CN1102738C - 一种直流与交流三用电流比较仪 - Google Patents

Abstract

一种直流与交流三用电流比较仪，由测量头、电子部件和交流激励变压器三部分组成。测量头为两半环形开口形式，测量头中有一对可对直流、交流和交直流检测的检测铁芯及绕组，通过检测绕组与交流补偿绕组、二次绕组交流激励变压器及电子部件的合理连接，构成整个电流比较仪。本装置既可分别测量直流或交流电流，也可同时测量交直流电流，具有体积小，重量轻，成本低，功能小，可靠性高等优点。

Description

一种直流与交流三用电流比较仪

本发明属电流测试装置，既可准确地单独测试直流或交流电流，也可准确测试直流和交流同时存在的混合电流，具有准确测试三种电流的功能。

中华人民共和国专利局公开的发明专利“一种交直流电流比较仪”(专利申请号：92103969.7)的装置和电路，具有明显的特点，但也存在如下缺点：(一)检测铁芯和绕组多，结构复杂，成本高，不经济；(二)由于检测铁芯和绕组多而导致磁屏蔽铁芯尺寸必然较大，这样磁屏蔽效能反而下降，影响到比较仪的屏蔽效果；(三)二次绕组平均匝长较长，总电阻大，直流功放功耗大。

根据上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种新的直流与交流三用电流比较仪。

为完成上述目的，本发明采取以下技术措施。图1为直流与交流三用比较仪测量头外型图，图2为测量头截面图，图3为本发明比较仪电路图。这种直流与交流三用电流比较仪由测量头、电子部件和交流激励变压器三部分构成，所述测量头为环形开口状，由上、下两半环构成，在直径方向设哈夫面A和B。测量头中两检测铁芯C₂和C₃由硅钢片卷绕成环状形铁芯后，分别在外面绕上检测绕组N_E1和N_E2，然后将上述绕组与铁芯拼装，在它们外面绕上静电屏蔽层E，并将它们置于由硅钢片卷绕而成的磁屏蔽铁芯C₁中，在磁屏蔽铁芯在C₁外面绕上交流补偿绕组N_c和二次绕组N_b，最外面套上静电屏蔽层F，最后沿径向开哈夫面A和B。图3给出了直流与交流三用比较仪的电路图，检测绕组N_E1和N_E2同名端同向串接，交流激励变压器的两个对称二次绕组同名端反向对接，检测绕组N_E1和N_E2的连接点与交流激励变压器两个二次对称绕组的连接点相连接，检测绕组N_E2的异名端与交流补偿绕组N_c的异名端相连接，并通过限流电阻R与交流激励变压器的一个二次绕组的同名端相连接，检测绕组N_E1的同名端与电子部件A₁和A₂的输入端相连接，并通过另一限流电阻R与交流激励变压器的另一个二次绕组的同名端相连接；补偿绕组N_c的同名端与电子部件A₁的输出端相连接；二次绕组的同名端N_s与电子部件A₂的输出端之间串接有负载B，其异名端与电子部件A₂的另一个输出端相连接。其工作原理为，当一次绕组N_p中通过直流和交流电流I_pd+I_pa时，对于直流分量I_pd，采用下述铁芯、绕组配置方式组成的磁调制原理进行检测。均匀绕制在一对检测铁芯C₂和C₃上的一对检测绕组N_E1和N_E2同名端同向串接后，经两个限流电阻R接入交流激励变压器T的二次绕组上，该二次绕组由两个对称的绕组构成，同名端反向对接，该对接点与检测绕组N_E1和N_E2的串联连接点用导线连接，以构成激磁电流回路分别对检测铁芯C₂和C₃进行交流激磁，当一次绕组中存在被测直流分量I_pd时，在检测铁芯C₂和C₃中将作用有对应的直流磁场，该直流磁场将受到交流激励磁场的调制，由检测绕组N_D(N_E1+N_E2)将输出以二次谐波为主的交流信号，该信号的幅值与相位对应被测直流I_pd的大小和方向，经过电子部件组成的滤渡、解调、放大环节A₂，给二次绕组N_s提供反馈直流电流I_sd，由于系统开环增益很高，当闭环系统平衡时，使得直流一次与二次之间的安匝差趋近于零，即I_pdN_p-I_sdN_s＝0，得I_pd＝(N_s/N_p)I_sd，从而在负载B中可得到匝比准确度很高的二次直流电流I_sd。

