RU2133473C1 - Contactless electric current measuring technique - Google Patents

Abstract

FIELD: AC, DC, and ripple current measurement technology for relay protective gear. SUBSTANCE: measurement technology includes following procedures: main magnetic flux is built up in ferromagnetic core by means of primary winding deposited on it which carries current under measurement and opposing magnetic flux is created by means of secondary winding deposited on mentioned core which carries compensating current; polarity of compensating current derivative is periodically reversed and value of current under measurement is found from low-frequency component of compensating current; in addition, mentioned periodic reversal of polarity of compensating current derivative is effected in case instant value of this current goes beyond following limits:

and

, where I_max and I_min are limit values of current measurement range; W1 and W2 is turn number of primary and secondary winding, respectively; H_s is magnetic field intensity in ferromagnetic core corresponding to its saturation limit; L is length of central magnetic line of force. EFFECT: reduced additive error , improved sensitivity, simplified design of device implementing this technique. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при построении устройств для измерения постоянного, переменного и импульсного токов, в частности, в качестве датчиков тока в системах релейной защиты электроэнергетических объектов. The invention relates to the field of measurement technology and can be used to build devices for measuring direct, alternating and pulsed currents, in particular, as current sensors in the relay protection systems of electric power facilities.

Известен способ бесконтактного измерения постоянного и переменного тока, основанный на измерении магнитного потока, создаваемого измеряемым током, и преобразовании его в выходной сигнал, который пропорционален измеряемому току (см. , например, Наследов Д.Н. и Зотова Н.П. Прибор для измерения постоянных токов до 40 кА. - Электричество, 1961, N 3). Измеряемый ток создает в магнитопроводе, охватывающем проводник с током, пропорциональный ему магнитный поток, который пронизывает датчики Холла, расположенные в одном или нескольких зазорах магнитопровода. На выходе последних возникает напряжение Холла, пропорциональное магнитному потоку, а следовательно, и измеряемому току. A known method of non-contact measurement of direct and alternating current, based on measuring the magnetic flux generated by the measured current, and converting it into an output signal that is proportional to the measured current (see, for example, Nasledov D.N. and Zotova N.P. Instrument for measuring direct currents up to 40 kA. - Electricity, 1961, N 3). The measured current creates in the magnetic circuit, covering the conductor with current, proportional to the magnetic flux, which penetrates the Hall sensors located in one or more gaps of the magnetic circuit. At the output of the latter, a Hall voltage proportional to the magnetic flux, and hence the measured current, arises.

Недостатком данного способа является низкая точность измерений, обусловленная погрешностями датчиков Холла. The disadvantage of this method is the low accuracy of the measurements, due to errors in the Hall sensors.

Известен также компенсационный способ бесконтактного измерения постоянных и переменных электрических токов (см., например, а.с. СССР N 292238, МКИ H 03 K 19/14, 1971 г. Открытия. Изобретения, N 4), основанный на измерении результирующего магнитного потока, образованного магнитными потоками измеряемого и компенсирующего тока, причем последний формируют из сигнала, пропорционального результирующему магнитному потоку. По значению компенсирующего тока судят о значении измеряемого тока. Данный способ использует условие практически полного равенства намагничивающих сил измеряемого и компенсирующего токов. Also known is a compensation method of non-contact measurement of constant and alternating electric currents (see, for example, AS USSR N 292238, MKI H 03 K 19/14, Discovery. Inventions, N 4), based on the measurement of the resulting magnetic flux formed by magnetic fluxes of the measured and compensating current, the latter being formed from a signal proportional to the resulting magnetic flux. The value of the compensating current is judged on the value of the measured current. This method uses the condition of almost complete equality of the magnetizing forces of the measured and compensating currents.

Недостатками этого способа являются
- аддитивная погрешность, обусловленная влиянием коэрцитивной силы материала магнитопровода и э.д.с. небаланса датчиков Холла;
- низкая чувствительность устройств, реализующих способ, из-за малого уровня выходного сигнала датчиков Холла и размагничивающего действия зазоров в магнитопроводе;
- сложность устройств из-за наличия датчиков Холла с цепями их питания.The disadvantages of this method are
- additive error due to the influence of the coercive force of the material of the magnetic circuit and the emf unbalance of Hall sensors;
- low sensitivity of devices that implement the method, due to the low level of the output signal of the Hall sensors and the demagnetizing effect of the gaps in the magnetic circuit;
- the complexity of the devices due to the presence of Hall sensors with their power circuits.

