一種高準確度電子補償式電流互感器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種高準確度電子補償式電流互感器，屬于電流測量領域。本發明由鐵芯、繞組和用于補償激磁電流的輔助電路組成。鐵芯由檢測鐵芯和屏蔽鐵芯組成嵌套式結構。檢測鐵芯通過繞在上邊的繞組檢測該鐵芯的零磁通狀態進而控制輔助電路提供電流互感器所必需的激磁電流，消除了電流互感器的誤差源頭，大大提高了電流互感器的準確度。應用本發明可以研制出對二次負荷不敏感的0.001級高準確度電流互感器，以及準確度優于0.01級的開口式電流互感器。
【專利說明】一種高準確度電子補償式電流互感器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高準確度電子補償式電流互感器，屬于電流測量領域。
【背景技術】
[0002]傳統電磁式電流互感器發展非常成熟，通過一些補償措施，準確度可以達到0.01級。試驗室內作為電流標準器使用的雙級電流互感器準確度可以到達0.001級，但其帶負載能力較差，一般僅作為標準器使用。更高準確度的電流比較儀則不屬于電流互感器類型，一般只能用于試驗室校準檢定。
[0003]近年來，人們越來越關注電流、相位、功率的在線測量。為達到這一目的，往往需要斷開一次回路以接入高準確度電流互感器。這項工作費時費力，有時會帶來經濟損失，例如電力電流互感器的常規檢定，需要線路停電。這樣就產生了高準確度開口式電流互感器的需求。
[0004]一般開口式電流互感器由于鐵芯磁路被切斷，鐵芯切面之間的一點點氣隙都會大大增大鐵芯磁阻，等效為降低了鐵芯的磁導率，增大電流互感器的誤差。市面上的常用開口式電流互感器一般稱為鉗形電流表，其準確度一般為1%~5%，顯然不能滿足一些對準確度要求較高的場合。雜志《電測與儀表》1999年第7期的一篇文章《ECCT-1型精密鉗形電流互感器》介紹了一種開口式電流互感器，其額定變比為5A/5mA，準確度等級為0.1級。其實質是一種零磁通式自平衡電流互感器，受系統穩定性的限制，反饋電路的放大倍數有限，因而其誤差仍相對較高。
【發明內容】
[0005]針對【背景技術】的不足，本發明的高準確度電子補償式電流互感器包括鐵芯、繞組和輔助電路，本發明的輔助電路與鐵芯、繞組構成自平衡閉環系統，實現輔助電路補償電流互感器的激磁電流，消除主要誤差源，進而提高電流互感器的電流測量準確度。應用本發明可以研制出對二次負荷不敏感的0.001級高準確度電流互感器，以及準確度優于0.01級的開口式電流互感器。
[0006]一種高準確度電子補償式電流互感器，包括檢測鐵芯、內補償繞組、屏蔽鐵芯、外補償繞組組成，內補償繞組和外補償繞組匝數相等，其特征在于:它還包括輔助電路，所述的輔助電路與檢測鐵芯、內補償繞組、屏蔽鐵芯和外補償繞組構成自平衡閉環系統。其有益效果是:利用輔助電路補償電流互感器的激磁電流，消除主要誤差源，進而提高電流互感器的電流測量準確度。
[0007]如上所述的電流互感器，其特征在于:它還包括檢測繞組，所述的輔助電路包含一個高放大倍數的放大器，所述的檢測繞組(或內補償繞組)同名端接放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端和檢測繞組(或內補償繞組)的非同名端均接地，放大器輸出端接外補償繞組的非同名端，外補償繞組的同名端接內補償繞組的同名端，內補償繞組的非同名端接地。其有益效果是:放大器的高放大倍數保證了檢測鐵芯的輸出電壓非常小，因而輔助電路對激磁電流進行了很好的補償，ECCT電流測量誤差很小，且對二次負荷大小不敏感。
[0008]如上所述的電流互感器，其特征在于:檢測鐵芯上依次繞制檢測繞組和內補償繞組。
[0009]如上所述的電流互感器，其特征在于:所述的屏蔽鐵芯完全包住檢測鐵芯、檢測繞組和內補償繞組形成嵌套式結構。其有益效果是:屏蔽鐵芯的磁屏蔽作用使得外界漏磁通對檢測鐵芯的影響大大減小，提高了 ECCT的電流測量準確度。
[0010]如上所述的電流互感器，其特征在于:它還包括二次繞組和一次繞組，所述的屏蔽鐵芯上依次繞制外補償繞組、二次繞組和一次繞組。其有益效果是:由檢測繞組(或內補償繞組)檢測檢測鐵芯內的弱磁通大小，提供給輔助電路作為輸入信號，輔助電路輸出補償激磁電流，依次流過外補償繞組和內補償繞組，流過外補償繞組的激磁電流在屏蔽鐵芯內產生工作磁通，而外補償繞組和內補償繞組的相同匝數和連接方式保證了激磁電流在檢測鐵芯內不產生磁通。
[0011]如上所述的電流互感器，其特征在于:所述的檢測鐵芯和屏蔽鐵芯為單個完整鐵芯或被切為兩半做成可開口式電流互感器。
[0012]如上所述的電流互感器，其特征在于:所述的被切為兩半的檢測鐵芯和屏蔽鐵芯相應的每個繞組由繞在兩半鐵芯上的繞組串聯而成。其有益效果是:其電流測量準確度遠遠高于傳統原理的開口式電流互感器。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]附圖1為本發明鐵芯及繞組截面示意圖。
[0014]附圖2為本發明ECCT的一種原理不意圖。
