CN111366764A - 一种宽量程电流变换器 - Google Patents

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李敏
吴宇
胡琛
毛永晶
周春芽
唐新宇
李欣
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State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
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Ganxi Power Supply Branch Of State Grid Jiangxi Electric Power Co ltd
State Grid Corp of China SGCC
Electric Power Research Institute of State Grid Jiangxi Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种宽量程电流变换器，包括变换器臂，一个零磁通电流互感器，一个电流取样电阻，一个磁平衡检测及驱动电路，多个比例绕组量程切换继电器，多个检测绕组量程切换继电器，其中，磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ上，然后将环形铁芯Ⅱ镶嵌在环形铁芯Ⅰ内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上，一次绕组也均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上；二次比例绕组N2包括多个比例分段绕组，各比例分段绕组对应比例分段绕组端子，各比例分段绕组端子对应各比例绕组量程切换继电器。本发明解决了零磁通电流比例变换器电流量程适应性的问题；利用零磁通电流比例变换器，可实现对电流的自动检测。

Description

一种宽量程电流变换器
技术领域
本发明及一种宽量程电流变换器，属电磁测量技术领域。
背景技术
电流的比例变换通常采用电流互感器，电流互感器具有准确度高，性能稳定等优点，但体积大笨重，一次、二次电流接线端子多，量程转换时需要按铭牌接线表对一次及二次端子的电流导线进行拆接，操作过程复杂，劳动强度大，效率低；应用电流互感器进行宽量程电流测量难度大。
发明内容
本发明的目的是为了解决电流测量过程中量程的程控切换问题，达到电流的宽量程测量，缩减电流比例变换设备的体积和重量，简化操作过程，降低劳动强度大，提高效率，本发明提供了一种宽量程电流变换器。
本发明的技术思路是：采用磁平衡原理构建零磁通电流比例变换器，包括变换器臂，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路，以控制AC端子处AC电压的形态；二次由磁平衡检测绕组、比例绕组、量程切换开关、磁平衡检测及驱动电路、电流/电压转换电阻构成；其中，磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ上，然后将环形铁芯Ⅱ镶嵌在环形铁芯Ⅰ内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上。一次绕组也均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上；比例绕组按比例输出电流经电流/电压转换后输出一次电流比例电压信号；比例绕组可设置多个测量切换抽头，用于扩展量程。
本发明通过下述技术方案来实现。一种宽量程电流变换器，包括变换器臂，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路，以控制AC端子处AC电压的形态；包括一个零磁通电流互感器，一个电流取样电阻，一个磁平衡检测及驱动电路，多个比例绕组量程切换继电器，环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ，其中，磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ上，然后将环形铁芯Ⅱ镶嵌在环形铁芯Ⅰ内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上。一次绕组也均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上；二次比例绕组N2包括多个比例分段绕组，各比例分段绕组对应比例分段绕组端子，各比例分段绕组端子对应各比例绕组量程切换继电器；磁平衡检测绕组NT的极性端T1接磁平衡检测及驱动电路的信号输入端Si，检测绕组的非极性端T2接磁平衡检测及驱动电路的com端；二次比例绕组N2的极性端S1接输出端Ui，各比例绕组量程切换继电器的固定接点接磁平衡检测及驱动电路的电流输出端Io；电流取样电阻串联在二次比例绕组N2的起始端与公共com端之间，磁平衡检测及驱动电路的com端接公共com端。
进一步优选，包括五个比例绕组量程切换继电器J01、J02、J03、J04、J05。
进一步优选，二次比例绕组N2包括起始端S1，比例分段绕组端S2、S3、S4、S5、S6，S2、S3、S4、S5、S6端分别接比例绕组量程切换继电器J01、J02、J03、J04、J05的开闭接点。
进一步优选，二次比例绕组N2的比例分段绕组端S2、S3、S4、S5、S6分别对应1A、5A、20A、100A、500A五个电流量程。
各量程二次绕组由分段绕组线圈串联组成，各段绕组匝数见表1：
Figure BDA0001920147090000021
本发明的有益效果是，在零磁通电流互感器基础上，通过绕组抽头扩展电流量程，解决了宽量程电流的检测问题；并实现电流量程自动切换，通过电流/电压比例变换，实现了A/D采用电路对宽量程电流直接采样；具有方法简洁、经济、科学、实用、可操作性强、成本低等优点。
附图说明
图1是多变比电流互感器示意图；
图2是单量程零磁通电流比例变换器示意图。
图3是磁平衡检测及功率放大电路图。
图4是宽量程电流变换器示意图。
图中符号：
L1、L2、L3、L4、L5、L6----多变比电流互感器一次接线端；
K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7----多变比电流互感器二次接线端；
N1----零磁通电流互感器一次绕组；
N2----零磁通电流互感器二次比例绕组；
NT----零磁通电流互感器磁平衡检测绕组；
J01、J02、J03、J04、J05----比例绕组量程切换继电器；
T1、T2-----分别为磁平衡检测绕组NT的极性端和非极性端；
S1----二次比例绕组N2的极性端；