Наиболее близким к данному техническому предложению является способ бесконтактного измерения электрического тока, объединяющий компенсационный принцип измерения с принципом прерывистого (двухпозиционного) регулирования (см., например. кн.: Микропроцессорные гибкие системы релейной защиты / В.В. Михайлов, Е. В. Кириевский, Е.М. Ульяницкий и др.; - М.: Энергоатомиздат, 1988, стр. 208 - 209). Суть способа заключается в создании основного и компенсирующего магнитных потоков, пропорциональных измеряемому и компенсирующему токам, изменении знака производной компенсирующего тока после каждого изменения полярности разности результирующего и компенсирующего магнитных потоков и формировании выходного сигнала из низкочастотной составляющей компенсирующего тока. Closest to this technical proposal is a method of non-contact measurement of electric current, combining the compensation principle of measurement with the principle of intermittent (on-off) regulation (see, for example, book: Microprocessor-based flexible relay protection systems) / V.V. Mikhailov, E.V. Kirievsky , E.M. Ulyanitsky et al .; - M .: Energoatomizdat, 1988, p. 208 - 209). The essence of the method is to create the main and compensating magnetic fluxes proportional to the measured and compensating currents, change the sign of the derivative of the compensating current after each change in the polarity of the difference between the resulting and compensating magnetic fluxes, and generate an output signal from the low-frequency component of the compensating current.

Недостатками указанного способа-прототипа являются
- наличие аддитивной погрешности (погрешности нуля), обусловленной влиянием коэрцитивной силы магнитного материала сердечника из-за его перемагничивания по частным циклам петли гистерезиса, что приводит к неточности равенства намагничивающих и размагничивающих сил, а также влиянием аддитивной погрешности датчиков магнитного потока (э.д.с. небаланса датчиков Холла);
- низкая чувствительность устройств, реализующих способ, обусловленная малым уровнем выходного сигнала датчиков магнитного потока при изменении слабых токов из-за недостаточной чувствительности датчиков и наличия немагнитного зазора в магнитопроводе в местах их установки. Наличие указанных выше составляющих аддитивной погрешности ограничивает снизу порог чувствительности устройств уровнем абсолютного значения аддитивной погрешности;
- сложность устройств, реализующих способ, из-за необходимости использования датчиков магнитного потока, требующих дополнительного источника питания и встраиваемых в зазор магнитопровода, а также технологическая сложность выполнения этого зазора.The disadvantages of this prototype method are
- the presence of an additive error (zero error) due to the influence of the coercive force of the magnetic material of the core due to its magnetization reversal in particular cycles of the hysteresis loop, which leads to inaccuracy of the equality of magnetizing and demagnetizing forces, as well as the influence of the additive error of the magnetic flux sensors (emf) c. unbalance of Hall sensors);
- low sensitivity of devices that implement the method, due to the low level of the output signal of the magnetic flux sensors when changing weak currents due to insufficient sensitivity of the sensors and the presence of a non-magnetic gap in the magnetic circuit in the places of their installation. The presence of the above components of the additive error limits the lower threshold of the sensitivity of devices to the level of the absolute value of the additive error;
- the complexity of devices that implement the method, due to the need to use magnetic flux sensors that require an additional power source and are built into the gap of the magnetic circuit, as well as the technological complexity of performing this gap.

Задачей предлагаемого технического решения является уменьшение аддитивной погрешности, повышение чувствительности, а также упрощение устройства, реализующего предлагаемый способ измерения. The objective of the proposed technical solution is to reduce the additive error, increase the sensitivity, as well as simplify the device that implements the proposed measurement method.

