CN114019218B - 一种双通道零磁通电流传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道零磁通电流传感器，主铁芯和辅助铁芯形状相同，上下叠装形成组合铁芯，组合铁芯具有两个独立的贯通孔，即第一贯通孔和第二贯通孔；第一二次线圈穿过组合铁芯的第一贯通孔绕制于组合铁芯上；第二二次线圈穿过组合铁芯的第二贯通孔绕制于组合铁芯上；第一检测线圈穿过主铁芯的第一贯通孔绕制于主铁芯上；第二检测线圈穿过主铁芯的第二贯通孔绕制于主铁芯上；第一补偿线圈穿过辅助铁芯的第一贯通孔绕制于辅助铁芯上；第二补偿线圈穿过主铁芯的第二贯通孔绕制于主铁芯上。本发明可同时监测两路外部电流，体积小，且易于安装。
Description
技术领域
本发明涉及电工测量用电流传感器技术领域，特别涉及一种双通道零磁通电流传感器。
背景技术
电流互感器是电工测量领域经常用到的计量设备，通常采用穿心式环形磁芯结构，根据一次侧绕组的匝数不同，环形结构可分为多匝串入与单匝穿心两种。多匝串入式的一次侧绕组匝数较多，与二次侧绕组同样绕制于磁芯上。
为达到相关测量精度的要求，一般采用零磁通电流传感器。电流传感器是通过一次侧线圈和二次侧线圈通过电磁耦合来实现能量传递，小电流传感器的磁势平衡方程为：I1N1+I2N2＝-I0N1。其中，I1为电流传感器的一次侧电流，I2为二次侧电流，I0为激磁电流；N1、N2分别为一、二次线圈匝数。当激磁安匝I0N1为零时，I1N1＝-I2N2，此时铁芯处于“零磁通”状态，电流互感器的误差最小。
发明专利ZL200910023974.0提出了一种容性设备介损在线监测用工频零磁通小电流传感器，包括一工作磁芯，在工作磁芯上绕制检测线圈，再在检测线圈上反方向绕制二次侧线圈，二次侧线圈和检测线圈之间、检测线圈与工作磁芯之间均设有屏蔽层，检测线圈接补偿电路模块，补偿电路模块的输出端与二次线圈的一端相连接，二次线圈的另一端接输出电路模块，检测线圈两端产生感应电势，其感应电流加到补偿电路模块的输入端，产生二次电流提供给二次线圈，补偿电路模块检测检测线圈电势差，工作磁芯中的磁通近似为零，若检测值偏离允许值，自动调整，使工作磁芯能始终保持在逼近零磁通状态。
然而，上述专利为单通道的电流传感器，但部分电容型设备需要检测多个部位的电流信息，此时需要在有限的空间内布置两个或者多个电流传感器，如电容式电压互感器，其尾端有两个电流，一是分压电容的电流，一个是电磁单元的电流。由于原有零磁通电流传感器的体积大，如果用两个独立式的零磁通传感器，所占空间也大，给现场安装带来巨大困难。
发明内容
为解决上述问题，针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种双通道的零磁通电流传感器，该传感器相对于原有技术体积小，且易于安装。
本发明采用如下的技术方案：
一种双通道零磁通电流传感器，该双通道零磁通电流传感器包括：主铁芯(T1)、辅助铁芯(T2)，第一二次线圈(N0)、第二二次线圈(N3)，第一检测线圈(N1)、第二检测线圈(N4)，以及第一补偿线圈(N2)、第二补偿线圈(N5)；
主铁芯和辅助铁芯形状相同，上下叠装形成组合铁芯，组合铁芯具有两个独立的贯通孔，即第一贯通孔(k1)和第二贯通孔(k2)；
第一二次线圈(N0)穿过组合铁芯的第一贯通孔(k1)绕制于组合铁芯上；第二二次线圈(N3)穿过组合铁芯的第二贯通孔(k2)绕制于组合铁芯上；
第一检测线圈(N1)穿过主铁芯(T1)的第一贯通孔(k1)绕制于主铁芯(T1)上；第二检测线圈(N4)穿过主铁芯(T1)的第二贯通孔(k2)绕制于主铁芯(T1)上；
第一补偿线圈(N2)穿过辅助铁芯(T2)的第一贯通孔(k1)绕制于辅助铁芯(T2)上；第二补偿线圈(N5)穿过主铁芯(T1)的第二贯通孔(k2)绕制于主铁芯(T1)上。
