CN116699216A - 一种电流互感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电流互感器，涉及电流互感器技术领域，包括：磁芯、初级线圈、次级线圈、第一转换电路和第二转换电路，所述初级线圈和次级线圈绕设在所述磁芯上，所述初级线圈用于与待测电路连接，所述第一转换电路和第二转换电路的第一端与所述次级线圈的第一端连接、第二端与所述次级线圈的第二端连接并接地，所述第一转换电路和第二转换电路用于将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电；所述第一转换电路包括控制器，所述控制器用于计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再经过换算得到待测电路的电流值。本发明只采用一个磁芯和一组线圈，即可实现取电与测量功能，可缩小电流互感器体积，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及电流互感器技术领域，特别涉及一种电流互感器。
背景技术
电流互感器基于电磁感应原理设计，由磁芯与线圈组成，磁芯用来实现电磁转换，线圈实现电磁感应。工作时，当初级绕组有电流通过时，次级绕组上即刻有感应电流产生，通过间接测量次级绕组的感应电流，根据电流与匝数比例关系，即可计算出初级绕组电流，因此，通过电磁感应方式，能够无接触测量初级绕组电流值。
对于使用电流互感器测量电流者，需要把互感器引出的线圈的两个测量点引入到一个测量电路里，通过测量电路完成电流的测量。既然互感器线圈能够产生感应电流，那么该电流也可作为测量电路供电使用。因此，产生了利用电流互感器原理进行取电加电流测量一体的电流互感器。但市面上，大多采用取电与测量分开技术，即测量部分沿用原来的设计，一个磁芯搭配一组线圈，而取电部分又增加一个磁芯，绕制另一组线圈。这样导致使整个互感器体积较大，使用场合受到限制。
发明内容
本发明实施例提供一种电流互感器，以解决相关技术中现有技术采用两个磁芯和两组线圈分别进行取电与测量，导致整个互感器体积较大，使用场合受限的技术问题。
第一方面，提供了一种电流互感器，包括：
磁芯；
初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和次级线圈绕设在所述磁芯上，所述初级线圈用于与待测电路连接；
第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路和第二转换电路的第一端与所述次级线圈的第一端连接、第二端与所述次级线圈的第二端连接并接地，所述第一转换电路和第二转换电路用于将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电；所述第一转换电路包括控制器，所述控制器用于计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再经过换算得到待测电路的电流值。
一些实施例中，所述第一转换电路还包括：第一电阻和第一整流电路；
所述第一电阻的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述控制器的第一端连接；
所述第一整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接、第三端接地、第四端与所述控制器的第二端连接，所述第一整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第一直流电输出至所述第一电阻。
一些实施例中，所述第二转换电路还包括：第二电阻和第二整流电路；
所述第二电阻的第一端与所述第二整流电路的第一端连接、第二端接地，所述第二整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接，所述第二整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第二直流电输出至所述第二电阻。
一些实施例中，所述电流互感器还包括：第一差分放大电路、第二差分放大电路和加法电路；
所述第一差分放大电路用于采集所述第一电阻的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述加法电路；
所述第二差分放大电路用于采集所述第二电阻的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述加法电路；
所述加法电路用于将所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第二差分放大电路差分放大后的电压求和后输出至所述控制器；
所述控制器用于根据所述加法电路求和后的电压、所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值，计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再根据所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值和所述初级线圈和次级线圈的匝数比，计算得到待测电路的电流值。
一些实施例中，所述第一差分放大电路还用于采集所述第一电阻的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第一电阻的阻值，计算所述第一直流电的电流值；
所述第二差分放大电路还用于采集所述第二电阻的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第二差分放大电路差分放大后的电压和所述第二电阻的阻值，计算所述第二直流电的电流值；
所述控制器用于根据计算的所述第一直流电的电流值和所述第二直流电的电流值，采用移位平均值算法修正计算得到的所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值。
一些实施例中，所述第一转换电路还包括：
滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
一些实施例中，所述第一转换电路还包括：
稳压电路，所述稳压电路的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接、第三端与所述第一电阻的第一端连接。