Решение задачи достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения электрического тока, заключающемся в том, что в ферромагнитном сердечнике с помощью нанесенной на него первичной обмотки с измеряемым током создают основной магнитный поток, пропорциональный измеряемому току, с помощью нанесенной на упомянутый сердечник вторичной обмотки с компенсирующим током создают встречный магнитный поток, причем знак производной компенсирующего тока периодически изменяют, а о величине измеряемого тока судят по значению низкочастотной составляющей компенсирующего тока, дополнительно, упомянутое периодическое изменение знака производной компенсирующего тока осуществляют при выходе мгновенного значения этого тока из зоны, ограниченной значениями
I_макс W₁/W₂ + H_s • L/W₂
и
I_мин W₁/W₂ - H_s • L/W₂,
где I_макс и I_мин - граничные значения заданного диапазона измерения тока; W₁ и W₂ - количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток; H_s - напряженность магнитного поля в ферромагнитном сердечнике, соответствующая границе его насыщения; L - длина средней магнитной силовой линии.The solution to the problem is achieved by the fact that in the known method of non-contact measurement of electric current, which consists in the fact that in the ferromagnetic core by means of a primary winding applied to it with a measured current, a main magnetic flux proportional to the measured current is created by means of a secondary winding deposited on said core with counter current create counter magnetic flux, and the sign of the derivative of the compensating current is periodically changed, and the magnitude of the measured current is judged by the value of low-frequency tnoj compensating current component, further, said periodic change of sign of the derivative of the compensating current is carried out at the output the instantaneous value of this current from the zone bounded by the values
I _max W ₁ / W ₂ + H _s • L / W ₂
and
I _min W ₁ / W ₂ - H _s • L / W ₂ ,
where I _max and I _min are the boundary values of a given range of current measurement; W ₁ and W ₂ - the number of turns of the primary and secondary windings, respectively; H _s is the magnetic field strength in the ferromagnetic core, corresponding to the boundary of its saturation; L is the length of the average magnetic field line.

Заявляемое техническое решение отличается от прототипа тем, что изменение знака производной компенсирующего тока осуществляют не по изменению полярности результирующего магнитного потока в ферромагнитном сердечнике, а по достижении компенсирующим током уровня, приводящего к насыщению сердечника. Моменты достижения такого уровня определяются по равенству мгновенных значений компенсирующего тока заданным значениям, обеспечивающим насыщение сердечника во всем диапазоне изменения измеряемого тока и равным
I_макс W₁/W₂ + H_s • L/W₂
и
I_мин W₁/W₂ - H_s • L/W₂.The claimed technical solution differs from the prototype in that the sign of the derivative of the compensating current is changed not by changing the polarity of the resulting magnetic flux in the ferromagnetic core, but when the compensating current reaches the level leading to saturation of the core. The moments of reaching such a level are determined by the equality of the instantaneous values of the compensating current to the given values, providing saturation of the core in the entire range of the measured current and equal to
I _max W ₁ / W ₂ + H _s • L / W ₂
and
I _min W ₁ / W ₂ - H _s • L / W ₂ .

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволяет установить соответствие его критерию "новизна". Comparison of the claimed technical solution with the prototype allows us to establish compliance with its criterion of "novelty."

На фиг. 1 приведена эквивалентная схема устройства, которое реализует предлагаемый способ измерения. Оно содержит ферромагнитный сердечник 1, на который нанесены первичная 2 и вторичная 3 обмотки, формирователь 4 прямоугольного напряжения (ФПН) и резистор 5. Первый вывод вторичной обмотки 3 подключен к выходу формирователя 4. Второй выход обмотки 3 соединен с входом формирователя 4, выходом 6 устройства и первым выводом резистора 5, второй вывод которого подключен к общему проводу. Формирователь 4 может быть выполнен, например, в виде усилителя постоянного тока, работающего в режиме переключения (триггера Шмитта на операционном усилителе). In FIG. 1 shows an equivalent diagram of a device that implements the proposed measurement method. It contains a ferromagnetic core 1, on which the primary 2 and secondary 3 windings are applied, a square-wave shaper 4 and a resistor 5. The first output of the secondary winding 3 is connected to the output of the shaper 4. The second output of the winding 3 is connected to the input of the shaper 4, output 6 device and the first output of the resistor 5, the second output of which is connected to a common wire. Shaper 4 can be performed, for example, in the form of a DC amplifier operating in the switching mode (Schmitt trigger on an operational amplifier).

На фиг. 2 изображена кривая намагничивания (петля гистерезиса) сердечника 1 с указанием положения точек, характеризующих магнитное состояние сердечника 1. Точки 7 и 8 ограничивают участок его перемагничивания без насыщения, а точки 9 и 10 - полный диапазон перемагничивания. В точках 7 и 8 напряженность магнитного поля в сердечнике 1 равна Hs - значению, соответствующему началу насыщения сердечника 1. In FIG. Figure 2 shows the magnetization curve (hysteresis loop) of core 1 indicating the position of points characterizing the magnetic state of core 1. Points 7 and 8 limit the region of its magnetization reversal without saturation, and points 9 and 10 represent the full range of magnetization reversal. At points 7 and 8, the magnetic field strength in core 1 is equal to Hs, a value corresponding to the beginning of saturation of core 1.