对于一次绕组N_p中的交流分量I_pa，基于交流磁势平衡原理，二次绕组N_s中会感应二次交流电流I’_sa(注：I’_sa在图3中不能标出)，由于这种二次电流I’_sa中存在着一定数量的磁化电流误差，即在检测铁芯C₂和C₃中作用有一定数量的交流安匝差I_paN_p-I’_saN_s。由于检测绕组N_E1和N_E2同名端同向串联连接，则检测铁芯C₂和C₃及检测绕组N_D(N_E1+N_E2)同时亦构成为交流电流分量I_pa的检测铁芯和绕组。上述交流安匝差将在交流检测绕组N_E1+N_E2中感应信号，该信号送给电子部件A₁，进行滤波、放大，反馈到补偿绕组N_c，得补偿二次交流电流的磁化电流I_m，使得在检测铁芯C₂和C₃中的安匝差I_paN_p-I_saN_s＝0，得I_pa＝(N_s/N_p)I_sa，从而在负载B中亦可得到匝比准确度很高的二次交流电流I_sa。

本发明具有以下特点：(一)本发明提出了新的技术方法，直流和交流分别或同时从一对检测铁芯C₂和C₃及检测绕组N_E1和N_E2上取检测信号，取代现有技术必须用三个检测铁芯和三个检测绕组的方案，实现对直流电流、或交流电流、或直流与交流同时存在的混合电流的检测。这样使得比较仪体积小，重量轻、成本降低了30％，而且使用方便。(二)本发明由于减少了检测铁芯和绕组，从而导致磁屏蔽铁芯的尺寸和体积减少，这样不仅获得了上述特点，而且其磁屏蔽效能反而得到了提高，其性能价格比更优。(三)本发明由于减小了铁芯总截面，二次绕组平均匝长减小，绕组总电阻小，直流功率放大器功耗减小很多，大大提高了可靠性。

图1  直流与交流三用电流比较仪测量头外形图

图2  直流与交流三用电流比较仪测量头截面图

图3  直流与交流三用电流比较仪电路图

经灵敏度测试，直流与交流三用电流比较仪如额定电流为5000A，在直接与交流同时或单独作用时，其开环灵敏度均能优于1V/A，该技术指标即为直流与交流测量的高精度依据，试验数据如表1所示。

                          表1

直流	检测输出	0MV	53	140	300
						被测电流	0MA	50	100	200
	交流	检测输出	0MV	52	130						280
被测电流						0MA	50	100	200

Claims (1)

1、一种直流与交流三用电流比较仪，由测量头、电子部件和交流激励变压器三部分构成，所述的测量头为环形开口状，由上、下两半环构成，在直径方向设哈夫面(A)和(B)，在测量头中设有检测铁芯、检测绕组、静电屏蔽层、磁屏蔽铁芯、交流补偿绕组和二次绕组，其特征在于，测量头中有两个由硅钢片卷绕成环状形的直流、交流和交直流检测铁芯(C₂)和(C₃)，在检测铁芯(C₂)和(C₃)外分别绕有直流、交流和交直流检测绕组(N_E1)和(N_E2)；在检测铁芯(C₂)和(C₃)以及直流、交流和交直流检测绕组(N_E1)和(N_E2)外绕有静电屏蔽层(E)，并将它们置于由硅钢片卷绕的磁屏蔽铁芯(C₁)中，在磁屏蔽铁芯(C₁)外绕有交流补偿绕组(N_C)和二次绕组(N_S)，最外面套有静电屏蔽层(F)；检测绕组(N_E1)和(N_E2)同名端同向串接，交流激励变压器的两个对称二次绕组同名端反向对接，检测绕组(N_E1)和(N_E2)的连接点与交流激励变压器两个二次对称绕组的连接点相连接，检测绕组(N_E2)的异名端通过限流电阻(R)与交流激励变压器的一个二次绕组的同名端相连接，检测绕组(N_E1)的同名端与电子部件(A₁)和(A₂)的输入端相连接，并通过另一限流电阻(R)与交流激励变压器的另一个二次绕组的同名端相连接；补偿绕组(N_C)的同名端与电子部件(A₁)的输出端相连接；二次绕组的同名端(N_S)与电子部件(A₂)的输出端之间串接有负载(B)，其异名端与电子部件(A₂)的另一个输出端相连接。