[发明专利]一种具有闭环控制的磁通门电流传感器

权利要求书

1.一种具有闭环控制的磁通门电流传感器，其特征在于，该具有闭环控制的磁通门电流传感器主电路基于开环结构，通过增设一路反馈回路构成闭环控制，且该具有闭环控制的磁通门电流传感器采用单磁芯结构。

2.根据权利要求1所述的一种具有闭环控制的磁通门电流传感器，其特征在于，包括互感器磁芯、方波激励电路、低通滤波电路、积分电路和电压-电流转换电路；方波激励电路用于输出正负方波电压给互感器磁芯的励磁绕组，使互感器磁芯工作于正向饱和与负向饱和状态；当线路中存在剩余电流时，通过低通滤波电路、积分电路、电压-电流转换电路构成反馈回路，在互感器磁芯的反馈绕组中产生反馈电流，反馈电流产生的磁通与剩余电流产生的磁通相互抵消，使互感器磁芯工作于零磁通状态。

3.根据权利要求1所述的一种具有闭环控制的磁通门电流传感器，其特征在于，该具有闭环控制的磁通门电流传感器工作原理为：方波激励电路为自激振荡电路，通过采集励磁电流采样电阻R_S上的电压U_S，与设定阈值电压进行比较，当U_S达到设定阈值电压时，自激振荡电路输出电压极性反转，以此往复输出正负方波电压施加给互感器磁芯的励磁绕组；采样电阻R_S的电压平均值可表示为：

其中，N_S为励磁绕组匝数，I_P为剩余电流i_P在一个励磁周期内的平均值；正常情况下，I_P＝0；当线路中存在剩余电流，即I_P≠0时，U_S也不为零，U_S经过由低通滤波电路、积分电路与电压-电流转换电路组成的反馈回路后，会在互感器磁芯的反馈绕组中产生一个反馈电流i_T，反馈电流i_T在互感器磁芯中产生的磁通与剩余电流i_P产生的磁通方向相反，反馈回路中的积分电路会使互感器磁芯中磁通趋于零，因此，反馈回路电流i_T会趋于i_P/N_T，N_T为反馈绕组匝数。

4.根据权利要求3所述的一种具有闭环控制的磁通门电流传感器，其特征在于，该具有闭环控制的磁通门电流传感器的传递函数表示为：

其中，R_S为励磁电流采样电阻，N_S为励磁绕组匝数，R_T为反馈电流采样电阻，N_T为反馈绕组匝数，k、T₁分别为低通滤波电路的放大倍数和时间常数，T₂为积分电路时间常数；

通过传递函数可知其直流增益为：

即：

从上式可以看出，剩余电流i_P与积分电路输出电压u_O成比例关系，当剩余电流为直流电流时，通过测量输出电压u_O即可实现剩余电流的检测；当剩余电流为非线性电流时，在每一个励磁周期内，非线性电流可等效为持续时间很短的直流电流，此时仍然可通过测量输出电压u_O实现剩余电流的检测。