S2、S3、S4、S5、S6----二次比例绕组N2的比例分段绕组非极性端；Si----信号输入端；
Ui----输出端；
I0----电流输出端；
R----电流取样电阻器；
R1～R7----电阻器；
D1、D2----二极管；
A1、A2----运算放大器；
V1、V2----功率放大器；
C----电容器；
+VCC、-VCC----分别为正电源、负电源；
com----为公共端；
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图2所示，一种单量程零磁通电流比例变换器，包括变换器臂，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路，以控制AC端子处AC电压的形态；包括一个零磁通电流互感器，一个电流取样电阻，一个磁平衡检测及驱动电路，一个检测绕组；零磁通电流互感器的磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ1上，然后将环形铁芯Ⅱ2镶嵌在环形铁芯Ⅰ1内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ1和环形铁芯Ⅱ2上，一次绕组也均匀绕制在环形铁芯Ⅰ1和环形铁芯Ⅱ2上；依据电流互感器基本原理，励磁电流是电流互感器产生误差的主要原因，消除励磁电流即可有效提高电流互感器的准确度。磁平衡检测电路及励磁电流驱动电路通过NT绕组检测铁芯的磁平衡状态，并通过负反馈电路补偿比例绕组N2电流，达到消除铁芯励磁电流磁场的目的。
本发明依据单量程零磁通电流比例变换器原理，通过扩展量程的方法，将电流测量范围扩大，以电流测量范围1A～500A为例。
一种宽量程电流变换器，包括变换器臂，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路，以控制AC端子处AC电压的形态；包括一个零磁通电流互感器，一个电流/电压取样电阻器，一个磁平衡检测及驱动电路，五个比例绕组量程切换继电器J01、J02、J03、J04、J05，一个检测绕组。零磁通电流互感器的磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ上，然后将环形铁芯Ⅱ镶嵌在环形铁芯Ⅰ内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上，一次绕组N1在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上穿心一匝，具体实施时可由一次大电流导线替代；N2为二次比例绕组，其抽头S2、S3、S4、S5、S6分别对应1A、5A、20A、100A、500A五个电流量程；NT为磁平衡检测绕组。电流量程与继电器接点的逻辑关系(见表1)；NT绕组的极性端T1接磁平衡检测及驱动电路的信号输入端Si，NT绕组的非极性端T2端接com端；N2绕组的极性端S1接输出端Ui，N2绕组的非极性端S2、S3、S4、S5、S6端分别接继电器的J01、J02、J03、J04、J05开闭接点,继电器J01～J05的固定接点接磁平衡检测及驱动电路的电流输出端Io；电流取样电阻R串联在S1与com端之间。磁平衡检测及驱动电路的com接公共端com。
绕组匝数计算：
依据电流互感器基本原理，一次电流与一次绕组匝数之积等于二次电流与二次绕组匝数之积，即：
I1N1＝I2N2……………(1)
式中：
I1、I2分别为一次电流、二次电流；
N1、N2分别为一次绕组匝数、二次绕组匝数；
由于N1为1匝，以I2＝0.1A为例，则：
Figure BDA0001920147090000051
各量程二次绕组由分段绕组线圈串联组成，各段绕组匝数见表1：
Figure BDA0001920147090000052
上述实施例用于解释说明本发明的实施方式，但并不包括全部实施例，本领域技术人员可以在本发明的宗旨上作相应的变化，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种宽量程电流变换器，包括变换器臂，每个臂部包括主开关元件，每个臂部的主开关元件可被切换为将对应臂部切换进和切换出对应DC端子与AC端子之间的电路，以控制AC端子处AC电压的形态；一个零磁通电流互感器，一个电流取样电阻，一个磁平衡检测及驱动电路，多个比例绕组量程切换继电器，多个检测绕组量程切换继电器，零磁通电流互感器的铁芯上缠绕一次绕组N1、二次比例绕组N2、磁平衡检测绕组NT；二次比例绕组N2包括多个比例分段绕组，各比例分段绕组对应比例分段绕组端子，各比例分段绕组端子对应各比例绕组量程切换继电器，磁平衡检测绕组NT具有与二次比例绕组N2对应的多个检测分段绕组，检测分段绕组对应各检测绕组量程切换继电器；磁平衡检测绕组NT的起始端接磁平衡检测及驱动电路的信号输入端，各检测绕组量程切换继电器的固定接点接磁平衡检测及驱动电路的com端；二次比例绕组N2的起始端接输出端，各比例绕组量程切换继电器的固定接点接磁平衡检测及驱动电路的电流输出端；电流取样电阻串联在二次比例绕组N2的起始端与公共com端之间，磁平衡检测及驱动电路的com端接公共com端。
2.根据权利要1所述的宽量程电流变换器，其特征在于：包括五个比例绕组量程切换继电器J01、J02、J03、J04、J05。
3.根据权利要2所述的宽量程电流变换器，其特征在于：二次比例绕组N2包括极性端S1，比例绕组非极性端S2、S3、S4、S5、S6；S2、S3、S4、S5、S6端分别接比例绕组量程切换继电器J01、J02、J03、J04、J05的开闭接点。
4.根据权利要3所述的宽量程电流变换器，其特征在于：二次比例绕组N2的比例绕组非极性端S2、S3、S4、S5、S6分别对应1A、5A、20A、100A、500A五个电流量程。
5.根据权利要1所述的宽量程电流变换器，其特征在于：包括环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ，其中，磁平衡检测绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ上，然后将环形铁芯Ⅱ镶嵌在环形铁芯Ⅰ内部，再将比例绕组均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上。一次绕组也均匀绕制在环形铁芯Ⅰ和环形铁芯Ⅱ上。
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CN112164559A (zh) * 2020-09-03 2021-01-01 中冶天工集团有限公司 一种自适应可变量程电流互感器

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