專利名稱：直流電流傳感裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電工技術(shù)中的直流電流測(cè)量設(shè)備。
專利號(hào)ZL 97240789.8的實(shí)用新型專利“直流大電流傳感器”，其電路包括雙耦合磁檢零器采集信號(hào)，利用反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磁勢(shì)平衡來(lái)進(jìn)行測(cè)量。這種裝置屬于閉環(huán)測(cè)量原理，因而具有閉環(huán)原理的共同優(yōu)點(diǎn)，即測(cè)量的精度較高，穩(wěn)定性好；抗干擾能力較強(qiáng)。缺點(diǎn)(一)存在閉環(huán)系統(tǒng)高電壓增益帶來(lái)的振蕩問(wèn)題及維持磁勢(shì)平衡帶來(lái)的大功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題；(二)電路調(diào)試復(fù)雜。
本發(fā)明的直流電流傳感裝置，包括傳感頭、電源變壓器、激勵(lì)變壓器、電阻、二極管，其特征在于(1)所述傳感頭結(jié)構(gòu)為形狀相同的第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯和第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯，分別繞有匝數(shù)相同的第一檢測(cè)繞組和第二檢測(cè)繞組，經(jīng)拼裝后，它們外面繞有補(bǔ)償繞組，整體置于屏蔽鐵芯的環(huán)形空腔中，屏蔽鐵芯外面繞有二次繞組；(2)二次繞組的同名端依次串接第一電感線圈、標(biāo)準(zhǔn)電阻后接地，二次繞組異名端接第一二極管陰極，第一二極管陽(yáng)極接電源變壓器副邊繞組同名端，該副邊繞組異名端接地；(3)第一檢測(cè)繞組的同名端與第二檢測(cè)繞組的異名端相連，并與激磁變壓器副邊繞組異名端連接，該副邊繞組同名端同時(shí)連接第一取樣電阻和第二取樣電阻的一端、第一取樣電阻另一端接第二二極管陽(yáng)極并接地，第二二極管陰極與第一檢測(cè)繞組異名端連接，第二取樣電阻另一端連接運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器輸入端和第三二極管陽(yáng)極，第三二極管陰極接第二檢測(cè)繞組同名端；(4)運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器輸出端連接補(bǔ)償繞組異名端、補(bǔ)償繞組同名端串接第二電感線圈后接至第一電感線圈和標(biāo)準(zhǔn)電阻的連接點(diǎn)上。
所述的直流電流傳感裝置，所述傳感頭可以為兩個(gè)半環(huán)合成的圓環(huán)狀，第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯、第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯、屏蔽鐵芯、第一檢測(cè)繞組、第二檢測(cè)繞組、補(bǔ)償繞組和二次繞組在兩個(gè)半環(huán)上均勻排布，兩個(gè)半環(huán)之間各繞組通過(guò)導(dǎo)線電氣連接。
所述的直流電流傳感裝置，屏蔽鐵芯可以由帶狀冷軋硅鋼片卷繞成環(huán)狀，經(jīng)拼裝而構(gòu)成內(nèi)有空腔的環(huán)形。
本發(fā)明既具有如專利號(hào)ZL 01219393.3“高精度強(qiáng)直流傳感器”的開(kāi)環(huán)測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)，即不存在閉環(huán)系統(tǒng)高電壓增益帶來(lái)的振蕩問(wèn)題，還避免了維持磁勢(shì)平衡而帶來(lái)的大功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題；本發(fā)明也具有如專利號(hào)ZL97240789.8“直流大電流傳感器”的閉環(huán)測(cè)量?jī)?yōu)點(diǎn)，即測(cè)量精度較高、穩(wěn)定性好，抗干擾能力強(qiáng)，具有自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)奶匦?，整機(jī)性能價(jià)格比高?？蓮V泛用于電冶煉、電化學(xué)、電鍍、電力、電氣車輛等行業(yè)直流電流的在線檢測(cè)。
圖2傳感頭截面圖。
圖3本發(fā)明直流電流傳感裝置電路圖。


圖1所示，直流電流傳感器裝置的傳感頭外型為兩個(gè)半環(huán)構(gòu)成的圓環(huán)狀，其截面如圖2所示形狀相同的第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯C2和第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯C3上分別繞有匝數(shù)相同的第一檢測(cè)繞組WD1、第二檢測(cè)繞組WD2，經(jīng)拼裝后在它們的外面繞上補(bǔ)償繞組WC，然后將它們整體置于具有環(huán)形空腔結(jié)構(gòu)的屏蔽鐵芯C1的空腔中，在屏蔽鐵芯C1外再繞上二次繞組W2。圖3所示的一次繞組W1即傳輸被測(cè)直流電流I1的母線，從如圖1所示的傳感頭中心圓孔穿過(guò)。
