[实用新型]一种叠加大直流偏置的交流电流的测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电流测量技术领域，特别是涉及一种叠加大直流偏置的交流电流的测量装置。

背景技术

如何准确方便地测量电流，一直是电流测量领域努力追求不断探索的课题。在测量回路中串一个小电阻（分流器），测量分流器两端的电压，通过欧姆定律I=U/R，用测得的电压除以分流器的电阻值，就可以计算出所需的电流值。这种测量方法使用设备少，方便快捷，受到了普遍欢迎。但这种方法在需要测量叠加有大直流偏置的交流电流时，会有如下几个缺点，一是和测量回路不隔离，存在一定的安全隐患，如果另加隔离措施，则增加了成本和复杂性，代价比较大，二是根据P＝I_直流²*R（取样电阻功率），当直流电流变得很大的时候，取样电阻的功率将急速增长，只能被迫将取样电阻选的十分小，此时叠加在直流上的小交流电流的压降将非常小，不利于测量，误差也大。举个例子，如果直流偏置是50A，将分流电阻选为0.001欧姆，若交流电流为10mA（0.01A），则取样电阻的功率P=I²*R=2.5瓦，U_交流=RI_交流=0.001*0.01=0.00001V=10uV，交流电流的压降只有微伏级，基本无法测量，会造成较大误差。

霍尔电流传感器也是一种测量电流的方法，它能采用隔离的方式测量被测线路的电流。它是一种基于霍尔效应的电流传感器，原理是通过检测磁场及其变化来检测电流，被测电流在磁场中产生磁场强度，通过霍尔器件感应这种磁场强度，把霍尔器件放在铁芯的气隙中，当被测导线通过电流I时，在铁芯中产生垂直于霍尔器件表面的磁场B，根据霍尔效应原理，霍尔器件将产生霍尔电压V，经过电路放大最终输出的电压和被测的电流理论上呈线性的关系，由霍尔输出电压的数值即可得出被测电流值。霍尔传感器结构简单，测量结果的精度和线性度都较高，能够测量直流、交流和各种波形的电流，似乎能满足测量叠加有大直流偏置的小交流信号的测量的需求，但是分析起来它有以下几个缺点：①它的频带不够宽，现在市场上能买到的带宽比较宽的霍尔器件大概在0到200kHz左右；②霍尔传感器满量程一般都比较大（比如几十安培），对小幅度的电流（比如几毫安）分辨力不够，相对于大的直流，小的交流信号要小得多，所以测量出来的交流部分很不准确，误差很大。

电流互感器是测量电流的另一种方法。电流互感器的原理是依据电磁感应原理。电流互感器由闭合的铁心和绕组组成，它的初级绕组匝数很少，一般为一匝或几匝，串在需要测量的电流线路中，次级绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，通过电流互感器可以把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。因为磁性材料只能传递耦合交流的信号，不能传递直流的信号，因此只能测量交流电流。传统的电流互感器如果直接测量叠加有大直流偏置的小交流信号，则大直流会使磁芯饱和，丧失耦合交流信号的作用，因而无法达到测量叠加有大直流偏置的小交流信号的目的。

实用新型内容

本实用新型根据现有技术存在的缺陷，提供一种叠加大直流偏置的交流电流的测量装置，测量的对象是叠加在大直流上的小的交流电流，测量的频率范围宽，测量准确度高。

本实用新型的技术方案是：

一种叠加大直流偏置的交流电流的测量装置，其特征在于，包括电流互感器和直流电流测量器件，所述电流互感器的闭合磁芯上分别绕有匝数为N2的次级感应绕组以及匝数为N1的直流抵偿绕组，被测电流作为互感器的初级电流从磁芯中心穿过；所述直流抵偿绕组通过依次连接的直流电流驱动电路和低通滤波电路连接直流电流测量器件，所述直流电流测量器件把测得的电流信号转换成电压信号，通过低通滤波电路滤除交流成分后，再通过直流电流驱动电路给直流抵偿绕组输出一个能抵消直流偏置电流在电流互感器中产生的磁感应强度的直流电流。

所述直流电流驱动电路包括由运算放大器、场效应管和反馈电阻组成的闭环控制回路，所述低通滤波电路输出的近似直流的电压信号输入至运算放大器的同相输入端，运算放大器的反相输入端连接至场效应管的负输出极，该输出级通过反馈电阻接地，运算放大器的输出端连接场效应管的控制极；所述直流抵偿绕组的一端连接场效应管的正输出极，直流抵偿绕组的另一端通过保护电阻连接供电电源。

所述次级感应绕组依次连接电流电压转换电路和信号调理及频率补偿电路，通过电流电压转换电路把感应的交流电流转换成电压信号，再通过信号调理和频率补偿电路最终输出与被测的交流电流成一定比例的电压信号。