CN105575639B - 一种宽频电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种宽频电流互感器，包括检测铁心(1)，所述检测铁心(1)外由内层到外层依次设置有检测绕组(2)、检测绕组铜屏蔽(3)、内磁屏蔽(4)、内补偿绕组(5)、外磁屏蔽(6)、外补偿绕组(7)、外补偿绕组铜屏蔽(8)、二次绕组(9)、二次绕组铜屏蔽(10)和一次绕组(11)；所述外补偿绕组(7)两端并联补偿电容(13)，所述二次绕组(9)两端并联补偿电容(14)；所述内补偿绕组(5)与所述外补偿绕组(7)的匝数相等。本发明消除了电流互感器的主要误差源头，降低了宽频电流互感器的容性误差，提高了高频电流的测量准确度。
Description
技术领域
本发明涉及一种互感器，具体讲涉及一种高准确度的宽频电流互感器。
背景技术
按比例变换电流的电流互感器具有将大电流按比例变换成标准小电流(5A或1A，均指额定值)的功能，以实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。
传统电流互感器用于测量宽频电流(500Hz～3000Hz)时，电流比例误差开始增大，误差产生的原因是：随着电流频率的增加，比例绕组层间、匝间的分布电容使得比例绕组内产生越来越大的容性泄露电流，从而产生了电流互感器的容性误差。因此传统电流互感器无法满足谐波电流的准确测量需求。
随着各种新能源大规模接入电网，加上各种特殊负荷用户对电网的影响，使得电力系统谐波问题非常突出。电力系统的谐波污染治理和谐波电能计量工作催生了准确测量宽频电流的需求。
发明内容
为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种宽频电流互感器。
本发明提供的技术方案是：一种宽频电流互感器，包括检测铁心(1)，其改进之处在于：所述检测铁心(1)外由内层到外层依次设置有检测绕组(2)、检测绕组铜屏蔽(3)、内磁屏蔽(4)、内补偿绕组(5)、外磁屏蔽(6)、外补偿绕组(7)、外补偿绕组铜屏蔽(8)、二次绕组(9)、二次绕组铜屏蔽(10)和一次绕组(11)；所述外补偿绕组(7)两端并联补偿电容(13)，所述二次绕组(9)两端并联补偿电容(14)；所述内补偿绕组(5)与所述外补偿绕组(7)的匝数相等。
优选的，辅助电路与所述检测铁心、所述检测绕组(2)、所述检测绕组铜屏蔽(3)、所述内磁屏蔽(4)、所述内补偿绕组(5)、所述外磁屏蔽(6)、所述外补偿绕组(7)、所述外补偿绕组铜屏蔽(8)、所述二次绕组(9)、所述二次绕组铜屏蔽(10)以及所述一次绕组(11)构成磁势自平衡闭环系统。
进一步，所述辅助电路包括放大器(12)，所述放大器(12)的反相输入端与所述检测绕组(2)的同名端连接，所述放大器(12)的同相输入端以及所述检测绕组(2)的非同名端均接等电势点，所述放大器(12)的输出端与所述外补偿绕组(7)的非同名端连接，所述外补偿绕组(7)的同名端与所述内补偿绕组(5)的同名端连接，所述内补偿绕组(5)的非同名端接等电势点。
进一步，所述检测绕组铜屏蔽(3)以及所述外补偿绕组铜屏蔽(8)均接等电势点，所述二次绕组铜屏蔽(10)接地。
进一步，所述放大器的放大倍数大于1000。
优选的，所述补偿电容(13)的容值为所述外补偿绕组(7)与所述外补偿绕组铜屏蔽(8)之间分布电容的1/6；所述补偿电容(14)的容值为所述二次绕组(9)与所述二次绕组铜屏蔽(10)之间分布电容的1/6。
优选的，所述检测铁心的横截面为方形，所述内磁屏蔽(4)为包裹住所述检测铁心(1)、所述检测绕组(2)以及所述检测绕组铜屏蔽(3)形成嵌套式结构内的密封环形体。
优选的，所述外磁屏蔽(6)为包裹住所述内磁屏蔽(4)、以及所述内补偿绕组(5)形成嵌套式结构内的密封环形体。
与最接近的技术方案相比，本发明具有如下显著进步：