优选的，所述主铁芯和辅助铁芯呈环形或方形，且均具有中间轴，中间轴将主铁芯和辅助铁芯分别分为两个独立的贯通孔。
优选的，所述组合铁芯具有屏蔽层，设置在组合铁芯的外部以及贯通孔的内壁上。
优选的，所述屏蔽层为三层，依次为坡莫合金、铁、铜。
优选的，第一二次线圈(N0)的两端和第二二次线圈(N3)的两端分别连接输出单元，用于输出所测得的二次电流。
优选的，所述双通道零磁通电流传感器还包括第一和第二补偿电路，
第一补偿电路位于第一检测线圈(N1)和第一补偿线圈(N2)之间；
第二补偿电路位于第二检测线圈(N4)和第二补偿线圈(N5)之间。
优选的，第一检测线圈(N1)的两端作为输入连接第一补偿电路，且第一补偿电路的输出连接在第一补偿线圈(N2)两端；
第二检测线圈(N4)的两端作为输入连接第二补偿电路，且第二补偿电路的输出连接在第二补偿线圈(N5)两端。
优选的，第一检测线圈(N1)的一端接地，第二检测线圈(N4)的一端接地。
优选的，第一补偿电路和第二补偿电路各自均包括前置放大电路、低通滤波电路、相位补偿电路以及后级放大电路。
优选的，第一贯通孔用于一路外部电流的穿过，第二贯通孔用于另一路外部电流的穿过，所述双通道零磁通电流传感器同时实现两路外部电流的检测。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，在以下方面具有明显优势：
1)本发明的双通道零磁通电流传感器利用零磁通补偿原理，内部结构简单，易于制作，传感器为穿心式结构，测量容性设备末屏泄漏电流时只需将其套在末屏接地线上即可，与测量设备完全电气绝缘，可靠性高；
2)本发明的双通道零磁通传感器电流由双通道组成，两个零磁通互感器之间磁路互相补偿，同时共用的中间铁芯只需要补偿两个磁路的差值部分，因此体积大大减小；此外铁芯轴正常工作下，两个检测线圈的磁路、电气回路相互独立，互不影响，检测灵敏度也得到了保证。
3)本发明的双通道零磁通电流传感器高精度转化、低阻抗输出，采用多层屏蔽结构，具有良好的现场抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明的双通道零磁通电流传感器的结构示意图；
图2是本发明的双通道零磁通电流传感器的主铁芯和辅助铁芯的形状示意图；
图3是本发明的双通道零磁通电流传感器的工作原理示意图；
图4是本发明的双通道零磁通电流传感器的补偿电路的组成示意图；
图5是本发明的双通道零磁通电流传感器位于工作状态时主铁芯和辅助铁芯的磁通方向示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1所示，本发明的双通道零磁通电流传感器包括主铁芯T1、辅助铁芯T2，第一二次线圈N0、第二二次线圈N3，第一检测线圈N1、第二检测线圈N4，以及第一补偿线圈N2、第二补偿线圈N5。
主铁芯T1和辅助铁芯T2形状相同，方便下上叠装，均具有贯通孔，主铁芯T1和辅助铁芯T2均具有中间轴，中间轴将主铁芯T1和辅助铁芯T2的贯通孔分开形成两个独立的第一贯通孔k1和第二贯通孔k2。主铁芯T1和辅助铁芯T2上下叠装，形成组合铁芯，该组合铁芯具有两个独立的贯通孔，即第一贯通孔k1和第二贯通孔k2。
在本发明的一个实施例中，主铁芯T1和辅助铁芯T2均呈环形，如图2(a)所示，在本发明的另一个实施例中，主铁芯T1和辅助铁芯T2均呈方形，如图2(b)所示。需要说明的是，本发明的主铁芯和辅助铁芯的形状不限于上述两种，能够形成两个独立的贯通孔即可。在本发明的一个实施例中，主铁芯T1和辅助铁芯T2均采用坡莫合金材料。
