[发明专利]一种单磁芯多绕组磁平衡式电流检测装置

说明书

本发明涉及一种单磁芯多绕组磁平衡式电流检测装置，包括激励电流源(1)、退磁电流源(2)、第一开关(3)、第二开关(4)、磁环(5)、激励线圈(6)、第一检测线圈(7)、第二检测线圈(8)、补偿线圈(9)、第一信号采集器(10)、第二信号采集器(11)、第一低通滤波器(12)、第二低通滤波器(13)、差分器(14)、带通滤波器(15)、幅值检波器(16)、调节器(17)、驱动器(18)、补偿电流源(19)、采样电阻(20)。本发明采用单磁环、单激励绕组、双检测绕组、外加补偿线圈的结构，以非接触式的方式检测穿过磁环内部电流的大小，采用磁平衡的补偿方法，可以实现对被测电流的宽范围、高精度、高灵敏度测量。

技术领域

本发明涉及信号检测领域，具体涉及一种单磁芯多绕组磁平衡式电流检测装置。

背景技术

电流是电气领域中最重要的物理量之一，是表征设备、负载或线路的运行状态的必备参数。在电力行业中，不论发电侧的电流、输变电线路电流，还是配电变压器、配电开关的电流，甚至是用户终端电流都是系统运行情况的直观体现。如何准确的检测直流、交流、瞬时电流、脉冲电流等已成为行业内最重要的研究热点之一。

目前，电流信号的检测主要原理可以分为两大类：基尔霍夫定律、法拉第电磁感应定律。基于基尔霍夫定律，即KCL、KVL原理的电流测量方法主要是接触式测量，即直接测量被测回路中的电流，具体包括电阻法、分流器法等。

电阻法与分流器法均是在被侧电流回路中串入高精密的电阻，所不同的是，电阻法虽然简单，但在测量大电流时会导致较高的损耗，一般只应用在小电流测量，并且是测量回路可控、可修改的场合；分流器法解决了电阻法测量大电流时引起的高损耗问题，一般应用在测量大电流的场合，但是电阻法和分流器法均存在温漂大、灵敏度难以提高、需要修改被测回路的原始连接等问题；

基于法拉第电磁感应定律的测量方法主要是通过测量电流产生的磁场来反演电流的大小，这类方法一般只能应用在变化的电流场合，具体包括电流互感器法、霍尔测量法、磁调制法等；这三种典型的测量方法中，电流互感器法仍然属于接触式测量，通过在被测电流回路中串入变压器，被测电流的变化导致变压器内的磁通发生变化，在其二次回路感应出电压信号，通过测量该电压的大小即可反演出被测电流的大小，电流互感器法可以实现宽范围交流电流的测量，但是其测量精度低、线性度差、分辨率较低，并且无法测量直流信号；

霍尔电流测量法主要是通过测量被测电流产生的磁场，进而反推出被测电流的大小；霍尔电流法，尤其是闭环霍尔具备测量精度高、线性度好、测量范围较宽、直流与交流均可测等优势，在工业中应用广泛；但是霍尔电流测量法也存在温漂较大、抗环境干扰能力差等问题；

磁调制法的基本原理是：对一个闭合的高磁导率磁芯，通以高频大幅值交变激励电流，在没有被测电流时，磁芯将处于周期性交变饱和状态；当存在被测电流时，被测电流产生的磁场叠加到激励磁场上，会使得磁芯出现周期性非对称饱和，对该周期性非对称的饱和磁通进行分析，会发现二次分量(以激励电流的频率为基频)的幅值最大，通过提取该二次分量的幅值，即可反演出被测电流的大小。磁调制法巧妙地将被测电流产生的磁场“调制”到周期性交变的激励磁场上，通过改变磁芯正负半波饱和的时刻和时间，即可“调制”出与被测电流成正比关系的电压二次分量。磁调制法，合理设计激励、检测和信号处理回路，也可以实现高精度、高灵敏度测量。

霍尔电流测量法和磁调制法均可实现非接触式测量，但这类方法存在一个共性问题，即大量程与高灵敏度的矛盾问题。要实现高灵敏度，就必然要求测量回路中具备很大的放大倍数，但是高放大倍数使得测量装置在检测大电流时出现容易饱和，制约了测量装置的量程；另外，这类方法好存在磁芯初始剩磁的影响，需要采取措施消磁磁芯初始剩磁的影响。

综上所述，对于宽范围、高精度、高灵敏度的电流测量场合，还有必要研究新的测量方法。

发明内容

本发明的目的是针对非接触式、宽范围电流测量场合，提出一种高灵敏度和高精度的电流测量装置。