圖3給出了直流電流傳感裝置的電路圖。傳感頭T中二次繞組W2的同名端依次連接二次平衡電流I2S的第一電感線圈L1、標(biāo)準(zhǔn)電阻RS后與大地相連，異名端與第一二極管D1的陰極相連，第一二極管D1的陽(yáng)極與電源變壓器T1的副邊繞組的同名端相連，副邊繞組的異名端連接到接地點(diǎn)；第一檢測(cè)繞組WD1的同名端與第二檢測(cè)繞組WD2的異名端相連后，連接到激磁變壓器T2的副邊繞組異名端，它的同名端同時(shí)將兩個(gè)檢測(cè)信號(hào)第一取樣電阻R1和第二取樣電阻R2的一端連接在一起；電阻R1的另一端與第二二極管D2的陽(yáng)極同時(shí)連接到地，二極管D2的陰極與第一檢測(cè)繞組WD1的異名端相接；電阻R2的另一端同時(shí)與運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器A的輸入端，以及第三二極管D3的陽(yáng)極相連，第三二極管D3的陰極連接到第二檢測(cè)繞組WD2的同名端；運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器A的輸出端與補(bǔ)償繞組WC的異名端相連，補(bǔ)償繞組的同名端與二次補(bǔ)償電流I2C的第二電感線圈L2的一端相連，另一端連接到第一電感線圈L1與標(biāo)準(zhǔn)電阻RS串聯(lián)的節(jié)點(diǎn)上。
本裝置投入運(yùn)行后，由電源變壓器T1經(jīng)二極管D1提供半波電流流經(jīng)二次繞組W2，在半個(gè)周期內(nèi)由屏蔽鐵芯C1和二次繞組W2，自動(dòng)建立二次平衡電流I2S與一次被測(cè)電流I1之間的直流磁勢(shì)平衡，這種磁勢(shì)平衡是由鐵芯的近似矩形磁化曲線的特性決定的，它避免了使用大功率電子器件驅(qū)動(dòng)二次平衡電流I2S的有源方法，而實(shí)現(xiàn)直流磁勢(shì)平衡。它不同于傳統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)中由高的開(kāi)環(huán)電壓增益(一般大于1000倍)、PID調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)及大功率從動(dòng)源驅(qū)動(dòng)構(gòu)成的直流磁勢(shì)平衡，因而不存在系統(tǒng)的振蕩及大功率驅(qū)動(dòng)問(wèn)題。由于這種磁勢(shì)平衡一般沒(méi)有閉環(huán)系統(tǒng)磁勢(shì)平衡的精確度高，本發(fā)明合理地將鐵芯設(shè)計(jì)成中心空腔結(jié)構(gòu)，在屏蔽鐵芯C1空腔內(nèi)設(shè)置零安匝檢測(cè)鐵芯C2、C3和檢測(cè)繞組WD1、WD2用以檢測(cè)該半周期內(nèi)上述直流磁勢(shì)平衡的安匝差。經(jīng)激磁變壓器T2激磁后，檢測(cè)繞組WD1、WD2的輸出電流信號(hào)經(jīng)二極管D2、D3和信號(hào)取樣電阻R1、R2以及運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器A，輸出直流補(bǔ)償電流I2C回饋到補(bǔ)償繞組WC，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)鐵芯C2、C3的直流零安匝補(bǔ)償，維持了高精度的直流磁勢(shì)平衡。本發(fā)明因一次被測(cè)電流I1的磁勢(shì)W1I1，絕大部分已被二次繞組W2由交流電源變壓器T1提供的電流磁勢(shì)W2I2S自動(dòng)平衡掉，由剩余磁勢(shì)W1I1-W2I2S產(chǎn)生的補(bǔ)償電流I2C就很小，運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器A的功耗小，可靠性高、價(jià)格也低。更有意義的是，檢測(cè)鐵芯C2、C3、檢測(cè)繞組WD1、WD2補(bǔ)償繞組WC、電子模塊A等構(gòu)成的補(bǔ)償電流回饋系統(tǒng)，是一個(gè)低電壓放大倍數(shù)的直流自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)，而不是高電壓放大倍數(shù)形成的閉環(huán)反饋系統(tǒng)，因而也不存在閉環(huán)系統(tǒng)高電壓增益帶來(lái)的振蕩問(wèn)題，然而該回饋系統(tǒng)的補(bǔ)償電流I2C仍具有閉環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)奶匦浴ｋm然該直流磁勢(shì)平衡與差流回饋補(bǔ)償系統(tǒng)是工作在半個(gè)周期的情況下，但二次平衡電流I2S和二次補(bǔ)償電流I2C分別流經(jīng)濾波電感線圈L1和L2后，即可得到所希望的直流。