CN107942123B - 一种直流电流测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直流电流测量装置，属于电工技术中的电流测量领域，包括传感头、电源变压器、电感线圈、二极管、标准电阻、激励变压器、带通滤波器、解调器和功率放大器，所述传感头包括形状相同的第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯，第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯上分别绕有匝数相同的第一检测绕组、第二检测绕组，第一检测绕组和第二检测绕组的外面包覆静电屏蔽层后置于具有环形空腔结构的磁屏蔽铁芯的空腔中，在磁屏蔽铁芯外依次绕有补偿绕组和二次绕组。本发明具有测量精度高、线性度好，整机性能价格比高的优点，以优越的结构、性能，可广泛用于电冶炼、电化学、电镀、电力、电气车辆等行业直流电流的在线检测。
Description
技术领域
本发明属于电工技术中的电流测量领域，更具体地，涉及一种直流电流测量装置。
背景技术
专利号ZL02139203.X题为“直流电流传感装置”，《华中科技大学学报》2003年第31卷第11期公开的“磁势自平衡回馈补偿式直流传感理论研究”，该装置利用铁芯矩形磁化曲线的特性，建立起直流磁势平衡，然后通过安匝差检测构成差流回馈补偿系统，将基于开环原理的磁势平衡与基于补偿原理的稳定调节系统相结合，实现直流电流测量的一种新方法。但存在如下缺陷：它的差值电流检测系统是基于磁放大器原理励磁电流的变化，检测其差值电流，其检测灵敏度比较低，因而该装置在40％～100％额定电流范围内才能达到应有的相对误差，即在40％以下误差就比较大，其线性度差，根源就是差值电流检测方法存在缺陷。
由此可见，现有直流测量装置存在测量精度低、线性度差的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷，本发明提供了一种直流电流测量装置，由此解决现有直流测量装置存在测量精度低、线性度差的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种直流电流测量装置，包括传感头、电源变压器、电感线圈、二极管、标准电阻、激励变压器、带通滤波器、解调器和功率放大器，
所述传感头包括第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第一检测绕组、第二检测绕组、静电屏蔽层、磁屏蔽铁芯、补偿绕组和二次绕组，所述第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯的形状相同，第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯上分别绕有匝数相同的第一检测绕组、第二检测绕组，第一检测绕组和第二检测绕组的外面包覆静电屏蔽层后置于具有环形空腔结构的磁屏蔽铁芯的空腔中，在磁屏蔽铁芯外依次绕有补偿绕组和二次绕组；
所述二次绕组的同名端依次连接电感线圈、标准电阻后接地，二次绕组的异名端与二极管的阴极相连，二极管的阳极与电源变压器的副边绕组的同名端相连，电源变压器的副边绕组的异名端连接到接地点；第一检测绕组的异名端与第二检测绕组的异名端相连后接地，第一检测绕组的同名端与激励变压器的副边绕组同名端相连，第二检测绕组的同名端与激励变压器的副边绕组的异名端连接；激励变压器的副边绕组的中心抽头连接到带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接到解调器的输入端，解调器的输出端连接到功率放大器的输入端，功率放大器的输出端与补偿绕组的异名端相连，补偿绕组的同名端连接到二次绕组的同名端。
进一步的，所述静电屏蔽层的材料为铜箔，所述磁磁屏蔽铁芯由冷轧硅钢带卷绕成环状并退火处理后拼装而成，所述第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯由冷轧硅钢带卷绕成环状并退火处理后得到。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明合理地将磁屏蔽铁芯设计成中心空腔结构，在磁屏蔽铁芯的空腔内设置第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第一检测绕组和第二检测绕组，用以检测基于磁调制器原理的直流磁势平衡的安匝差。经激励变压器激磁后，第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第一检测绕组和第二检测绕组以及激励变压器构成的磁调制器，将磁调制检测信号从激励变压器的副边绕组中心抽头取出，经带通滤波器、解调器、功率放大器，输出直流补偿电流回馈到补偿绕组，从而实现上述直流磁势平衡的安匝差补偿，维持了高精度的直流磁势平衡。本发明将上述基于磁调制器原理的磁调制技术，取代现有磁放大器原理的直流磁势平衡安匝差的检测技术，检测灵敏度、分辨率提高20倍以上，使得整体装置测量精度、线性度产生质的变化，使得本发明具有优越的整机性能。
(2)本发明具有测量精度高、线性度好，整机性能价格比高的优点，以优越的结构、性能，可广泛用于电冶炼、电化学、电镀、电力、电气车辆等行业直流电流的在线检测。
附图说明
图1本发明的传感头外型图；
图2本发明的传感头截面图；
图3本发明的一种直流电流测量装置的电路图。
