CN210805493U - 一种开合式电流互感器 - Google Patents
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Abstract
一种开合式电流互感器，包括电流检测单元和信号处理单元，电流检测单元包括待测主体电流检测模块和激磁电流检测模块，待测主体电流检测模块包括由一对可开合的铁芯构成的具有空气间隙的环形磁路、绕制于铁芯外的二次反馈线圈；激磁电流检测模块包括设置于空气间隙处的磁感应元件；信号处理单元包括的第一信号采集电路用于采集待测主体电流检测模块的信号，第二信号采集电路用于采集激磁电流检测模块的信号，信号叠加电路用于将第一、第二信号采集电路采集到的信号进行叠加后输出至信号输出电路，信号输出电路将电压信号转为电流信号后输出。本实用新型可以实时对开合式电流互感器的误差进行补偿，并且可以提高产品批量化的生产性能。
Description
技术领域
本实用新型属于电流测量技术领域，具体涉及一种开合式电流互感器。
背景技术
电流互感器由于其安装的便利性和使用的可靠性，在电力***中得到了广泛应用，尤其多用于电流测量的场景中。电流互感器是依据I1N1＝I2N2的基础公式进行设计的，式中的I1表示一次被测电流，N1表示一次被测电流的线圈匝数(一般为1匝)，I2表示二次电流，N2表示二次反馈线圈的匝数。但在实际使用过程中，由于激磁电流F的存在，实际的转化公式为I1N1＝I2N2+F。为了减少因激磁电流导致的误差，目前常用的误差补偿方法是改变二次反馈线圈的匝数N2。
对于闭合式电流互感器来说，由于磁路中(铁芯)没有空气间隙，产品本身的误差较小，同一批产品的误差相差也比较小，只要改变少许线圈的匝数就可以达到误差补偿的目的，并且批量生产误差也可以控制。而对于开合式电流互感器来说，由于磁路具有空气间隙，产品本身误差相对较大，而且每次开合后，空气间隙处的结构会产生一些变化，误差量也会随结构处的变化而变化，误差就会越来越大。如果仍通过改变线圈匝数来进行补偿，一方面需要改变较多的匝数，另一方面，由于每一台电流互感器的改变量也不同，量产的品质难以控制，而且受到互感器开合的影响，也会给现场使用带来不便。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种可以减小误差的开合式电流互感器。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种开合式电流互感器，包括电流检测单元和信号处理单元，所述电流检测单元包括待测主体电流检测模块和激磁电流检测模块，所述待测主体电流检测模块包括由一对可开合的铁芯构成的具有空气间隙的环形磁路、绕制于所述铁芯外的二次反馈线圈；所述激磁电流检测模块包括设置于所述空气间隙处的磁感应元件；所述信号处理单元包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、信号叠加电路和信号输出电路，所述第一信号采集电路用于采集所述待测主体电流检测模块的信号，所述第二信号采集电路用于采集所述激磁电流检测模块的信号，所述信号叠加电路用于将所述第一信号采集电路和所述第二信号采集电路采集到的信号进行叠加后输出至所述信号输出电路，所述信号输出电路将电压信号转为电流信号后输出。
更具体的，所述磁感应元件为磁阻传感器。
更具体的，所述磁感应元件为TMR型磁阻传感器。
更具体的，所述第一信号采集电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端和反向输入端分别和所述二次反馈线圈的两端相连，正向输入端接地并与差分放大器的输出端相连，反向输入端与差分放大器的输出端相连，所述差分放大器的输出端和所述信号叠加电路的输入端相连；和/或所述第二信号采集电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端和反向输入端分别和所述磁感应元件的两输出端相连，正向输入端接地并与差分放大器的输出端相连，反向输入端与差分放大器的输出端相连，所述差分放大器的输出端和所述信号叠加电路的输入端相连。
更具体的，信号采集电路中的差分放大器的正向输入端经电阻(R5/R10)接地，并经电阻(R4/R9)与差分放大器的输出端相连，反向输入端经电阻(R2/R7)与差分放大器的输出端相连。
更具体的，所述信号叠加电路为反向加法电路。
更具体的，所述信号叠加电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反向输入端为信号叠加电路的输入端，反向输入端同时与第一运算放大器的输出端相连，正向输入端接地，输出端与所述信号输出电路的输入端相连。