1、外补偿绕组和二次绕组均并联有合适参数的补偿电容。补偿电容补偿了大部分绕组对铜屏蔽的容性泄露电流，提高了宽频电流互感器的高频电流测量准确度。
2、检测绕组、外补偿绕组和二次绕组外边均包裹有铜屏蔽。铜屏蔽的涡流作用阻止了绕组的漏磁通进入检测铁心，提高了宽频电流互感器的高频电流测量准确度。
3、内磁屏蔽完全包住检测铁心、检测绕组形成嵌套式结构。内磁屏蔽的磁旁路作用使得内补偿绕组的漏磁通对检测铁心的影响大大减小，提高了宽频电流互感器的电流测量准确度。
4、外磁屏蔽完全包住内磁屏蔽和内补偿绕组形成嵌套式结构。外磁屏蔽成为工作磁通的磁路，且其磁旁路作用使得外补偿绕组、二次绕组和一次绕组的漏磁通对检测铁心的影响大大减小，提高了宽频电流互感器的电流测量准确度。
5、辅助电路与检测铁心、检测绕组、内补偿绕组、屏蔽铁心和外补偿绕组构成自平衡闭环系统。利用辅助电路补偿电流互感器的激磁电流，消除了主要误差源，提高了电流互感器的电流测量准确度。
6、辅助电路采用的放大器的放大倍数大于10000，保证了检测铁心的输出电压非常小，因而辅助电路对激磁电流进行了很好的补偿，宽频电流互感器电流测量误差很小，且对二次负荷大小不敏感。
附图说明
附图1为本发明铁心及绕组截面示意图。
附图2为本发明接线的原理示意图。
1-检测铁心、2-检测绕组、3-检测绕组铜屏蔽、4-内磁屏蔽、5-内补偿绕组、6-外磁屏蔽、7-外补偿绕组、8-外补偿绕组铜屏蔽、9-二次绕组、10-二次绕组铜屏蔽、11-一次绕组、12-辅助电路、13-外补偿绕组补偿电容、14-二次绕组补偿电容。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容作进一步地说明。
如附图1和附图2所示，本发明提供的宽频电流互感器包括检测铁心1、检测绕组2、检测绕组铜屏蔽3、内磁屏蔽4、内补偿绕组5、外磁屏蔽6、外补偿绕组7、外补偿绕组铜屏蔽8、二次绕组9、二次绕组铜屏蔽10、一次绕组11、辅助电路12、外补偿绕组补偿电容13、二次绕组补偿电容14组成。
如图1所示：检测铁心1上绕制检测绕组2，并包裹检测绕组铜屏蔽3。内磁屏蔽4完全包住检测铁心1、检测绕组2和检测绕组铜屏蔽3。内补偿绕组5绕制在内磁屏蔽4上。外磁屏蔽6完全包住内磁屏蔽4和内补偿绕组5。外补偿绕组7绕制在外磁屏蔽6上，并包裹外补偿绕组铜屏蔽8。二次绕组9绕制在外补偿绕组铜屏蔽8上，并包裹二次绕组铜屏蔽10。一次绕组11绕制在二次绕组铜屏蔽10上(一次绕组11也可以采用单匝穿心方式)。
如图2所示：本发明还包括辅助电路12，辅助电路12包含一个高放大倍数放大器，由单个或多个运算放大器电路构成或由分立元件电路组合而成。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12接受来自检测绕组2的信号，为外磁屏蔽铁心6提供激磁电流。辅助电路12与所有铁心(包括内、外磁屏蔽)及绕组2、5、7、9、11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，进而提高宽频电流互感器的电流测量准确度。
图2中所有绕组标″●″端为同名端，另一端为非同名端。检测绕组2同名端接辅助电路12的放大器的反相输入端，辅助电路12的放大器的正相输入端和检测绕组2的非同名端均接等电势点。辅助电路12的放大器输出端接外补偿绕组7的非同名端，外补偿绕组7的同名端接内补偿绕组5的同名端，内补偿绕组5的非同名端接等电势点。检测绕组铜屏蔽3与外补偿绕组铜屏蔽8接等电势点。二次绕组铜屏蔽10接地。