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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1所示，一种直流电流测量装置的传感头外型图，其截面如图2所示：形状相同的第一环形检测铁芯C2和第二环形检测铁芯C3上分别绕有匝数相同的第一检测绕组WD1、第二检测绕组WD2，经拼装后在它们的外面绕上静电屏蔽铜箔，然后将它们整体置于具有环形空腔结构的磁屏蔽铁芯C1的空腔中，在磁屏蔽铁芯C1外再绕上补偿绕组WC和二次绕组W2。图3所示的一次绕组W1即传输被测直流电流I1的母线，从如图1所示的传感头中心圆孔穿过。
图3给出了一种直流电流测量装置的电路图。传感头T中二次绕组W2的同名端依次连接电感线圈L、标准电阻RS后与地相连，异名端与二极管D的阴极相连，二极管D的阳极与电源变压器T1的副边绕组的同名端相连，副边绕组的异名端连接到接地点；第一检测绕组WD1的异名端与第二检测绕组WD2的异名端相连后接地，第一检测绕组WD1的同名端与激励变压器T2副边绕组同名端相连，第二检测绕组WD2的同名端与激励变压器T2副边绕组的异名端连接；激励变压器T2副边绕组的中心抽头连接到带通滤波器A的输入端，带通滤波器A的输出端连接到解调器B的输入端，解调器B的输出端连接到功率放大器C的输入端，功率放大器C的输出端与补偿绕组WC的异名端相连，补偿绕组WC的同名端连接到二次绕组W2的同名端。
本装置投入运行后，电源变压器T1在工频电压的作用下，经二极管D提供半波电流流经二次绕组W2，在半个周期内由磁屏蔽铁芯C1和二次绕组W2，自动建立二次平衡电流I2S与被测一次电流I1之间的直流磁势平衡，这种磁势平衡是由铁芯的近似矩形磁化曲线的特性决定的，它避免了使用大功率电子器件驱动二次平衡电流I2S的有源方法，而实现直流磁势平衡。它不同于传统闭环系统中由高的开环电压增益(一般大于1000倍)、PID调节环节及大功率从动源驱动构成的直流磁势平衡，因而不存在系统的振荡及大功率驱动问题。由于这种磁势平衡一般没有闭环系统磁势平衡的精确度高，本发明合理地将铁芯设计成中心空腔结构，在磁屏蔽铁芯C1空腔内设置检测铁芯C2、C3和检测绕组WD1、WD2，用以检测基于磁调制器原理的上述直流磁势平衡的安匝差。经激励变压器T2激磁后，检测铁芯C2、C3和检测绕组WD1、WD2以及激励变压器T2构成的磁调制器，将磁调制检测信号从激励变压器T2副边绕组中心抽头取出，经带通滤波器A、解调器B、功率放大器C，输出直流补偿电流I2C回馈到补偿绕组WC，从而实现上述直流磁势平衡的安匝差补偿，维持了高精度的直流磁势平衡。
本发明将上述基于磁调制器原理的磁调制技术，取代现有磁放大器原理的直流磁势平衡安匝差的检测技术，检测灵敏度、分辨率提高20倍以上，使得整体装置测量精度、线性度产生质的变化，实现本发明一种直流电流测量装置优越的整机性能。
二次平衡电流I2S与二次补偿电流I2C通过标准电阻RS叠加，得到直流电流测量装置的二次电流I2＝I2S+I2C，从而实现二次安匝W2I2与一次直流安匝W1I1的磁势几乎完全平衡W2I2≈W1I1，通常被测直流电流母线的匝数为1匝，即W1＝1，二次绕组W2与补偿绕组WC的匝数相同，即W2＝WC为多匝，所以二次小电流I2＝(W1/W2)I1准确地表示被测一次大电流，比率系数W1/W2为一次与二次绕组的匝数比，为一常数。二次电流I2流过标准电阻RS，在标准电阻上得到电压值I2RS，以满足要求以电压信号输出的数字仪器、计算机等采样的需要。
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 (2)
1.一种直流电流测量装置，其特征在于，包括传感头、电源变压器、电感线圈、二极管、标准电阻、激励变压器、带通滤波器、解调器和功率放大器，
所述传感头包括第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第一检测绕组、第二检测绕组、静电屏蔽层、磁屏蔽铁芯、补偿绕组和二次绕组，所述第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯的形状相同，第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯上分别绕有匝数相同的第一检测绕组、第二检测绕组，第一检测绕组和第二检测绕组的外面包覆静电屏蔽层后置于具有环形空腔结构的磁屏蔽铁芯的空腔中，在磁屏蔽铁芯外依次绕有补偿绕组和二次绕组；
所述二次绕组的同名端依次连接电感线圈、标准电阻后接地，二次绕组的异名端与二极管的阴极相连，二极管的阳极与电源变压器的副边绕组的同名端相连，电源变压器的副边绕组的异名端连接到接地点；第一检测绕组的异名端与第二检测绕组的异名端相连后接地，第一检测绕组的同名端与激励变压器的副边绕组同名端相连，第二检测绕组的同名端与激励变压器的副边绕组的异名端连接；激励变压器的副边绕组的中心抽头连接到带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端连接到解调器的输入端，解调器的输出端连接到功率放大器的输入端，功率放大器的输出端与补偿绕组的异名端相连，补偿绕组的同名端连接到二次绕组的同名端；
所述装置投入运行后，电源变压器在工频电压的作用下，经二极管提供半波电流流经二次绕组，在半个周期内由磁屏蔽铁芯和二次绕组，自动建立二次平衡电流与被测一次电流之间的直流磁势平衡，经激励变压器激磁后，检测第一环形检测铁芯、第二环形检测铁芯、第一检测绕组、第二检测绕组以及激励变压器构成的磁调制器，将磁调制检测信号从激励变压器副边绕组中心抽头取出，经带通滤波器、解调器、功率放大器，输出直流补偿电流回馈到补偿绕组。
2.如权利要求1所述的一种直流电流测量装置，其特征在于，所述静电屏蔽层的材料为铜箔，所述磁屏蔽铁芯由冷轧硅钢带卷绕成环状并退火处理后拼装而成，所述第一环形检测铁芯和第二环形检测铁芯由冷轧硅钢带卷绕成环状并退火处理后得到。
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