CN105572451A - 自校正的电流互感器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自校正的电流互感器系统。自校正的电流互感器(100)将电流互感器(113)和自我校准电子产品(115)结合为一个设备。电流互感器具有传感器线圈(106)，传感器线圈(106)具有少于目标匝数的匝数以使得在传感器线圈中感应的二次电流(205)大于对应于目标匝数的目标二次电流(404)。与互感器集成的测量电路(116)确定误差信号(214)以及输出误差信号，误差信号(214)表示二次电流比目标二次电流大多少。与互感器集成的电流吸收器电路(129)基于误差信号从传感器线圈分流一定量的电流(216)以降低二次电流的大小以与目标二次电流相匹配。可由二次电流为测量电路和电流吸收器电路供电。

Description

自校正的电流互感器系统
技术领域
所公开的发明涉及到电流互感器。
背景技术
电流互感器(CT)通常用于通过使用电流计或相似的设备测量互感器的传感器线圈中感应的二次电流来监视一次电流传输电线中的电流。理想的电流互感器向其传感器线圈传输应用于一次电流传输电线的完全精确比率的电流，实现简单的电流计或相似设备的用于测量的用途。不幸的是，互感器的芯材料的磁损耗导致变化的准确度。由于促成精确度的对芯材料的大量采样和测试，所以具有低损耗芯材料的精确的电流互感器相当昂贵。如果设计者要为应用选择相对较低准确度的电流互感器，则由较低成本的设备累积的任何优势将被为了校正较低的准确度而必须用在设计者的应用中的额外的电路的成本抵消掉。设计者的应用将需要包含校准以补偿低准确度互感器的性能特征。
发明内容
由主题发明处理并解决这些问题。本发明主题的自校正的电流互感器系统通过将电流互感器和自校准的电子产品结合为单一设备为用于特定应用的电流互感器的选择提供简化的方法。本发明使用具有传感器线圈的电流互感器，传感器线圈具有少于目标匝数的匝数，以使得传感器线圈中感应的二次电流大于对应于目标匝数的目标二次电流。与电流互感器集成的测量电路对二次电流采样作为对一次电流的量度。测量电路包含校准数据以确定误差信号且测量电路输出误差信号，其中误差信号表示采样的二次电流比目标二次电流大多少。在生产互感器的时候，准备校准数据。与电流互感器集成的电流吸收器电路接收误差信号并从传感器线圈分流对应量的电流以便降低二次电流的大小以与目标二次电流匹配。可由来自传感器线圈的二次电流为测量电路和电流吸收器电路供电。
以此方式，为补偿电流互感器的性能特征，设计者的应用中不需要额外电路或校准。
附图说明
图1A示出本发明的示例构造块，其示出传感器线圈，运行为次级线圈，围着环形芯缠绕成环形线圈，具有穿过环形芯中心的一次电流传输线，形成电流互感器。
图1B示出自校正的电流互感器发明的示例实施方式，其中，图1A的电流互感器具有被电气连接至来自传感器线圈的引线的集成测量电路。
图1C示出本发明的示例实施方式，其示出封装在两件式壳体中的图1B中的自校正的电流互感器。
图2示出自校正的电流互感器发明的示例实施方式，其示出测量电路和电流吸收器电路。
图3示出自校正的电流互感器发明的示例实施方式，其示出图2的测量电路和电流吸收器电路的额外的细节，其中，由来自传感器线圈的二次电流为测量电路和电流吸收器电路供电。
图4A示出用于图3的自校正的电流互感器的二次电流相对于一次电流的示例图形。
图4B示出来自测量电路的误差信号输出相对于自校正电流互感器的二次电流的示例图形。
具体实施方式
需要使用电流互感器的电流测量的设计应用通常具有待测量的一次电流的特定大小或范围的设计要求以及与下游电子产品兼容的输出二次电流的特定范围或大小的设计要求。要求大小的二次电流本文被称为“目标二次电流”。对于流过电流互感器的所要求大小的一次电流，具有足以输出目标二次电流的匝数的传感器线圈在本文中被称为具有“目标匝数”的传感器线圈。
