CN203502481U

CN203502481U - 单磁环四线圈直流电流检测装置

Info

Publication number: CN203502481U
Application number: CN201320662560.4U
Authority: CN
Inventors: 孟鹏飞; 万敏; 杨晗; 格润州; 张鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2023-10-25

Abstract

本实用新型公开一种单磁环四线圈直流电流检测装置，其包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L以及运算放大器U1；其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值满足，R1=R2=R3；其中，所述电感L由单磁环上缠绕线圈实现。本实用新型采用单磁环四线圈式的物理绕线结构：它能够很好的减小由于磁环开缝而带来的磁通减小误差，并且其特有的结构能够抑制物理绕线方式所带来的误差。本实用新型所设计的电路结构，相比于以往的检测电流方式与结构能够具有更好地抑制共模干扰。单磁环四线圈直流电流检测装置与现有直流电流检测装置相比，主要的优点是磁环为开环钳式，使用的时候直接将导线放入环内，简单方便。

Description

单磁环四线圈直流电流检测装置

技术领域

本实用新型涉及检测直流电流的直流电流检测装置，具体涉及一种采用单磁环四线圈的直流电流检测装置。

背景技术

目前，检测直流电流的直流电流检测装置主要有霍尔电流传感器、磁调试电流互感器、双磁环检测几种方式。

其中，霍尔电流互感器由于磁芯中存在气隙，极易受到外界大电流磁场的干扰而使检测误差增大；霍尔电流互感器当受到电流冲击后，容易产生剩磁而造成输出零点漂移。

磁通门电流互感器的灵敏度比较低，输出信号有偏置电压和噪声，对处理点电路要求高，容易受到温度的影响而产生零点漂移。

授权公告号为CN201133918Y的实用新型专利，公开了一种双磁环直流电流检测器，用于不断开被测电路时，检测直流电流。另外，中国知网上《基于双磁环线圈的直流电流的检测》一文公开了一种利用双磁环磁场能差分运算检测直流电流的技术。上述双磁环检测中，双磁环线圈温度特性相对较好，能够较好的抑制共模干扰，但是磁环没有开口，不便于将通电导线直接放入磁环内部。测量时，需要预先将测量装置放在导线上或者将线断开在放入磁环，这样不能随时测量，也会影响正常的工作及生产。

实用新型内容

因此，针对上述的问题，本实用新型提出一种新型的单磁环四线圈直流电流检测装置，采用单磁环的形式，将该单磁环设置为开环模式，便于将被测导线方便地放入检测磁环内，可以随时随地测量，从而解决现有技术之不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的思路是，采用单磁环的形式，将该单磁环设置为开环模式，便于将被测导线方便地放入检测磁环内，可以随时随地测量，不与被测导线没有电的接触，不消耗被测电源的功率，不对用电设备造成影响。单磁环上绕制的4个电感线圈，相比于双磁环线圈原理能更好地抑制共模干扰，同时仅使用了一个磁环，节约了材料与成本，并且线圈都放置在开口的气隙附近，磁环闭合后能够有效地减少漏磁，提高检测精度。

具体的，本实用新型的技术方案是，一种单磁环四线圈直流电流检测装置，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L以及运算放大器U1，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R3的两端分别连接运算放大器U1的同相输入端和输出端，构成正反馈电路，电感L的两端分别连接运算放大器U1的反相输入端和输出端，输出三角波信号。其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值满足，R1=R2=R3；其中，所述电感L由单磁环上缠绕线圈实现。

进一步的，所述电感L由单磁环上缠绕对称的4个线圈实现。更进一步的，所述4个线圈的绕向相同。

进一步的，针对电流传输中的漏电流现象，该单磁环四线圈直流电流检测装置还包括抑干扰电路，该抑干扰电路包括运算放大器U2、电阻R5、电容C1、电容C2和电容C3，电容C1的一端接于运算放大器U1的反相输入端，电容C1的另一端接于电阻R5的一端和运算放大器U2的输出端，电阻R5的另一端串联电容C2后接地，电容C3的两端分别连接运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U2的反相输入端串联电阻R4后接地，运算放大器U2的同相输入端接地。

本实用新型采用单磁环四线圈式的物理绕线结构：它能够很好的减小由于磁环开缝而带来的磁通减小误差，并且其特有的结构能够抑制物理绕线方式所带来的误差；本实用新型所设计的电路结构，相比于以往的检测电流方式与结构能够具有更好地抑制共模干扰。单磁环四线圈直流电流检测装置与现有直流电流检测装置相比，主要的优点是磁环为开环钳式，使用的时候直接将导线放入环内，简单方便。目前市面上的开环直流电流检测装置，大多来自国外，价格昂贵，此项技术的发明为开环检测装置的国产化提供了一条可行之路。此外，在一个磁环上绕制四个线圈，对称结构能够有效抑制共模干扰，能够在复杂的电气环境中正常工作，提高了测量精度。单磁环与双磁环技术相比，节约成本，制作工艺也更加简单。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的示意图；

图2为本实用新型的电感L的原理示意图；

图3为本实用新型的实施例2的示意图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本实用新型针对电流传输中的漏电流现象，利用现在较好的超顺磁材料超微晶合金，根据电磁感应原理设计出单磁环四线圈的电流检测模型，由此作为较高精度的开环直流电流传感器，并设计出一套直流电流检测装置，对该装置进行反复试验、调试，最终达到测量精度在0.1mA的工程要求。

实施例1

参见图1，本实用新型的一种单磁环四线圈直流电流检测装置，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L以及运算放大器U1，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R3的两端分别连接运算放大器U1的同相输入端和输出端，构成正反馈电路，电感L的两端分别连接运算放大器U1的反相输入端和输出端，输出三角波信号。其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值满足，R1=R2=R3。所述电感L由单磁环上缠绕线圈实现。