第一二次线圈N0穿过组合铁芯的第一贯通孔k1绕制于组合铁芯上；第二二次线圈N3穿过组合铁芯的第二贯通孔k2绕制于组合铁芯上。第一二次线圈N0的两端和第二二次线圈N3的两端分别连接输出单元，用于输出所测得的二次电流。
第一检测线圈N1穿过主铁芯T1的第一贯通孔k1绕制于主铁芯T1上；第二检测线圈N4穿过主铁芯T1的第二贯通孔k2绕制于主铁芯T1上。
第一补偿线圈N2穿过辅助铁芯T2的第一贯通孔k1绕制于辅助铁芯T2上；第二补偿线圈N5穿过主铁芯T1的第二贯通孔k2绕制于主铁芯T1上。
在本发明的一个实施例中，叠装后的主、辅助铁芯设置有多层屏蔽，多层屏蔽设置在主铁芯和辅助铁芯叠合形成一体的组合磁芯的外部。此外，组合铁芯两个独立的贯通孔的内壁同时也设置屏蔽层。屏蔽层分为三层，由内至外依次为坡莫合金、铁、铜。
本发明的双通道零磁通电流传感器还包括第一和第二补偿电路。
如图3所示，第一补偿电路位于第一检测线圈N1和第一补偿线圈N2之间。第一检测线圈N1的两端作为输入连接第一补偿电路，且第一检测线圈N1的一端接地。第一补偿电路的输出连接在第一补偿线圈N2两端。
类似的，第二补偿电路位于第二检测线圈N4和第二补偿线圈N5之间。第二检测线圈N4的两端作为输入连接第二补偿电路，且第二检测线圈N4的一端接地。第二补偿电路的输出连接在第二补偿线圈N5两端。
进一步的，如图4所示，第一补偿电路和第二补偿电路各自均包括前置放大电路、低通滤波电路、相位补偿电路以及后级放大电路。
本发明的双通道零磁通电流传感器的工作原理如下：
待检测的两路外部电流一次电流I1和一次电流I2分别穿过组合铁芯的第一贯通孔k1和第二贯通孔k2，在主铁芯T1和辅助铁芯T2中分别产生磁力线，磁力线的方向如图5所示。工作时，由于中间轴的存在，一次电流I1和一次电流I2的磁路部分重合，且在中间轴中的磁通方向相反。通常一次电流I1和一次电流I2差值不大，相位近似，也即一次电流I1和一次电流I2相差不大，因此两者产生的磁通也相差不大。通过线圈同极性布置，使两个待检测的一侧电流产生的磁力线多数形成闭环，两个待检测一次电流的差值部分形成的磁力线通过中间轴。由于差值非常小，因此，本发明中，中间轴的截面积为边轴截面积的20％，从而大大减轻重量。
具体进行一次电流I1的监测时，一次电流穿过第一贯通孔k1，第一检测线圈N1绕制于主铁芯T1上，用于检测第一贯通孔k1中的磁通量，同时为第一补偿电路提供电压信号。设置第一检测线圈的外部电阻为高阻值，例如1000Ω，使N1中电流近似为零，因此第一检测线圈N1不会对检测产生影响。第一补偿电路将获得的微弱电压信号进行前置放大，滤波去除噪声后通过相位补偿、后级放大后输出电流信号。第一补偿电路的输出连接至绕制于辅助线圈T2上的第一补偿线圈N2，第一补偿电路输出的补偿电流通过第一补偿线圈N2产生磁力线，使第一二次圈中磁密基本为零磁通，从而保证电流互感器的准确性。类似的，由第二检测线圈、第二补偿电路、第二补偿线圈进行另一路外部电流一次电流I2的检测。
由此，本发明的双通道零磁通电流传感器实现了两路电流的同时监测。由于两路检测回路的电气回路相互独立，互不影响，保证了本发明的双通道零磁通电流传感器的检测灵敏度。同时，本发明采用模块化设计，体积相比于单通道的零磁通传感器体积增长不大。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比：
1)本发明的双通道零磁通电流传感器利用零磁通补偿原理，内部结构简单，易于制作，传感器为穿心式结构，测量容性设备末屏泄漏电流时只需将其套在末屏接地线上即可，与测量设备完全电气绝缘，可靠性高；
2)本发明的双通道零磁通传感器电流由双通道组成，两个零磁通互感器之间磁路互相补偿，同时共用的中间铁芯只需要补偿两个磁路的差值部分，因此体积大大减小；此外，铁芯正常工作时，两个检测线圈的磁路、电气回路相互独立，互不影响，检测灵敏度也得到了保证。