На фиг. 3 изображены графики, которые поясняют работу устройства, реализующего предлагаемый способ:
где I_х • W₁ и i_к • W₂ - намагничивающие силы измеряемого и компенсирующего токов соответственно;
U_ф - выходное напряжение формирователя 4;
i_к.максW₂ и i_к.минW₂ - максимальное и минимальное значения намагничивающей силы, создаваемой током i_к, соответствующие моментам изменения производной тока i_к.In FIG. 3 shows graphs that explain the operation of a device that implements the proposed method:
where I _x • W ₁ and i _to • W ₂ are the magnetizing forces of the measured and compensating currents, respectively;
U _f - the output voltage of the shaper 4;
i _k.max W ₂ and i _k.min W ₂ - the maximum and minimum values of the magnetizing force created by the current i _k corresponding to the moments of the derivative of the current i _k .

Реализация предлагаемого способа осуществляется следующим образом. Implementation of the proposed method is as follows.

Протекающий по первичной обмотке 2 измеряемый ток I_х создает в сердечнике 1 намагничивающую силу I_x • W₁, осуществляющую намагничивание сердечника 1 и создающую основной магнитный поток. Формирователь 4, благодаря положительной обратной связи, вырабатывает переменное напряжение прямоугольной формы, под действием которого по вторичной обмотке 3 протекает компенсирующий ток i_к, создающий направленный встречно основному компенсирующий магнитный поток. Циклическое перемагничивание сердечника 1 осуществляется под действием разности намагничивающих сил I_х • W₂ и i_к • W₁ измеряемого I_х и компенсирующего i_к токов. Так как при перемагничивании сердечника 1 индуктивное сопротивление обмотки 3 больше, чем ее активное сопротивление в сумме с сопротивлением резистора 5, график изменения магнитного потока Ф в сердечнике во времени имеет практически пилообразную форму (фиг. 3).The measured current I _x flowing through the primary winding 2 creates a magnetizing force I _x • W ₁ in the core ₁ , magnetizing the core 1 and creating the main magnetic flux. Shaper 4, thanks to the positive feedback, generates an ac voltage of a rectangular shape, under the action of which a compensating current i _k flows through the secondary winding 3, creating a compensating magnetic flux directed opposite to the main one. Cyclical magnetization reversal of the core 1 is carried out under the influence of the difference of the magnetizing forces I _x • W ₂ and i _to • W ₁ measured I _x and compensating i _to currents. Since when the magnetization reversal of the core 1, the inductive resistance of the winding 3 is greater than its active resistance in total with the resistance of the resistor 5, the graph of the magnetic flux Φ in the core in time has an almost sawtooth shape (Fig. 3).

Примем, что момент времени t₀ соответствует моменту изменения на положительную полярность выходного напряжения U_Ф формирователя 4 под действием пропорционального току i_к падения напряжения на резисторе 5. В этот момент времени сердечник 1 находится в насыщении (точка 9 на кривой намагничивания - фиг. 2), ток i_к в обмотке 3 имеет некоторое минимальное в (данном случае отрицательное) значение i_к.мин и начинает увеличиваться. Рабочая точка сердечника 1 перемещается из точки 9 в точку 7 кривой намагничивания и к моменту времени t₁ попадает в нее. В течение этого интервала времени изменение магнитного потока Ф, определяемое приложенным к обмотке 3 напряжением, соответствует большому изменению напряженности магнитного поля в сердечнике 1 и малому изменению магнитной индукции. Поэтому за короткий промежуток времени t₀ - t₁ происходит быстрое изменение компенсирующего тока i_к.We assume that the time t ₀ corresponds to the moment of change in the positive polarity of the output voltage U _{Ф of the} driver 4 under the action of the voltage drop across the resistor 5 proportional to the current i _{to which the} core 1 is saturated (point 9 on the magnetization curve - Fig. 2 ), the current i _k in the winding 3 has some minimum in (in this case negative) value i _k.min and starts to increase. The working point of the core 1 moves from point 9 to point 7 of the magnetization curve and by the time t ₁ falls into it. During this time interval, a change in the magnetic flux Φ, determined by the voltage applied to the winding 3, corresponds to a large change in the magnetic field in core 1 and a small change in magnetic induction. Therefore, for a short period of time t ₀ - t ₁ there is a rapid change in the compensating current i _to .