二次平衡電流I2S與二次補(bǔ)償電流I2C通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻RS疊加，得到本直流電流傳感裝置的二次電流I2＝I2S+I2C，從而實(shí)現(xiàn)二次安匝W2I2與一次直流安匝W1I1的磁勢(shì)幾乎完全平衡W2I2≈W1I1，通常被測(cè)直流電流母線的匝數(shù)為1匝，即W1＝1，二次繞組W2與補(bǔ)償繞組WC的匝數(shù)相同，即W2＝WC為多匝，所以二次小電流I2＝(W1/W2)I1準(zhǔn)確地表示被測(cè)一次大電流，比率系數(shù)W1/W2為一次與二次繞組的匝數(shù)比，為一常數(shù)。二次電流I2流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電阻RS，在標(biāo)準(zhǔn)電阻上得到電壓值I2RS，以滿足要求以電壓信號(hào)輸出的數(shù)字儀器、計(jì)算機(jī)采樣等。
權(quán)利要求
1.一種直流電流傳感裝置，包括傳感頭、電源變壓器、激勵(lì)變壓器、電阻、二極管，其特征在于(1)所述傳感頭結(jié)構(gòu)為形狀相同的第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯和第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯，分別繞有匝數(shù)相同的第一檢測(cè)繞組和第二檢測(cè)繞組，經(jīng)拼裝后，它們外面繞有補(bǔ)償繞組，整體置于屏蔽鐵芯的環(huán)形空腔中，屏蔽鐵芯外面繞有二次繞組；(2)二次繞組的同名端依次串接第一電感線圈、標(biāo)準(zhǔn)電阻后接地，二次繞組異名端接第一二極管陰極，第一二極管陽(yáng)極接電源變壓器副邊繞組同名端、該副邊繞組異名端接地；(3)第一檢測(cè)繞組的同名端與第二檢測(cè)繞組的異名端相連，并與激磁變壓器副邊繞組異名端連接，該副邊繞組同名端同時(shí)連接第一取樣電阻和第二取樣電阻的一端，第一取樣電阻另一端接第二二極管陽(yáng)極并接地，第二二極管陰極與第一檢測(cè)繞組異名端連接，第二取樣電阻另一端連接運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器輸入端和第三二極管陽(yáng)極，第三二極管陰極接第二檢測(cè)繞組同名端；(4)運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器輸出端連接補(bǔ)償繞組異名端、補(bǔ)償繞組同名端串接第二電感線圈后接至第一電感線圈和標(biāo)準(zhǔn)電阻的連接點(diǎn)上。
2.如權(quán)利要求1所述的直流電流傳感裝置，其特征在于所述傳感頭為兩個(gè)半環(huán)合成的圓環(huán)狀，第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯、第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯、屏蔽鐵芯、第一檢測(cè)繞組、第二檢測(cè)繞組、補(bǔ)償繞組和二次繞組在兩個(gè)半環(huán)上均勻排布，兩個(gè)半環(huán)之間各繞組通過(guò)導(dǎo)線電氣連接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直流電流傳感裝置，其特征在于屏蔽鐵芯由帶狀冷軋硅鋼片卷繞成環(huán)狀，經(jīng)拼裝而構(gòu)成內(nèi)有空腔的環(huán)形。
全文摘要
直流電流傳感裝置，屬于電工技術(shù)中的直流電流測(cè)量設(shè)備，解決無(wú)振蕩源、無(wú)大功率驅(qū)動(dòng)和高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性的整流系統(tǒng)直流電流測(cè)量問(wèn)題。本裝置包括傳感頭、電源變壓器、激勵(lì)變壓器、電阻、電感、二極管和運(yùn)算放大及驅(qū)動(dòng)器，傳感頭結(jié)構(gòu)為第一環(huán)形檢測(cè)鐵芯和第二環(huán)形檢測(cè)鐵芯分別繞有匝數(shù)相同的第一檢測(cè)繞組和第二檢測(cè)繞組，經(jīng)拼裝后，外面繞有補(bǔ)償繞組，整體置于屏蔽鐵芯空腔中，屏蔽鐵芯外面繞有二次繞組，本發(fā)明兼具開(kāi)環(huán)測(cè)量和閉環(huán)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)，不存在高電壓增益帶來(lái)的振蕩，避免大功率驅(qū)動(dòng)，測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)，可廣泛用于電冶煉、電化學(xué)、電鍍、電力、電氣車輛等行業(yè)直流電流在線檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01R19/00GK1412568SQ0213920
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2002年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月25日
發(fā)明者任士焱 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)