[0015]附圖3為本發明ECCT另外一種實現的原理示意圖。
【具體實施方式】
[0016]名詞解釋:高準確度電子補償式電流互感器，本文簡稱ECCT。
[0017]附圖中的標記:I一檢測鐵芯、2—檢測繞組、3—內補償繞組、4一屏蔽鐵芯、5—外補償繞組、6—二次繞組、7—一次繞組、8—輔助電路。
[0018]以下結合附圖對本發明實施例作進一步說明。
[0019]如附圖1和2所示，本發明的ECCT包括檢測鐵芯1、檢測繞組2、內補償繞組3、屏蔽鐵芯4、外補償繞組5、二次繞組6、一次繞組7和輔助電路8組成，其中一次繞組7可以沒有。檢測鐵芯I上依次繞制檢測繞組2和內補償繞組3。屏蔽鐵芯4完全包住檢測鐵芯1、檢測繞組2和內補償繞組3形成嵌套式結構。屏蔽鐵芯4上依次繞制外補償繞組5、二次繞組6和一次繞組7。其中，內補償繞組3和外補償繞組5匝數相等，一次繞組7可以沒有。
[0020]輔助電路8包含一個高放大倍數放大器，由單個運算放大器構成或由分立元件組合而成。以下以運算放大器為例進行說明。運算放大器工作于開環放大狀態，放大倍數大于10000倍。輔助電路8接受來自檢測繞組2的信號，為屏蔽鐵芯4提供激磁電流。輔助電路8與所有鐵芯及繞組構成了一個自平衡閉環系統，該自平衡閉環系統能補償電流互感器的激磁電流，消除主要誤差源，進而提高電流互感器的電流測量準確度。
[0021]作為本發明的又一實施例，本發明的檢測繞組2可以省掉。直接用內補償繞組3來代替檢測繞組，如圖3所示。基本原理與圖2所示實施例相同。
[0022]如圖2和圖3中所有繞組標端為同名端，另一端為非同名端。檢測繞組2 (或內補償繞組3)同名端接輔助電路8的放大器的反相輸入端，輔助電路8的放大器的正相輸入端和檢測繞組2 (或內補償繞組3)的非同名端均接地。輔助電路8的放大器輸出端接外補償繞組5的非同名端，外補償繞組5的同名端接內補償繞組3的同名端，內補償繞組3的非同名端接地。
[0023]作為本發明的又一實施例，本發明的檢測鐵芯I和屏蔽鐵芯4可以為單個完整鐵芯或被切為兩半，對于被構或被切為兩半的檢測鐵芯I和屏蔽鐵芯4可以形成開口式結構。對于這種開口式結構，相應的每個繞組由繞在兩半鐵芯上的繞組串聯而成。采用這種結構的開口式電流互感器，其電流測量準確度遠遠高于傳統原理的開口式電流互感器。
[0024]理想情況下，本發明ECCT系統正常工作時，由運算放大器的“虛短”特性，輔助電路8的放大器輸入端的電壓差為零，即檢測繞組2 (或內補償繞組3)的輸出電壓為零，相應的檢測鐵芯I內磁通為零。檢測鐵芯I受到所有繞組上的電流作用，其中檢測繞組2上電流為零(理想放大器輸入阻抗為無窮大)，內補償繞組3和外補償繞組5同名端相連，且匝數相等，因此這兩個繞組上流過的電流對檢測鐵芯I的作用相互抵消。所以檢測鐵芯上I實質上只受一次繞組7和二次繞組6的作用，且兩個繞組上的電流合成作用為零。以上原理可用下式表示，其中&為一次電流，N1為一次繞組7匝數，&為二次電流，N2為二次繞組6匝數:
【權利要求】
1.一種高準確度電子補償式電流互感器，包括檢測鐵芯、內補償繞組、屏蔽鐵芯、外補償繞組組成，內補償繞組和外補償繞組匝數相等，其特征在于:它還包括輔助電路，所述的輔助電路與檢測鐵芯、內補償繞組、屏蔽鐵芯和外補償繞組構成自平衡閉環系統。
2.如權利要求1所述的電流互感器，其特征在于:它還包括檢測繞組，所述的輔助電路包含一個高放大倍數的放大器，所述的檢測繞組同名端接放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端和檢測繞組的非同名端均接地，放大器輸出端接外補償繞組的非同名端，外補償繞組的同名端接內補償繞組的同名端，內補償繞組的非同名端接地。
3.如權利要求1所述的電流互感器，其特征在于:所述的輔助電路包含一個高放大倍數的放大器，所述的內補償繞組同名端接放大器的反相輸入端，放大器的正相輸入端和內補償繞組的非同名端均接地，放大器輸出端接外補償繞組的非同名端，外補償繞組的同名端接內補償繞組的同名端，內補償繞組的非同名端接地。
4.如權利要求2所述的電流互感器，其特征在于:所述的檢測鐵芯上依次繞制檢測繞組和內補償繞組。
5.如權利要求2所述的電流互感器，其特征在于:所述的屏蔽鐵芯完全包住檢測鐵芯、檢測繞組和內補償繞組形成嵌套式結構。
6.如權利要求1、2或3所述的電流互感器，其特征在于:它還包括二次繞組和一次繞組，所述的屏蔽鐵芯上依次繞制外補償繞組、二次繞組。
7.如權利要求1、2或3所述的電流互感器，其特征在于:所述的檢測鐵芯和屏蔽鐵芯為單個完整鐵芯或被切為兩半做成可開口式電流互感器。
8.如權利要求7所述的電流互感器，其特征在于:所述的被切為兩半的檢測鐵芯和屏蔽鐵芯相應的每個繞組由繞在兩半鐵芯上的繞組串聯而成。
【文檔編號】G01R15/18GK103592490SQ201310492098
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】李鶴, 雷民, 章述漢, 李前, 熊前柱, 胡浩亮, 李登云, 楊春燕 申請人:中國電力科學研究院