В процессе дальнейшего перемагничивания сердечника 1 его рабочая точка выходит на участок ненасыщенного состояния сердечника 1 между точками 7 и 8, на котором большое изменение магнитного потока Ф соответствует малому значению напряженности магнитного поля в сердечнике 1 и малому ее изменению. В результате в течение достаточно длительного интервала времени t₁ - t₂ происходит медленное изменение компенсирующего тока i_к и поддерживается приблизительное равенство намагничивающих сил I_х • W₁ и i_к • W₂. Рабочая точка сердечника 1 при этом перемещается из точки 7 в точку 8 по правой (на фиг. 2) ветви петли гистерезиса. Дальнейшее увеличение тока i_к приводит к насыщению сердечника 1 (участок между точками 8 и 10) и опять происходит быстрое изменение тока i_к, который в момент времени t₃ достигает максимального значения i_к.макс.In the process of further magnetization reversal of core 1, its operating point reaches the portion of the unsaturated state of core 1 between points 7 and 8, where a large change in magnetic flux Φ corresponds to a small value of the magnetic field strength in core 1 and its small change. As a result, for a sufficiently long time interval t ₁ - t ₂ , the compensating current i _k slowly changes and the approximate equality of the magnetizing forces I _x • W ₁ and i _k • W _{2 is} maintained. The working point of the core 1 in this case moves from point 7 to point 8 along the right (in Fig. 2) branch of the hysteresis loop. A further increase in current i _k leads to saturation of the core 1 (the section between points 8 and 10) and again a rapid change in current i _k occurs, which at time t ₃ reaches the maximum value i _kmax .

В этот момент времени падение напряжения на резисторе 5 достигает уровня переключения формирователя 4, который изменяет полярность напряжения U_Ф на отрицательную. В результате происходит уменьшение токам i_к по закону, определяемому формой кривой намагничивания сердечника 1, аналогичное описанному выше процессу, до установления значения компенсирующего тока i_к, равного i_к.мин. Сердечник 1 за это время перемагничивается, проходя последовательно точки 10, 8, 7, 9 в моменты времени t₃, t₄, t₅, t₆ соответственно. При этом перемагничивание осуществляется по левой (на фиг. 2) ветви петли гистерезиса. В момент достижения током i_к значения i_к.мин происходит изменение полярности выходного напряжения формирователя 4 на положительную, и далее рассмотренный процесс периодически повторяется.At this point in time, the voltage drop across the resistor 5 reaches the switching level of the driver 4, which changes the polarity of the voltage U _f to negative. As a result, the currents i _k decrease according to the law determined by the shape of the magnetization curve of core 1, similar to the process described above, until the value of the compensating current i _k is equal to i _k.min . The core 1 during this time is remagnetized, passing successively points 10, 8, 7, 9 at time instants t ₃ , t ₄ , t ₅ , t _6, respectively. In this case, the magnetization reversal is carried out along the left (in Fig. 2) branch of the hysteresis loop. At the moment when the current i reaches _the value i _k.min , the polarity of the output voltage of the _{driver 4} changes to a positive, and then the considered process is periodically repeated.

Обмотки 2 и 3 включены встречно, поэтому токи I_х и i_к, протекающие в них, с учетом магнитного состояния сердечника связаны между собой следующим соотношением:
i_к • W₂ - I_х • W₁ = L • h(t),
где h(t) - мгновенное значение напряженности магнитного поля в сердечнике 1, изменяющееся во времени в процессе его перемагничивания;
L - длина средней магнитной силовой линии сердечника 1.Windings 2 and 3 are turned on in turn, so the currents I _x and i _k flowing in them, taking into account the magnetic state of the core, are interconnected by the following ratio:
i _to • W ₂ - I _x • W ₁ = L • h (t),
where h (t) is the instantaneous value of the magnetic field strength in the core 1, which varies in time during its magnetization reversal;
L is the length of the average magnetic field line of the core 1.

