；
所述第一、二、三、四环形检测铁芯形状相同，所述第一环形检测铁芯和所述第二环形检测铁芯外面分别绕有第一调制检测绕组和第二调制检测绕组；所述第三环形检测铁芯和所述第四环形检测铁芯外面分别绕有第一激励检测绕组和第二激励检测绕组；
所述环形磁屏蔽铁芯包括由内层和外层组成的环形半空腔；将绕有绕线组的所述第三、一、二、四环形检测铁芯依次叠加，然后整体所述置于环形磁屏蔽铁芯的环形半空腔中，所述环形磁屏蔽铁芯外面绕有反馈绕组。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括激励变压器、调制变压器、带通滤波器、低通滤波器、相敏解调器、直流放大器、合成调节器、功率放大器、第一电阻、第二电阻、第一二极管和第二二极管；所述激励变压器的二次绕组的同名端，同时与所述第一激励检测绕组的同名端和所述第二激励检测绕组的异名端相连，所述激励变压器的二次绕组的异名端，与第一电阻和第二电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与第一二极管的阴极相连并同时连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端与所述直流放大器的输入端相连，所述第一二极管的阳极与所述第一激励检测绕组的异名端连接，所述第二电阻的另一端与第二二极管的阴极以及接地点连接，所述第二二极管的阳极与所述第二激励检测绕组的同名端相连；
所述第一调制检测绕组的同名端与所述调制变压器二次绕组的同名端相连，所述第一调制检测绕组的异名端，与所述第二调制检测绕组的异名端以及接地点连接，所述第二调制检测绕组的同名端与所述调制变压器二次绕组的异名端连接，所述调制变压器的二次绕组中心抽头连接所述带通滤波器的输入端，所述带通滤波器的输出端连接到所述相敏解调器的输入端，所述相敏解调器的输出端和所述直流放大器的输出端分别连接所述合成调节器的输入端，所述合成调节器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器输出端与所述反馈绕组的同名端相连，所述反馈绕组的异名端通过标准电阻连接接地点。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调制检测绕组、第二调制检测绕组、第一激励检测绕组和第二激励检测绕组的匝数相同，均为500匝～5000匝；所述反馈绕组为500匝～20000匝。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述环形检测铁芯由上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯组成，所述上半圆环磁屏蔽铁芯和所述下半圆环磁屏蔽铁芯各自分别由经退火处理后卷绕成半圆环状的冷轧硅钢片组成，经拼接而构成内有圆环形半空腔的圆环状；所述反馈绕组等分为两段，分别对应绕在所述环形磁屏蔽铁芯的上半圆环磁屏蔽铁芯和下半圆环磁屏蔽铁芯上，两段之间通过导线连接。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一调制检测绕组等分为两段，分别绕在所述第一环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二环形调制检测绕组等分为两段，分别绕在所述第二环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两端绕组之间通过导线连接；所述第一激励检测绕组等分为两段，分别绕在所述第三环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段绕组之间通过导线连接；所述第二激励检测绕组等分为两段，分别绕在所述第四环形检测铁芯的上半圆环和下半圆环检测铁芯上，两段之间通过导线连接。
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