更具体的，所述第一运算放大器的反向输入端经电阻(R12)与所述第一信号采集电路的输出端相连，并经电阻(R13)与所述第二信号采集电路的输出端相连；所述第一运算放大器的反向输入端经电阻(R14)与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的正向输入端经电阻(R15)接地。
更具体的，所述信号输出电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、NPN三极管和PNP三极管，所述第二运算放大器的正向输入端接地，反向输入端与所述信号叠加电路的输出端以及所述NPN三极管的发射极相连，输出端分别与所述NPN三极管的基极和所述PNP三极管的基极相连；所述PNP三极管的集电极接外部供电电源的负极，发射极接所述信号输出电路的输出端；所述NPN三极管的发射极接所述信号输出电路的输出端，集电极接外部供电电源的正极；所述第三运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反向输入端相连，正向输入端接地，反向输入端接所述信号输出电路的输出端，反向输入端同时接所述第三运算放大器的输出端。
更具体的，所述第二运算放大器的正向输入端经电阻(R17)接地，反向输入端经电阻(R16)与信号叠加电路的输出端相连；所述PNP三极管的发射极和所述NPN三极管的发射极经电阻(R23)接信号输出电路的输出端，所述NPN三极管的集电极经电阻(R22)与所述第二运算放大器的反向输入端相连；所述第三运算放大器的输出端经电阻(R18)与所述第二运算放大器的反向输入端相连，正向输入端经电阻(R21)接地，反向输入端经电阻(R20)接信号输出电路的输出端，反向输入端同时经并联的电阻(R19)和电容(C1)接所述第三运算放大器的输出端。
由以上技术方案可知，本实用新型在开合式磁芯的空气间隙处设置独立的磁感应元件，使用磁感应元件测量互感器中剩余的激磁电流(剩余电流、误差电流)，和主体电流检测单元检测到的二次转换的电流叠加后输出，可以有效的对开合式电流互感器误差进行补偿，并且可以提高产品批量化的生产性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例电流检测单元的结构示意图；
图2为本实用新型实施例的框图；
图3a为本实用新型实施例第一信号采集电路的电路图；
图3b为本实用新型实施例第二信号采集电路的电路图；
图4为本实用新型实施例信号叠加电路的电路图；
图5为本实用新型实施例信号输出电路的电路图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地说明。
具体实施方式
开合式电流互感器包括电流检测单元和信号处理单元，信号处理单元将电流检测单元检测到的信号处理后向外输出。本实用新型的电流检测单元包括待测主体电流检测模块和激磁电流检测模块，其中，待测主体电流检测模块用于检测待测主体的电流，激磁电流检测模块用于检测磁路中存在的激磁电流。本实用新型的待测主体电流检测模块和常规的电流互感器的电流检测部分的结构相同。如图1所示，本实施例的待测主体电流检测模块包括一对可开合的铁芯1，两个铁芯1相对布置，形成环形的磁路，铁芯1可用硅钢片、坡莫合金、纳米晶等磁性材料制成。铁芯1设置于绝缘副壳(未图示)内，并在绝缘副壳外用绝缘漆包线绕制形成二次反馈线圈2，二次反馈线圈2的两输出端(V1out+、V1out-)之间接有二次负荷电阻R0，二次反馈线圈2的两输出端同时与信号处理单元相连，将检测到的信号传送给信号处理单元。
激磁电流检测模块包括磁感应元件3，磁感应元件3设置于由铁芯1构成的磁路的空气间隙内a，磁感应单元3可采用TMR、GMR、AMR等磁阻传感器。磁感应单元3的输出端(V2out+、V2out-)和信号处理单元相连，将检测到的(电压)信号传送给信号处理单元。
如图2所示，本实施例的信号处理单元包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、信号叠加电路和信号输出电路。第一信号采集电路用于采集待测主体电流检测模块的信号，第二信号采集电路用于采集激磁电流检测模块的信号，信号叠加电路用于将两个信号采集电路采集到的信号进行叠加后输出至信号输出电路，信号输出电路将信号叠加电路输出的信号进行处理后输出。
本实施例的第一信号采集电路和第二信号采集电路的电路结构相同，下面以第一信号采集电路为例对信号采集电路进行说明。如图3a所示，第一信号采集电路由差分放大器组成，差分放大器U1的正向输入端和反向输入端分别经电阻R1、电阻R3和待测主体电流检测模块的两个输出端(V1out-、V1out+)相连，正向输入端同时经电阻R5接地，正向输入端还经电阻R4与差分放大器U1的输出端(V3out)相连，反向输入端经电阻R2与差分放大器U1的输出端相连，差分放大器U1的输出端和信号叠加电路的输入端相连。