Из этой формулы находим выражение для мгновенного значения компенсирующего тока i_к:
i_к = I_х W₁ / W₂ + L • h(t) / W₂. (1)
Первое слагаемое этого выражения представляет собой среднее значение компенсирующего тока i_к (низкочастотную составляющую при медленных изменениях тока I_х), который осуществляет размагничивание сердечника 1, и несет информацию о величине тока I_х без погрешностей. Второе слагаемое - это высокочастотная составляющая - ток пикообразной формы, осуществляющий циклическое перемагничивание сердечника 1. Ток i_к, протекая через резистор 5, создает на нем пропорциональное падение напряжения U_вых, являющееся выходным сигналом устройства.From this formula we find the expression for the instantaneous value of the compensating current i _to :
i _k = I _x W ₁ / W ₂ + L • h (t) / W ₂ . (1)
The first term of this expression is the average value of the compensating current i _k (the low-frequency component with slow changes in current I _x ), which carries out the demagnetization of core 1, and carries information about the current value I _x without errors. The second term is the high-frequency component — the peak-shaped current that cyclically reverses the magnetization of core 1. The current i _k flowing through the resistor 5 creates a proportional voltage drop U _{o on it} , which is the output signal of the device.

Влияние высокочастотной переменной составляющей тока i_к в выходном сигнале на выходе 6 может быть ослаблено известными методами, например LC-фильтрами.The influence of the high-frequency variable component of the current i _k in the output signal at the output 6 can be attenuated by known methods, for example, LC filters.

В связи с тем, что форма тока i_к несет информацию о режиме перемагничивания сердечника 1, добиться перемагничивания сердечника по полному циклу для обеспечения полного размагничивания можно, осуществляя переключение полярности напряжения U_Ф формирователя 4 (а следовательно, и знака производной компенсирующей тока I_к) по признаку выхода значения компенсирующего тока I_к из зоны, ограниченной максимальным и минимальным значениями I_к.макс и I_к.мин, которые определяются диапазоном изменения тока I_х. Подставляя значения I_макс и I_мин в выражение (1) и учитывая знак напряженности h(t), соответствующий токам i_к.макс и i_к.мин, находим:
i_к.макс = I_макс W₁/W₂ + H_s • L/W₂,
i_к.мин = I_мин W₁/W₂ - H_s • L/W₂.Due to the fact that the current shape i _k carries information on the magnetization reversal mode of core 1, it is possible to achieve core remagnetization in a full cycle to ensure complete demagnetization by switching the polarity of voltage U _{Ф of} driver 4 (and, consequently, the sign of the derivative of the compensating current I _k ) on the basis of the output of the value of the compensating current I _k from the zone limited by the maximum and minimum values of I _k.max and I _k.min , which are determined by the range of current I _x . Substituting the values of I _max and I _min into expression (1) and taking into account the sign of tension h (t) corresponding to currents i _k.max and i _k.min , we find:
i _k.max = I _max W ₁ / W ₂ + H _s • L / W ₂ ,
i _k.min = I _min W ₁ / W ₂ - H _s • L / W ₂ .

При изменении знака производной компенсирующего тока с достаточно высокой частотой, что может быть достигнуто уменьшением индуктивности вторичной обмотки 3 за счет уменьшения сечения сердечника 1, возможно получение широкой частотной характеристики устройства и, как следствие, измерение токов I_х в широком диапазоне частот. Этому способствует также и трансформация переменной составляющей измеряемого тока I_х. Знакопеременное напряжение формирователя 4 обеспечивает возможность измерения тока I_х разного направления, в том числе и переменного тока. Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, может измерять постоянные, переменные и импульсные токи.By changing the sign of the derivative of the compensating current with a sufficiently high frequency, which can be achieved by reducing the inductance of the secondary winding 3 by reducing the cross section of the core 1, it is possible to obtain a wide frequency response of the device and, as a result, measure currents I _x in a wide frequency range. This is also facilitated by the transformation of the variable component of the measured current I _x . Alternating voltage of the shaper 4 provides the ability to measure current I _{x in} different directions, including alternating current. Thus, a device that implements the proposed method can measure direct, alternating and pulsed currents.

