[发明专利]一种具有闭环控制的磁通门电流传感器

说明书

本发明涉及一种具有闭环控制的磁通门电流传感器。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。通过低通滤波电路和积分电路检测磁芯磁通并使磁芯中磁通趋于零，通过电压‑电流转换电路构成反馈回路，在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，使磁芯工作于零磁通状态，提高了电流检测精度。同时，本发明采用单磁芯结构，减小了电流传感器体积，降低了成本。本发明提出的磁通门电流传感器可用于交流、直流等复杂剩余电流的检测。

技术领域

本发明涉及一种具有闭环控制的磁通门电流传感器。

背景技术

电能是现代社会最重要的能源之一，电力事业的飞速发展推动了社会进步，极大地方便了人们生活。但是随着用电量的不断增加，人身触电和电气火灾事故成为用电安全中人们关注的重要问题。剩余电流是指通过电气线路中各相瞬时电流值的和，也称作漏电流。在低压配电系统中配电线路漏电流是造成电气火灾和人身触电的重要原因。目前，国内外普遍采用剩余电流保护技术对电气火灾和人身触电事故进行防护，相应的防护电器被称为剩余电流保护器。

现如今电动汽车、光伏发电、直流配电等领域飞速发展，大量的整流、逆变、变频、滤波等电力电子技术被应用到这些新兴领域。随之产生的接地故障剩余电流也越来越复杂，除了常见的工频交流剩余电流，还存在有各种高频交流、脉动直流、平滑直流、复合波等剩余电流类型。当剩余电流中含有直流分量时，剩余电流保护器中的关键检测元件剩余电流互感器将不会在二次绕组感应出与剩余电流成比例的感应电动势，剩余电流保护器将不能正常工作。目前可用于直流电流测量的方法主要有：霍尔电流传感器与磁通门电流传感器。其中霍尔电流传感器可以检测几百到几千安培的大电流，但是由于霍尔电流传感器的磁芯存在气隙，容易受温度和外界磁场干扰，因此并不适合剩余电流等微弱电流的检测，这就限制了霍尔电流传感器的应用范围。磁通门电流传感器基于磁调制原理，与霍尔电流传感器相比，磁通门电流传感器磁芯中无气隙，抗干扰能力强，不易受外界磁场干扰。

目前多数磁通门电流传感器工作于开环状态，当电流传感器中通过剩余电流时，电流传感器的磁芯会工作于偏磁状态，电流检测精度会受到限制；当剩余电流过大时，磁芯会在某一方向持续饱和而使传感器无法正常工作。现有的闭环磁通门电流传感器多采用双磁芯或三磁芯结构，结构复杂，体积大，成本高。

剩余电流是较大负载下的微弱差值电流，通常采用非接触式的电流检测方法进行剩余电流的检测。目前常用的非接触式电流检测方法主要有电磁式电流互感器法、霍尔电流互感器法和磁通门电流互感器法。

电磁式电流互感器工作原理如图1所示，图中N₂为互感器二次绕组匝数；i_L、i_N为线路负载电流；i_Δ为互感器二次回路感应电流；E₂为二次回路感应电势；Z₂为二次回路阻抗。线路中剩余电流i_P＝i_L+i_N，正常情况下i_P＝0。当线路中存在有剩余电流，即i_P≠0时，互感器二次绕组在剩余电流产生的磁通量Φ_Δ作用下，产生感应电势E₂，从而在互感器二次回路中产生一个正比于剩余电流的感应电流i_Δ，通过检测i_Δ可实现剩余电流的测量。