如图3b所示，第二信号采集电路也由差分放大器组成，对应的，第二信号采集电路的差分放大器U2的正向输入端和反向输入端分别经电阻R6、电阻R8和激磁电流检测模块的两个输出端(V2out-、V2out+)相连，其它电路的结构和第一信号采集电路的结构相同，可参考前述第一信号采集电路的说明，此处不再赘述。
信号叠加电路为加法电路，用于将两路信号采集电路输出的信号叠加后输出。本实施例的信号叠加电路采用反向加法电路，在其他的实施例中也可以采用同向加法电路。如图4所示，本实施例的信号叠加电路包括第一运算放大器U3，第一运算放大器U3的反向输入端为信号叠加电路的输入端，接收第一信号采集电路和第二信号采集电路输出的信号。第一信号采集电路的输出端(V3out)经电阻R12与第一运算放大器U3的反向输入端相连，第二信号采集电路的输出端(V4out)经电阻R13与第一运算放大器U3的反向输入端相连，第一运算放大器U3的反向输入端同时经电阻R14与第一运算放大器U3的输出端(V6out)相连，第一运算放大器U3的正向输入端经电阻R15接地。本实施例使用反向加法电路，对采集电路输出的信息进行叠加处理后输出给信号输出电路。
信号输出电路为电压转电流电路，对叠加后的信号进行电流输出处理。如图5所示，本实施例的信号输出电路由两个运算放大器组成的高精度电压转电流电路，其包括第二运算放大器U4、第三运算放大器U5、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2。第二运算放大器U4的正向输入端经电阻R17接地，反向输入端经电阻R16与信号叠加电路的输出端(V6out)相连，反向输入端同时经电阻R22与NPN三极管Q1的发射极相连，输出端分别与NPN三极管Q1的基极和PNP三极管Q2的基极相连。PNP三极管Q2的集电极接接外部供电电源的负极VEE，发射极经电阻R23接信号输出电路的输出端(V7out)。NPN三极管Q1的发射极同样经电阻R23接信号输出电路的输出端，集电极接外部供电电源的正极VCC。第三运算放大器U5的输出端经电阻R18与第二运算放大器U4的反向输入端相连，正向输入端经电阻R21接地，反向输入端经电阻R20接信号输出电路的输出端，反向输入端同时经并联的电阻R19和电容C1接第三运算放大器U5的输出端。信号输出电路通过电压转电流电路将叠加的电压信号转化为电流输出。
本实用新型可以对开合式电流互感器进行误差补偿，误差补偿的方法为：
基于互感器原理，通过待测主体电流检测模块中的二次反馈线圈对电流进行检测，得到二次电流值I2；
同时通过放置在铁芯的空气间隙处的磁感应单元对磁路(铁芯)内剩余的激励电流进行检测，得到激磁电流值IF；
将采集到的二次电流值I2和激磁电流值IF进行信号叠加处理，按照下式计算一次被测电流I1：I1N1＝I2N2+IF；
将叠加计算得到的结果转化后进行输出。
优选的，在采集到二次电流值和激磁电流值后，可以通过硬件电路进行滤波、放大等处理，也可以通过软件电路进行数字处理。
本实用新型的互感器设置了两个相互独立的电流检测单元，用由磁阻传感器组成的激磁电流检测单元检测磁路中的激磁电流，并在信号处理单元中对两路检测信号进行叠加输出，从而可以实时对开合式电流互感器的误差进行补偿，并且可以提高产品批量化的生产性能。
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的范围之中。
Claims (10)
1.一种开合式电流互感器，包括电流检测单元和信号处理单元，其特征在于：
所述电流检测单元包括待测主体电流检测模块和激磁电流检测模块，所述待测主体电流检测模块包括由一对可开合的铁芯构成的具有空气间隙的环形磁路、绕制于所述铁芯外的二次反馈线圈；所述激磁电流检测模块包括设置于所述空气间隙处的磁感应元件；
所述信号处理单元包括第一信号采集电路、第二信号采集电路、信号叠加电路和信号输出电路，所述第一信号采集电路用于采集所述待测主体电流检测模块的信号，所述第二信号采集电路用于采集所述激磁电流检测模块的信号，所述信号叠加电路用于将所述第一信号采集电路和所述第二信号采集电路采集到的信号进行叠加后输出至所述信号输出电路，所述信号输出电路将电压信号转为电流信号后输出。
2.如权利要求1所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述磁感应元件为磁阻传感器。
3.如权利要求1或2所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述磁感应元件为TMR型磁阻传感器。