3)本发明的双通道零磁通电流传感器高精度转化、低阻抗输出，采用多层屏蔽结构，具有良好的现场抗干扰能力。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种双通道零磁通电流传感器，其特征在于，该双通道零磁通电流传感器包括：主铁芯(T1)、辅助铁芯(T2)，第一二次线圈(N0)、第二二次线圈(N3)，第一检测线圈(N1)、第二检测线圈(N4)，以及第一补偿线圈(N2)、第二补偿线圈(N5)；
主铁芯和辅助铁芯形状相同，上下叠装形成组合铁芯，组合铁芯具有两个独立的贯通孔，即第一贯通孔(k1)和第二贯通孔(k2)；
第一贯通孔用于一路外部电流的穿过，第二贯通孔用于另一路外部电流的穿过，所述双通道零磁通电流传感器同时实现两路外部电流的检测；
第一二次线圈(N0)穿过组合铁芯的第一贯通孔(k1)绕制于组合铁芯上；第二二次线圈(N3)穿过组合铁芯的第二贯通孔(k2)绕制于组合铁芯上；
第一检测线圈(N1)穿过主铁芯(T1)的第一贯通孔(k1)绕制于主铁芯(T1)上；第二检测线圈(N4)穿过主铁芯(T1)的第二贯通孔(k2)绕制于主铁芯(T1)上；
第一补偿线圈(N2)穿过辅助铁芯(T2)的第一贯通孔(k1)绕制于辅助铁芯(T2)上；第二补偿线圈(N5)穿过主铁芯(T1)的第二贯通孔(k2)绕制于主铁芯(T1)上。
2.如权利要求1所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
所述主铁芯和辅助铁芯呈环形或方形，且均具有中间轴，中间轴将主铁芯和辅助铁芯分别分为两个独立的贯通孔。
3.如权利要求1所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
所述组合铁芯具有屏蔽层，设置在组合铁芯的外部以及贯通孔的内壁上。
4.如权利要求3所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
所述屏蔽层为三层，依次为坡莫合金、铁、铜。
5.如权利要求1所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
第一二次线圈(N0)的两端和第二二次线圈(N3)的两端分别连接输出单元，用于输出所测得的二次电流。
6.如权利要求1所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
所述双通道零磁通电流传感器还包括第一和第二补偿电路，
第一补偿电路位于第一检测线圈(N1)和第一补偿线圈(N2)之间；
第二补偿电路位于第二检测线圈(N4)和第二补偿线圈(N5)之间。
7.如权利要求6所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
第一检测线圈(N1)的两端作为输入连接第一补偿电路，且第一补偿电路的输出连接在第一补偿线圈(N2)两端；
第二检测线圈(N4)的两端作为输入连接第二补偿电路，且第二补偿电路的输出连接在第二补偿线圈(N5)两端。
8.如权利要求7所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
第一检测线圈(N1)的一端接地，第二检测线圈(N4)的一端接地。
9.如权利要求7所述的双通道零磁通电流传感器，其特征在于，
第一补偿电路和第二补偿电路各自均包括前置放大电路、低通滤波电路、相位补偿电路以及后级放大电路。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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