[发明专利]一种单圆环差分式磁通门电流传感器

说明书

本发明涉及电气工程、测控技术与仪器、自动控制领域，具体涉及一种单圆环差分式磁通门电流传感器。本发明提供的单圆环差分式磁通门电流传感器，通过设计半中空的磁芯结构，并使两个激励绕组分别缠绕在磁芯的半中空侧的两个桥臂上形成差分结构，通过两个激励绕组反向串联的方式，使整个电流传感器不需要更多的信号发生装置，也不需要更多的感应绕组，激励绕组结合信号处理装置即可进行待测电流值的读取，引入信号补偿电路能够有效减少噪声以及环境因素对测量结果的影响，提高传感器的测量准确度。

技术领域

本发明涉及电气工程、测控技术与仪器、自动控制领域，具体涉及一种单圆环差分式磁通门电流传感器。

背景技术

随着当代电力系统的不断完善和发展，电力设备的数量也在逐渐增加，对电力设备运行状态的检查和维修需要花费更多的人力物力，而当前对电力设备的运行状态进行在线监测无疑是减少资源浪费的有效措施，因此电力设备的在线监测技术得以长足发展，而在电力系统中又有许多电力设备的运行状态是通过电流反映的，因此对电力设备的在线监测可以转化为对电流信息的实时监测，而在实际的电力系统中，不同的电力设备，其电流特征也是不相同的，同时电力系统中的大部分电力设备所处环境恶劣，环境因素会影响电流测量的准确度从而导致测量的难度增加，因此既能够实现直流电流的准确测量又能够实现交流电流的准确测量同时具有较强的抗干扰能力成为研究的关键。

磁通门电流传感器是一种基于磁通门技术的电流测量传感器，传感器的磁芯是由软磁材料制成的，传感器的磁芯在待测磁场以及激励磁场的共同作用下周期性交替饱和，根据采集感应线圈上的电压并利用软磁材料的磁滞回线实现对待测磁场的测量，最终再根据待测磁场强度与电流的关系实现对待测电流值的测量。

传统单圆环的磁通门电流传感器的磁芯常常采用普通圆环结构，磁芯上缠绕有激励线圈和感应线圈共用的同一组线圈，在线圈上施加激励信号且激励信号的频率需要远大于待测电流信号的频率，否则无法将待测电流视为直流电流并进行测量，在无待测电流时，仅有激励线圈中的激励信号在磁芯内产生交变磁场，在交变磁场的作用下，激励线圈中又会产生感生电动势，且由于激励线圈一般采用方波或正弦波，因此感应电动势仅含奇次谐波分量，当有待测电流时，在待测磁场和激励磁场的共同作用下，激励线圈中的感应电动势除奇次谐波外，还存在偶次谐波分量，根据偶次谐波分量即可实现对待测电流的测量，但在实际的测量过程中，在无待测电流时，仅在激励信号的作用下，激励线圈中的感应电动势并不是仅有奇次谐波，由于激励信号本身并不是严格的方波或正弦波以及环境等因素的影响使得激励线圈中还存在偶次谐波分量，进而严重影响传统单圆环磁通门电流传感器的测量准确度。

传统双圆环的磁通门电流传感器的磁芯常常也是采用普通圆环结构，传统的双圆环磁通门电流传感器在正常工作时，两个激励线圈分别均匀缠绕在一个磁芯圆环上，两个激励线圈采用串联的连接方式且施加相同的激励信号从而形成差分结构，相较于单圆环的磁芯结构具有较强的抗干扰能力，但双圆环的结构同时会导致磁通门电流传感器的体积增加，不易安装，这限制了传感器的应用场景。除此之外双圆环的磁通门传感器补偿难度大且测量准确度低，双圆环磁芯结构的磁通门传感器在无待测电流时，两个激励线圈上的感应电动势应是相同的，但在实际的过程中由于结构并非严格对称导致不同，可采取补偿措施使得传感器的输出为零，但在有待测电流时，待测电流在磁芯内产生的磁场也会在激励线圈中产生感应电动势，但由于两个磁芯圆环的非严格对称，从而导致待测磁场在两个激励线圈中产生的感应电动势不同，而对采样信号的补偿程度也未可知，从而影响传感器的测量准确度。