参见图2，优选的，所述电感L由单磁环上缠绕对称的4个线圈实现，所述4个线圈的绕向相同。

上述检测装置的检测电路中，其由三个阻值相同的电阻R1、R2、R3，电感L以及运算放大器U1组成，由电阻R3构成正反馈电路，输出的电感电流为三角波信号。电路在起振前，由于运算放大器U1自身存在偏置电压，于是输出电压，此时运算放大器U1的同相输入端电压为，由于电感L电流不能发生突变，起初时可以将电感L电流视为零，随着时间推移，通过电感L的电流逐渐增大，当电流值增大为，此时对于运算放大器U1，其同相输入端电位等于反相输入端电位，也即。当电感L的电流继续增大时，会出现情况，此时输出电压，运算放大器U1的同相输入端为。同样由于电感电流不能发生突变，则电感电流会逐渐减小，随着时间推移，当电流值减小为时，，随着电感电流继续减小，会出现状态，输出电压又变为，通过电感L的电流会以上述状态进行循环变化，电流波形的变化为类三角波。因此，上述基于单磁环四线圈的直流检测电路能够有效地抑制共模干扰，抗干扰能力更强。

实施例2

针对电流传输中的漏电流现象，该单磁环四线圈直流电流检测装置还包括抑干扰电路，参见图3，该抑干扰电路包括运算放大器U2、电阻R5、电容C1、电容C2和电容C3，电容C1的一端接于运算放大器U1的反相输入端，电容C1的另一端接于电阻R5的一端和运算放大器U2的输出端，电阻R5的另一端串联电容C2后接地，电容C3的两端分别连接运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U2的反相输入端串联电阻R4后接地，运算放大器U2的同相输入端接地。

测量时将通有电流的被测导线穿过磁环内孔，由上述电感线圈的工作特性可知，若在线圈上输入脉冲电压，则两个线圈中将产生周期性变化的三角波电流i。其中，在电流i增加阶段，磁环中将产生磁通。同时，被测导线的直流电流将在磁环中产生。这种情况下，磁通与磁通在磁环中形成的合成磁通为：。由于对于匝数为N的电感线圈，若其磁通量为

，电流为i时，其存储的磁场能为。可以推导出电流i增加阶段中，磁环中所储存的磁场能为：在电流i减少阶段中，储存在磁环中的磁场能将会通过电流放出，其中电流可以等效为一个交流分量与一个直流分量，交流部分为当被测导线的直流电流时释放的电流值，直流分量为被测导线产生磁通部分释放的磁场能所对应的电流值，这时传到下一级运算放大器的电压为。由运算放大器U2，电容C2、C3以及电阻R4、R5构成一个能够通交流阻直流电路结构，最后，通过运算放大器U2输出的电压即为，此时在电容C1的两端输出电压的交流部分相互抵消，只剩下被测导线产生磁通部分释放的磁场能所对应的电流值所对应的电压值。在磁场能释放过程中，储能电容C1中的能量为：。由于被测直流导线的匝数N为1，故在磁环中所产生的磁通为：，式中为磁环的磁导率；为磁环有效截面积；为磁路的平均长度。则电路中电容的能量表达式又可变换为：，而电容的电场能为：，所以，可得，由此可以得知被测导线中的电流。

本实用新型采用单磁环四线圈式的物理绕线结构，它能够很好的减小由于磁环开缝算带来的磁通减小误差，并且其特有的结构能够抑制物理绕线方式所带来的误差；同时，根据该单磁环四线圈式所设计的电路结构：相比于以往的检测电流方式与结构能够具有更好地抑制共模干扰。

单磁环四线圈直流电流检测装置与现有直流电流检测装置相比，主要的优点是磁环为开环钳式，使用的时候直接将导线放入环内，简单方便。目前市面上的开环直流电流检测装置，大多来自国外，价格昂贵，此项技术的发明为开环检测装置的国产化提供了一条可行之路。此外，在一个磁环上绕制四个线圈，对称结构能够有效抑制共模干扰，能够在复杂的电气环境中正常工作，提高了测量精度。单磁环与双磁环技术相比，节约成本，制作工艺也更加简单。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种单磁环四线圈直流电流检测装置，其特征在于：包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电感L以及运算放大器U1，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R2的一端接地，电阻R2的另一端连接运算放大器U1的同相输入端，电阻R3的两端分别连接运算放大器U1的同相输入端和输出端，构成正反馈电路，电感L的两端分别连接运算放大器U1的反相输入端和输出端；其中，电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值满足，R1=R2=R3；其中，所述电感L由单磁环上缠绕线圈实现。

2.根据权利要求1所述的直流电流检测装置，其特征在于：所述电感L由单磁环上缠绕对称的4个线圈实现。

3.根据权利要求2所述的直流电流检测装置，其特征在于：所述4个线圈的绕向相同。

4.根据权利要求1或2或3所述的直流电流检测装置，其特征在于：该单磁环四线圈直流电流检测装置还包括抑干扰电路，该抑干扰电路包括运算放大器U2、电阻R5、电容C1、电容C2和电容C3，电容C1的一端接于运算放大器U1的反相输入端，电容C1的另一端接于电阻R5的一端和运算放大器U2的输出端，电阻R5的另一端串联电容C2后接地，电容C3的两端分别连接运算放大器U2的反相输入端和运算放大器U1的反相输入端，运算放大器U2的反相输入端串联电阻R4后接地，运算放大器U2的同相输入端接地。