一些实施例中，所述第一转换电路还包括：
旁路电容，所述旁路电容的第一端与所述第一电阻的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
一些实施例中，所述第一转换电路还包括：
负载电阻，所述负载电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
一些实施例中，所述第二转换电路还包括：
滤波电路，所述滤波电路与所述第二电阻并联。
本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种电流互感器，其设有磁芯、初级线圈、次级线圈、第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路和第二转换电路将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电，所述第一转换电路包括控制器，所述控制器计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，进而可以计算得到待测电路的电流值。本发明只采用一个磁芯和一组线圈，即可实现取电与测量功能，可缩小电流互感器体积，降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电流互感器的电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种电流互感器中的第一差分放大电路、第二差分放大电路和加法电路的电路结构示意图。
实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种电流互感器，其能解决现有技术采用两个磁芯和两组线圈分别进行取电与测量，导致整个互感器体积较大，使用场合受限的技术问题。
参见图1所示，本发明实施例提供了一种电流互感器，包括：磁芯、初级线圈、次级线圈、第一转换电路和第二转换电路。
所述初级线圈和次级线圈绕设在所述磁芯上，所述初级线圈用于与待测电路连接。
所述第一转换电路和第二转换电路的第一端与所述次级线圈的第一端连接、第二端与所述次级线圈的第二端连接并接地，所述第一转换电路和第二转换电路用于将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电；所述第一转换电路包括控制器，所述控制器用于计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再经过换算得到待测电路的电流值。具体地，所述控制器计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再根据所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值和所述初级线圈和次级线圈的匝数比，计算得到待测电路的电流值。例如，所述第一直流电和所述第二直流电的电流分别为A1和A2，所述初级线圈和次级线圈的匝数比为1：N，则计算得到待测电路的电流值为N×(A1+A2)。
本发明实施例中的电流互感器，其设有磁芯、初级线圈、次级线圈、第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路和第二转换电路将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电，所述第一转换电路包括控制器，所述控制器计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，进而可以计算得到待测电路的电流值。本发明只采用一个磁芯和一组线圈，即可实现取电与测量功能，可缩小电流互感器体积，降低成本。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第一转换电路还包括：第一电阻R1和第一整流电路。
所述第一电阻R1的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述控制器的第一端连接。
所述第一整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接、第三端接地、第四端与所述控制器的第二端连接，所述第一整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第一直流电输出至所述第一电阻R1。可选地，所述第一整流电路为全桥整流器D1，全桥整流器D1把所述次级线圈产生的交流电，经过整流后变为第一直流电，第一直流电可为所述控制器供电。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第二转换电路还包括：第二电阻R2和第二整流电路。
所述第二电阻R2的第一端与所述第二整流电路的第一端连接、第二端接地，所述第二整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接，所述第二整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第二直流电输出至所述第二电阻R2。可选地，所述第二整流电路为半波整流二极管D2，半波整流二极管D2把所述次级线圈产生的部分交流电，经过整流后变为第二直流电。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图2所示，所述电流互感器还包括：第一差分放大电路、第二差分放大电路和加法电路。
所述第一差分放大电路用于采集所述第一电阻R1的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述加法电路。
所述第二差分放大电路用于采集所述第二电阻R2的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述加法电路。
所述加法电路用于将所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第二差分放大电路差分放大后的电压求和后输出至所述控制器。
所述控制器用于根据所述加法电路求和后的电压、所述第一电阻R1的阻值和所述第二电阻R2的阻值，计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再根据所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值和所述初级线圈和次级线圈的匝数比，计算得到待测电路的电流值。