理想情况下，本发明的宽频电流互感器系统正常工作时，由运算放大器的″虚短″特性，辅助电路12的放大器输入端的电压差为零，即检测绕组2的输出电压为零，相应的检测铁心1内磁通为零。检测铁心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5和外补偿绕组7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心1的作用相互抵消。所以检测铁心上1实质上只受一次绕组11和二次绕组9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11匝数，为二次电流，N2为二次绕组9匝数：
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，实际情况中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。其中高频电流下，容性误差成为了主要分量，本发明中这个误差通过补偿电容来补偿。
本发明引入电容补偿技术。利用电容补偿电流互感器比例绕组中流过的容性泄露电流，提高宽频电流的测量准确度。
在高频电流下，有两种电容分量对电流互感器的容性误差起主要作用。一种为绕组与相应铜屏蔽之间的分布电容，另一种为绕组并联的补偿电容。这两种电容对误差的影响可以部分的相互抵消。这就是本发明采用的电容补偿技术。
外补偿绕组7与外补偿绕组铜屏蔽8之间存在着分布电容，通过实测其电容值，取该电容值的1/6作为外补偿绕组补偿电容13的容值可以取得较好的补偿效果。
同样的，二次绕组补偿电容14的容值取为二次绕组9与二次绕组铜屏蔽10之间电容值的1/6。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均在申请待批的本发明的权利要求范围之内。
Claims (4)
1.一种宽频电流互感器，包括检测铁心(1)，其特征在于:所述检测铁心(1)外由内层到外层依次设置有检测绕组(2)、检测绕组铜屏蔽(3)、内磁屏蔽(4)、内补偿绕组(5)、外磁屏蔽(6)、外补偿绕组(7)、外补偿绕组铜屏蔽(8)、二次绕组(9)、二次绕组铜屏蔽(10)和一次绕组(11)；所述外补偿绕组(7)两端并联补偿电容(13)，所述二次绕组(9)两端并联补偿电容(14)；所述内补偿绕组(5)与所述外补偿绕组(7)的匝数相等；
所述检测铁心的横截面为方形，所述内磁屏蔽(4)为包裹住所述检测铁心(1)、所述检测绕组(2)以及所述检测绕组铜屏蔽(3)形成嵌套式结构内的密封环形体；
所述外磁屏蔽(6)为包裹住所述内磁屏蔽(4)、以及所述内补偿绕组(5)形成嵌套式结构的密封环形体；
辅助电路与所述检测铁心、所述检测绕组(2)、所述检测绕组铜屏蔽(3)、所述内磁屏蔽(4)、所述内补偿绕组(5)、所述外磁屏蔽(6)、所述外补偿绕组(7)、所述外补偿绕组铜屏蔽(8)、所述二次绕组(9)、所述二次绕组铜屏蔽(10)以及所述一次绕组(11)构成磁势自平衡闭环系统；
所述补偿电容(13)的容值为所述外补偿绕组(7)与所述外补偿绕组铜屏蔽(8)之间分布电容的1/6；所述补偿电容(14)的容值为所述二次绕组(9)与所述二次绕组铜屏蔽(10)之间分布电容的1/6。
2.如权利要求1所述的一种宽频电流互感器，其特征在于：
所述辅助电路包括放大器(12)，所述放大器(12)的反相输入端与所述检测绕组(2)的同名端连接，所述放大器(12)的同相输入端以及所述检测绕组(2)的非同名端均接等电势点，所述放大器(12)的输出端与所述外补偿绕组(7)的非同名端连接，所述外补偿绕组(7)的同名端与所述内补偿绕组(5)的同名端连接，所述内补偿绕组(5)的非同名端接等电势点。
3.如权利要求1所述的一种宽频电流互感器，其特征在于：
所述检测绕组铜屏蔽(3)以及所述外补偿绕组铜屏蔽(8)均接等电势点，所述二次绕组铜屏蔽(10)接地。
4.如权利要求2所述的一种宽频电流互感器，其特征在于：
所述放大器的放大倍数大于10000。
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