[发明专利]互感器寄生阻抗平衡补偿的互感器测量电路

说明书

本发明公开了一种互感器寄生阻抗平衡补偿的互感器测量电路，属于模拟信号测量电路技术领域。互感器的两个输出端分别连接有运放电路，每个运放电路的反相输入端和其输出端之间并联滤波电路；并且本技术方案中涉及的电阻R1、R3、R4、R5和互感器的二次侧的输出端口的等效电阻R01和R02符合以下条件：R4/R3＝R5/(R1+R01)，R4/R3＝R5/(R1+R02)，R01＝R02＝R0/2，R0为互感器的二次侧寄生阻抗。在两个R5连接点处，施加直流偏移电压Vref，两个运放的输出Uop及Uon，即为本发明得以实现的零互感器输出负载的，以Vref为中心电压的，与互感器二次电流成正比的差分信号，其大小和相位准确的反映了互感器一次侧电流的大小和相位。

技术领域

本发明涉及模拟信号测量电路技术领域，尤其是涉及互感器寄生阻抗补偿的测量电路。

背景技术

现代社会，电力能源广泛使用，安全用电(电路保护)、公平用电(准确计量计费)、合理用电(节能减排)等等，均需要以准确测量电流等参数为基础。然而在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊，从几安到几万安都有。为便于测量、保护和控制，需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压一般都比较高，如直接测量是非常危险的，必须要有测量传感元件转换为测量设备可以接受的弱信号。

电流的测量传感元件，最常用的是电流互感器，结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁芯以及构架、壳体、接线端子等组成，能够很方便地将大电流转换为测量设备可以接受的小电流信号，并起到电气隔离作用，保证了测量设备的安全可靠稳定工作。此外生产工艺相对简单且技术成熟，成本低，也能做到相对比较好的测量精度，因而被广泛应用。

电流互感器是依据电磁感应原理实现的，与变压器的原理一样。

理想的互感器及其测量电路，一、二次绕组无内阻，铁芯无磁阻，铁芯电阻无穷大，二次输出的阻抗为零，这样，一次电流在互感器中产生的能量，可以毫无损耗的传递给二次侧，则有I1N1＝I2n2，也即I2/I1＝N1/n2。

然而，实际中，这是不可能的，至少现有技术条件还远远达不到。对于一个实际的互感器及其测量电路，一、二次绕组都有阻抗(主要是电阻和感抗，容抗完全可以忽略不计)，尤其是二次绕组，扎数多，线径细，因而寄生阻抗大，铁芯有磁阻及阻抗，对于仪用互感器，其二次侧往往还有负载，因而实际的互感器，是存在不小的误差的，包括角差和比差。自电流互感器产生以来，经过不断努力探索，已基本弄清楚，互感器的误差，基本是由以下因素构成：

1、励磁损耗与铁损。一次侧电流I1必须要有一部分电流I01来磁化铁芯，使得铁芯中产生磁通，I01N1称为磁安匝或励磁磁动势；此外I1还会有一部分电流I02，因为磁通穿过铁芯时，在铁芯内部形成涡流而消耗掉，这部分损耗，称为铁损。铁芯材料磁导率越大，所需的I01越小，误差越小。铁芯电阻越大，感生涡流越小，I02越小，误差越小。

2、二次负载大小和性质。二次负载，包括二次绕组的寄生阻抗。误差与二次负载成正比，但负载增大后，铁芯磁感应强度变大，磁导率稍有提高，所以误差略小于正比增加。

3、二次绕组的匝数。误差与二次绕组匝数的平方成反比。因此增加二次绕组匝数，能减少互感器的误差。但增加二次绕组匝数的同时会增加二次绕组内阻，二次回路总阻抗变大，一定程度上增加了误差。

4、电网的频率。频率越大，误差越大，这本身又和铁芯特性有关。

5、一次电流大小。电流变大时比差、角差都将减小。然而电流变动很大，通常会在0到额定电流之间变化，因而，互感器误差是非线性的。