Из-за симметричности петли гистерезиса реальных магнитных материалов положительная и отрицательная ветви передаточной характеристики устройства также будут симметричными. При равенстве модулей значений токов i_к.макс и i_к.мин и I_х = 0 сердечник 1 будет перемагничиваться по симметричному циклу, ток i_к будет содержать только переменную составляющую, и его среднее значение (постоянная составляющая) будет равно нулю. Поэтому аддитивная погрешность, обусловленная гистерезисом сердечника будет отсутствовать. Причем благодаря перемагничиванию сердечника 1 по полному циклу среднее значение тока i_к (низкочастотная составляющая) не зависит от коэрцитивной силы материала сердечника. Отсутствие датчика Холла приводит также к устранению и аддитивной погрешности, обусловленной э.д.с. небаланса этого датчика.Due to the symmetry of the hysteresis loop of real magnetic materials, the positive and negative branches of the transfer characteristic of the device will also be symmetrical. If the modules of the values of the currents i _k.max and i _k.min and I _x = 0 are _{equal ,} core 1 will be magnetized over in a symmetrical cycle, current i _k will contain only a variable component, and its average value (constant component) will be zero. Therefore, the additive error due to hysteresis of the core will be absent. Moreover, due to the magnetization reversal of the core 1 in a full cycle, the average value of the current i _k (low-frequency component) does not depend on the coercive force of the core material. The absence of a Hall sensor also leads to the elimination of the additive error due to the emf unbalance of this sensor.

Отсутствие немагнитного зазора приводит к полному использованию большого значения магнитной проницаемости материала сердечника 1 и, как следствие, к повышению чувствительности устройства. The absence of a non-magnetic gap leads to the full use of the large value of the magnetic permeability of the core material 1 and, as a result, to an increase in the sensitivity of the device.

Значительное уменьшение аддитивной погрешности устройств, реализующих предлагаемый способ, позволяет существенно повысить чувствительность устройств. A significant reduction in the additive error of devices that implement the proposed method, can significantly increase the sensitivity of the devices.

Предлагаемый способ бесконтактного измерения постоянного тока может быть реализован более простым устройством, не содержащим датчик Холла с цепями его питания. Такое устройство будет более технологичным в производстве из-за отсутствия немагнитного зазора в сердечнике 1, дешевле и надежнее, чем выполненное по способу-прототипу. The proposed method of contactless measurement of direct current can be implemented by a simpler device that does not contain a Hall sensor with its power circuits. Such a device will be more technologically advanced in production due to the absence of a non-magnetic gap in the core 1, cheaper and more reliable than that made by the prototype method.

Claims (1)

Способ бесконтактного измерения электрического тока, заключающийся в том, что в ферромагнитном сердечнике с помощью нанесенной на него первичной обмотки с измеряемым током создают основной магнитный поток, с помощью нанесенной на упомянутый сердечник вторичной обмотки с компенсирующим током создают встречный магнитный поток, причем знак производной компенсирующего тока периодически изменяют, а о величине измеряемого тока судят по значению низкочастотной составляющей компенсирующего тока, отличающийся тем, что знак производной компенсирующего тока изменяют при выходе мгновенного значения этого тока из зоны, ограниченной значениями
Iмакс W1 / W2 + Hs • L / W2
и
Iмин W1 / W2 - Hs • L / W2,
где Iмакс и Iмин - граничные значения заданного диапазона измерения тока;
W1 и W2 - количество витков соответственно первичной и вторичной обмоток;
Hs - напряженность магнитного поля в ферромагнитном сердечнике, соответствующая границе его насыщения;
L - длина средней магнитной силовой линии.The method of non-contact measurement of electric current, which consists in the fact that the main magnetic flux is created in the ferromagnetic core with the help of the primary winding with the measured current, and countercurrent magnetic current is generated with the help of the secondary winding deposited on the said core, the sign of the derivative of the compensating current periodically change, and the magnitude of the measured current is judged by the value of the low-frequency component of the compensating current, characterized in that the sign of the derivative The sensing current is changed when the instantaneous value of this current leaves the zone limited by the values
Imax W1 / W2 + Hs • L / W2
and
Imin W1 / W2 - Hs • L / W2,
where Imax and Imin are the boundary values of a given range of current measurement;
W1 and W2 - the number of turns of the primary and secondary windings, respectively;
Hs is the magnetic field strength in the ferromagnetic core, corresponding to the boundary of its saturation;
L is the length of the average magnetic field line.

Images