4.如权利要求1所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述第一信号采集电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端和反向输入端分别和所述二次反馈线圈的两端相连，正向输入端接地并与差分放大器的输出端相连，反向输入端与差分放大器的输出端相连，所述差分放大器的输出端和所述信号叠加电路的输入端相连；和/或所述第二信号采集电路包括差分放大器，所述差分放大器的正向输入端和反向输入端分别和所述磁感应元件的两输出端相连，正向输入端接地并与差分放大器的输出端相连，反向输入端与差分放大器的输出端相连，所述差分放大器的输出端和所述信号叠加电路的输入端相连。
5.如权利要求4所述的开合式电流互感器，其特征在于：信号采集电路中的差分放大器的正向输入端经电阻(R5/R10)接地，并经电阻(R4/R9)与差分放大器的输出端相连，反向输入端经电阻(R2/R7)与差分放大器的输出端相连。
6.如权利要求1所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述信号叠加电路为反向加法电路。
7.如权利要求6所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述信号叠加电路包括第一运算放大器，所述第一运算放大器的反向输入端为信号叠加电路的输入端，反向输入端同时与第一运算放大器的输出端相连，正向输入端接地，输出端与所述信号输出电路的输入端相连。
8.如权利要求7所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述第一运算放大器的反向输入端经电阻(R12)与所述第一信号采集电路的输出端相连，并经电阻(R13)与所述第二信号采集电路的输出端相连；所述第一运算放大器的反向输入端经电阻(R14)与所述第一运算放大器的输出端相连，所述第一运算放大器的正向输入端经电阻(R15)接地。
9.如权利要求1所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述信号输出电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、NPN三极管和PNP三极管，所述第二运算放大器的正向输入端接地，反向输入端与所述信号叠加电路的输出端以及所述NPN三极管的发射极相连，输出端分别与所述NPN三极管的基极和所述PNP三极管的基极相连；所述PNP三极管的集电极接外部供电电源的负极，发射极接所述信号输出电路的输出端；所述NPN三极管的发射极接所述信号输出电路的输出端，集电极接外部供电电源的正极；所述第三运算放大器的输出端与所述第二运算放大器的反向输入端相连，正向输入端接地，反向输入端接所述信号输出电路的输出端，反向输入端同时接所述第三运算放大器的输出端。
10.如权利要求9所述的开合式电流互感器，其特征在于：所述第二运算放大器的正向输入端经电阻(R17)接地，反向输入端经电阻(R16)与信号叠加电路的输出端相连；所述PNP三极管的发射极和所述NPN三极管的发射极经电阻(R23)接信号输出电路的输出端，所述NPN三极管的集电极经电阻(R22)与所述第二运算放大器的反向输入端相连；所述第三运算放大器的输出端经电阻(R18)与所述第二运算放大器的反向输入端相连，正向输入端经电阻(R21)接地，反向输入端经电阻(R20)接信号输出电路的输出端，反向输入端同时经并联的电阻(R19)和电容(C1)接所述第三运算放大器的输出端。
Priority Applications (1)
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| CN201921810050.0U CN210805493U (zh) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | 一种开合式电流互感器 |
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| CN201921810050.0U CN210805493U (zh) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | 一种开合式电流互感器 |
Publications (1)
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ID=71226109
Family Applications (1)
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| CN201921810050.0U Active CN210805493U (zh) | 2019-10-25 | 2019-10-25 | 一种开合式电流互感器 |
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