[实用新型]一种空芯线圈互感系数的误差消除装置及电流测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电流测量技术领域，具体地说，涉及一种空芯线圈互感系数的误差消除装置及其应用。

背景技术

空芯线圈具有无磁饱和、测量范围大、线性度好、频带宽的优点，是一种极具竞争力的新型电流传感器，空芯线圈是一种电感式传感器，基于磁感应实现对电流的测量，互感系数是其最关键参数。

空芯线圈中，二次绕组绕在一个非磁性骨架上，不存在铁磁材料，使传感器在几安到几百千安的范围内仍然具有优良的线性，与传统CT不同，由于它不是直接测量电流，即使被测电流含有很大的直流分量，仍然不会饱和。因此近年来空芯电流互感器开始应用于继电保护和测量中。

整个线圈均匀地绕在一个环形的非磁性骨架上，将流有被测电流的载流导线置于空芯线圈的环形非磁性骨架内，且通环形非磁性骨架的轴线平行，对于稳态下的正弦电流，空芯线圈的输出电压可以表示为e＝M·jω·I，式中，I为被测电流，M为互感常数，ω为正弦电流的角频率，e为空心线圈的输出电压。

可以看到，空芯线圈的测量被测电流的准确度取决于一个稳定的互感系数M。所以为了获得高精度的空芯线圈，制作时必须遵循以下原则：线圈密度恒定；骨架截面积恒定；线圈横截面与中心线垂直，否则，会导致空芯线圈结构不对称，将引入较大的测量误差。

在实际生产及应用中，为了避免空芯线圈结构不对称而引入的测量误差，通过标准的载流导线对空芯线圈互感系数进行标定，但是每次标定的互感系数M不可能是完全恒定的，载流导线的形状、位置和电流分布对标定的互感系数M有着直接而显著的影响，误差通常为1％—3％，极端情况可能超过10％，这样的准确度不能满足大多数工业现场的电流测量要求，这也是阻碍空芯线圈产业化的重要原因之一。

基于此，迫切需要一种空芯线圈互感系数的误差消除装置，该装置能够消除互感系数误差，以解决应用中存在的上述问题，使空芯线圈的测量准确度大幅提高，满足绝大多数工业现场的测量需求。

实用新型内容

针对上述缺陷，本实用新型提供了一种空芯线圈互感系数的误差消除装置，旨在解决现有技术中由于空芯线圈标定过程中空芯线圈结构不对性和载流导线形状、位置及电流分布因素对空芯线圈的互感系数的影响而使现有的标定结果不准确的技术问题。

为实现上述目的，作为本实用新型的一方面，本实用新型提供了一种空芯线圈互感系数的误差消除装置，包括空芯线圈、控制模块以及旋转模块，空芯线圈固定在旋转模块上，且空芯线圈的中心轴线与旋转模块的中心轴线重合，空芯线圈输出端与控制模块输入端连接，控制模块输出端与旋转模块输入端连接；

空芯线圈将标定电流转化为输出电压；旋转模块带动空芯线圈沿中心轴线旋转；控制模块输出旋转信号控制旋转模块旋转n次，且每次旋转角度为并采集旋转模块每次旋转后空芯线圈的输出电压。

控制模块输出旋转信号控制驱动模块旋转n次，并采集驱动模块每次旋转后空芯线圈的输出电压，并根据空芯线圈电压与标定电流获得互感系数，每次转动旋转模块获得的互感系数的误差各不相同，但由于每次旋转角度相同，且旋转角度为使得这些误差服从正态分布规律，将获得的互感系数进行加权平均，即可消除互感系数的误差，从而极大的提升空芯线圈电流测量的准确度等级。

进一步地，还包括积分模块，积分模块输入端与空芯线圈输出端连接，积分模块输出端与控制模块输入端连接，积分模块将空芯线圈输出电压进行积分处理，使得积分模块输出电压与标定电流呈正比。

进一步地，空芯线圈的种类为手绕式、机绕式和PCB式。

作为本实用新型的另一方面，本实用新型提供了用空芯线圈互感系数的误差消除装置测量电流的装置，包括载流导体、空芯线圈、旋转模块、积分模块以及控制模块，载流导体位于空芯线圈内部且空芯线圈的中心轴线与载流导体中心轴线平行，空芯线圈固定在旋转模块上，空芯线圈的中心轴线与旋转模块的中心轴线重合，积分模块输入端与空芯线圈输出端连接，积分模块输出端与控制模块输入端连接，控制模块输出端与旋转模块输入端连接，控制模块电流切换输出端与载流导体控制端连接；

载流导体的控制端接收电流切换信号实现标定电流与被测电流的切换；空芯线圈将载流导体中标定电流或被测电流转化为输出电压；旋转模块带动空芯线圈旋转；积分模块将空芯线圈的输出电压进行积分处理，使积分模块输出电压与标定电流呈正比；控制模块输出旋转信号控制旋转模块旋转n次，且每次旋转角度为采集旋转模块每次旋转后积分模块输出电压，并根据旋转模块旋转次数输出电流切换信号。