可选地，参见图2所示，所述第一差分放大电路包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第一运算放大器U1，所述第一电阻R1的第一端S1经所述第三电阻R3与所述第一运算放大器U1的正相输入端连接，所述第一电阻R1的第二端S2经所述第四电阻R4与所述第一运算放大器U1的反相输入端连接，所述第一运算放大器U1的正相输入端经所述第五电阻R5接地，所述第一运算放大器U1的反相输入端经所述第六电阻R6与所述第一运算放大器U1的输出端连接。
所述第二差分放大电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10和第二运算放大器U2，所述第二电阻R2的第一端S3经所述第七电阻R7与所述第二运算放大器U2的正相输入端连接，所述第二电阻R2的第二端S4经所述第八电阻R8与所述第二运算放大器U2的反相输入端连接，所述第二运算放大器U2的正相输入端经所述第九电阻R9接地，所述第二运算放大器U2的反相输入端经所述第十电阻R10与所述第二运算放大器U2的输出端连接。
所述加法电路包括第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14和第三运算放大器U3，所述第一运算放大器U1的输出端经所述第十一电阻R11与所述第三运算放大器U3的正相输入端连接，所述第二运算放大器U2的输出端经所述第十二电阻R12与所述第三运算放大器U3的正相输入端连接，所述第三运算放大器U3的反相输入端经所述第十三电阻R13接地，所述第三运算放大器U3的反相输入端经所述第十四电阻R14与所述第三运算放大器U3的输出端连接。其中，所述第一运算放大器U1、第二运算放大器U2、第三运算放大器U3的供电电源可以均来自所述第一直流电。
所述第三运算放大器U3的输出端与所述控制器的第三模数转换接口ADC3连接，实现了所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的两端电压相加总电压的测量，考虑所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的阻值，相当于计算得到流过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的电流和值，即所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再根据所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值和所述初级线圈和次级线圈的匝数比，计算得到待测电路的电流值。
所述控制器可以设置多个串口接口，通过串口接口实现程序烧录、升级等功能，还可以连接无线收发模块，把采集到的互感器电流数据经过数字编码，通过无线方式发送给接收端，实现电流互感器无线数字化方案。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，所述第一差分放大电路还用于采集所述第一电阻R1的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第一电阻R1的阻值，计算所述第一直流电的电流值。
所述第二差分放大电路还用于采集所述第二电阻R2的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第二差分放大电路差分放大后的电压和所述第二电阻R2的阻值，计算所述第二直流电的电流值。
所述控制器用于根据计算的所述第一直流电的电流值和所述第二直流电的电流值，采用移位平均值算法修正计算得到的所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值。
具体地，参见图2所示，所述第一运算放大器U1的输出端与所述控制器的第一模数转换接口ADC1连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述控制器的第二模数转换接口ADC2连接。理论上，所述控制器通过第三模数转换接口ADC3连接，就可以计算得到流过所述第一电阻R1和所述第二电阻R2的电流和值。但是，电路中运算放大器的偏置电压、电阻精度带来的相位差等因素，会影响最终测量精度，因此又引入了第一模数转换接口ADC1和第二模数转换接口ADC2，所述控制器分别单独采集所述第一电阻R1和所述二电阻R2的第一端和第二端的电压，分别计算所述第一直流电的电流值和所述第二直流电的电流值，与通过第三模数转换接口ADC3计算得到所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值进行移位平均值算法处理，修正所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，可以降低因硬件电路产生的外部干扰，提高后续计算的精度。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第一转换电路还包括：滤波电容C1，所述滤波电容C1的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。所述滤波电容C1可将所述第一整流电路输出的直流电滤波后输出。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第一转换电路还包括：稳压电路，所述稳压电路的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接、第三端与所述第一电阻的第一端连接。