在本发明的示例实施方式中，电流互感器具有传感器线圈，传感器线圈具有少于目标匝数的匝数，以使得由所需一次电流在传感器线圈中感应的二次电流大于对应于目标匝数的目标二次电流。与电流互感器集成的测量电路将二次电流采样为一次电流的量度。测量电路包含校准数据以确定误差信号且测量电路输出误差信号，误差信号表示采样的二次电流比目标二次电流大多少。基于在生产变压器的时候准备的校准数据确定误差信号，用以调整二次电流。与电流互感器集成的电流吸收器电路接收误差信号并从传感器线圈中分流对应量的电流，以便降低二次电流的大小以与目标二次电流相匹配。
图1A示出本发明的示例构造块，其示出传感器线圈或次级线圈106(围着环形芯111缠绕成环形线圈)，具有通过环形芯中心的一次电流传输线103，形成电流互感器113。电流互感器113耦合一次线圈103和二次线圈106，从而使得二次电流与一次电流近似成比例。电流互感器的一次电路由导体103的单匝组成，而二次线圈106由很多数十或数百匝组成。电流互感器的传感器线圈106具有小于目标匝数的匝数以使得在传感器线圈106中感应的二次电流大于对应于目标匝数的目标二次电流。在可替代的实施方式中，芯可以是叠片芯或E芯。在可替代的实施方式中，一次电路可以具有多个一次匝，或者可以通过开窗式电流互感器制成多个一次通路(pass)。
图1B示出自校正的电流互感器100的示例实施方式，其中，图1A的电流互感器113具有围着其环形线圈106的外周长缠绕的挠性印刷电路板104。印刷电路板104上的测量和信号调节电路115被电气连接至来自传感器线圈106的引线107和109，以便将在传感器线圈106中感应的二次电流采样为一次电流传输线103中的一次电流的量度。图1C示出本发明的示例实施方式，其示出图1B中的自校正的电流互感器，其被封装在两件式外壳146中，外壳146包括啮合的盖子149A和149B，其例如可由具有电绝缘特性的有机聚合物塑料或陶瓷材料组成。
图2示出本发明的示例实施方式，其示出自校正的电流互感器100的测量和信号调节电路115。测量电路116对在传感器线圈106中感应的二次电流205进行采样，二次电流205通过负载电阻器202。测量电路116确定误差信号(图4B中示出)，误差信号表示采样的二次电流205比图4A中示出的目标二次电流404大多少。电流吸收器电路129被电气连接至来自传感器线圈106的引线107和109，接收来自测量电路116的误差信号。电流吸收器129从传感器线圈的引线分流一定量的电流216以降低二次电流205的大小以便与目标二次电流404匹配。
示例测量电路116可包含图4B中示出的校准数据310以确定误差信号214并输出误差信号214，误差信号214表示采样的二次电流205比目标二次电流404大多少。生产电流互感器113的时候准备测量电路116中的校准数据310以调整二次电流。电流吸收器电路129接收误差信号214并且从传感器线圈106分流对应量的电流216以降低在终端125、130处输出的二次电流的大小以与目标二次电流404相匹配。
图3示出自校正的电流互感器发明的示例实施方式，其示出图2的测量电路116和电流吸收器电路129的额外的细节。由来自传感器线圈的二次电流为测量电路116和电流吸收器电路129供电。可由能量采集器集成电路(IC)140和超级电容器112为示例测量电路116和电流吸收器电路129供电，能量采集器集成电路(IC)140和超级电容器112从来自传感器线圈106的二次电流205抽取功率。
示例测量电路116可包括模数转换器302，模数转换器302对通过负载电阻器202的二次电流205进行采样。将采样的二次电流205的数字值输出到微处理器304。存储器306存储生产互感器的时候准备的校准数据310，其用以调整二次电流205。微处理器304基于校准数据310确定误差信号214并输出误差信号214，误差信号214表示采样的二次电流205比目标二次电流404大多少。
示例电流吸收器电路129可包括运行于电阻式运行区域中的场效应晶体管312，其栅极被连接至微处理器304，以便接收误差信号214。响应于误差信号214，场效应晶体管(FET)312从传感器线圈的引线125传导分流电流216以降低二次电流205的大小以便与目标二次电路404相匹配。在可替代的实施方式中，示例电流吸收器电路129可包括晶体管，由脉宽调制以高频将晶体管从饱和切换到关断。