具体地，所述稳压电路包括第十五电阻R15、三极管Q1、稳压管D2，所述稳压电路基于LDO原理设计，输出稳定的直流电压。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第一转换电路还包括：旁路电容C2，所述旁路电容C2的第一端与所述第一电阻的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。所述旁路电容C2既存储能量，提供瞬态能量输出，也可对输入的电流进行滤波，降低电压波动。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第一转换电路还包括：负载电阻R16，所述负载电阻R16的第一端与所述第一电阻R1的第二端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接，所述负载电阻R16提供微电流消耗，使所述稳压电路工作稳定。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述第二转换电路还包括：滤波电路，所述滤波电路与所述第二电阻并联。
具体地，所述滤波电路包括第十七电阻R17和第三电容C2，所述第十七电阻R17和第三电容C2串联后与所述第二电阻R2并联，所述第十七电阻R17和第三电容C2组成RC滤波，降低测量所述第二电阻R2的两端电压的干扰，使测量更准确。
作为可选的实施方式，在一个发明实施例中，参见图1所示，所述电流互感器还包括浪涌瞬态抑制器D4，所述浪涌瞬态抑制器D4的两端分别与所述次级线圈的第一端和第二端连接，所述浪涌瞬态抑制器D4用来消除由于较大电流波动产生的感应电流尖峰，使后接电路得到保护，避免损坏。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种电流互感器，其特征在于，包括：
磁芯；
初级线圈和次级线圈，所述初级线圈和次级线圈绕设在所述磁芯上，所述初级线圈用于与待测电路连接；
第一转换电路和第二转换电路，所述第一转换电路和第二转换电路的第一端与所述次级线圈的第一端连接、第二端与所述次级线圈的第二端连接并接地，所述第一转换电路和第二转换电路用于将所述次级线圈的感应交流电转换为第一直流电和第二直流电；所述第一转换电路包括控制器，所述控制器用于计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再经过换算得到待测电路的电流值。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：第一电阻和第一整流电路；
所述第一电阻的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述控制器的第一端连接；
所述第一整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接、第三端接地、第四端与所述控制器的第二端连接，所述第一整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第一直流电输出至所述第一电阻。
3.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述第二转换电路还包括：第二电阻和第二整流电路；
所述第二电阻的第一端与所述第二整流电路的第一端连接、第二端接地，所述第二整流电路的第二端与所述次级线圈的第一端连接，所述第二整流电路用于将所述次级线圈的感应交流电部分转换为第二直流电输出至所述第二电阻。
4.根据权利要求3所述的电流互感器，其特征在于，还包括：第一差分放大电路、第二差分放大电路和加法电路；
所述第一差分放大电路用于采集所述第一电阻的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述加法电路；
所述第二差分放大电路用于采集所述第二电阻的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述加法电路；
所述加法电路用于将所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第二差分放大电路差分放大后的电压求和后输出至所述控制器；
所述控制器用于根据所述加法电路求和后的电压、所述第一电阻的阻值和所述第二电阻的阻值，计算所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值，再根据所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值和所述初级线圈和次级线圈的匝数比，计算得到待测电路的电流值。
5.根据权利要求4所述的电流互感器，其特征在于：
所述第一差分放大电路还用于采集所述第一电阻的第一端和第二端的电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第一差分放大电路差分放大后的电压和所述第一电阻的阻值，计算所述第一直流电的电流值；
所述第二差分放大电路还用于采集所述第二电阻的第一端和第二端电压并差分放大后输出至所述控制器，所述控制器用于根据所述第二差分放大电路差分放大后的电压和所述第二电阻的阻值，计算所述第二直流电的电流值；
所述控制器用于根据计算的所述第一直流电的电流值和所述第二直流电的电流值，采用移位平均值算法修正计算得到的所述第一直流电和所述第二直流电的电流和值。
6.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：
滤波电容，所述滤波电容的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
7.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：
稳压电路，所述稳压电路的第一端与所述第一整流电路的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接、第三端与所述第一电阻的第一端连接。
8.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：
旁路电容，所述旁路电容的第一端与所述第一电阻的第一端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
9.根据权利要求2所述的电流互感器，其特征在于，所述第一转换电路还包括：
负载电阻，所述负载电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接、第二端与所述第一整流电路的第四端连接。
10.根据权利要求3所述的电流互感器，其特征在于，所述第二转换电路还包括：
滤波电路，所述滤波电路与所述第二电阻并联。
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