在生产示例自校正的电流互感器100期间，可执行示例校准过程，以便补偿互感器的性能特征的准确度的变化。校准开启/关闭输入308被开启，将微处理器304设置成校准模式。校准开启/关闭输入308禁用电流吸收器电路129。一次电流通过一次电流传输线103，其具有一系列已知一次电流值(例如，从450到550安)。精密电流测量设备被连接至输出终端125和130，并且测量来自传感器线圈的对应系列的二次电流205值(例如从4.5到5.5安)。
示例校准过程的目的是使得自校正的电流互感器100输出所需的目标二次电流(例如对于500安的一次电流，为5安的目标二次电流)。传感器线圈106具有少于目标匝数的匝数，以使得传感器线圈106中感应的二次电流205大于对应于目标匝数的目标二次电流404。在校准过程期间，针对测量的序列的二次电流205值确定表示测量的二次电流205比目标二次电流404大多少的误差信号。根据电流吸收器电路129的传导特性，将误差信号214的一系列值编为校准数据310。例如，校准数据310可以是被应用于FET设备312的栅极的栅极电位的值以传递期望的分流电流216以降低二次电流205的大小以与目标二次电流404匹配。在校准过程完结时，然后将校准数据310存储在测量电路116的存储器中。
图4A示出针对自校正电流互感器100的一定范围410、412内的二次电流相对于一次电流的示例图形，其示出从传感器线圈106输出的采样的二次电流205、目标二次电流404和将被图2和3的电流吸收器电路129降低的过量的采样二次电流406，以成比例地降低传感器输出电流205以产生与目标二次电流404相匹配的具有最小误差的校正的输出电流。
图4B示出从测量电路输出的误差信号214相对于一定范围410’、412’中的采样的二次电流205的示例图形，误差信号214基于测量电路116中的校准数据310，将误差信号214输入到图2和3的电流吸收器电路129。
尽管已经公开了本发明的特定示例实施方式，但是本领域的技术人员应理解，可以对特定示例实施方式所描述的细节进行改变而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种自校正的电流互感器，包括：
传感器线圈，其围着芯缠绕，所述传感器线圈被配置为具有一定匝数的二次线圈，所述芯具有作为一次线圈的一次电流传输线，传感器线圈的匝数少于目标匝数，以使得由所述一次电流传输线中的电流感应的在所述传感器线圈中的二次电流大于对应于所述目标匝数的目标二次电流；
测量电路，其被电气连接至来自所述传感器线圈的引线，所述测量电路被配置成对在所述传感器线圈中感应的所述二次电流采样作为所述一次电流传输线中的一次电流的量度，所述测量电路被配置成确定误差信号，所述误差信号表示采样的二次电流比所述目标二次电流大多少，且所述测量电路被配置成输出所述误差信号；以及
电流吸收器电路，其被电气连接至来自所述传感器线圈的所述引线，所述电流吸收器电路被配置成接收来自所述测量电路的所述误差信号并且从所述传感器线圈的所述引线分流一定量的电流以降低所述二次电流的大小，以与所述目标二次电流相匹配。
2.根据权利要求1所述的自校正的电流互感器，其中，基于在所述测量电路中包括的校准数据来确定所述误差信号以降低所述二次电流的大小以与所述目标二次电流相匹配。
3.根据权利要求1所述的自校正的电流互感器，其中，所述电流吸收器电路包括运行于电阻式运行区域中的晶体管。
4.根据权利要求1所述的自校正的电流互感器，其中，所述测量电路和所述电流吸收器电路与所述传感器线圈一起被封装在外壳内，所述一次电流传输线可穿过所述外壳。
5.根据权利要求1所述的自校正的电流互感器，其中，所述测量电路和所述电流吸收器电路由来自所述传感器线圈的所述二次电流供电。
6.根据权利要求1所述的自校正的电流互感器，其中，所述传感器线圈围着环形芯缠绕成环形线圈。
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