[发明专利]一种环形电流互感器及其测量电流的方法

说明书

本发明提供一种环形电流互感器及其测量电流的方法。所述电流互感器以偶数块并联输出的隧道磁电阻芯片和补偿绕组为核心，通过在待测载流导体通过互感器中心时，测量载流导体产生的磁场的平均值，从而对补偿绕组施加补偿电流使隧道磁电阻芯片处保持磁场为0，实现对待测载流导体中通过的电流大小的测量。另外，所述电流互感器的误差补偿部分还考虑了基于电路老化而设计的老化修正电路，基于温漂误差而设计的温度补偿电路，从而进一步提高本发明的电流互感器的测量精度。所述环形电流互感器具有测量范围广、质量轻、体积小、线性范围广、过载能力强、无铁芯饱和、生产成本较低等诸多优点。

技术领域

本发明涉及电力测量领域,并且更具体地，涉及一种环形电流互感器及其测量电流的方法。

背景技术

电流测量是电力系统最重要的基础支撑技术之一，直接关联电气设施的控制、保护、计量等系统。常用电流测量装置包括电磁式电流互感器、基于分流器的有源光电式电流互感器（OCT）、全光纤电流互感器（FOCT）、零磁通电流互感器、基于磁传感原理的电流互感器。电磁式电流互感器难以测量直流电流；OCT、FOCT和零磁通电流互感器体积大、成本高、运维复杂，且热稳定性不稳定。以上几类互感器难以适应直流配电网、电动汽车充电桩等新应用的测量需求。隧道磁电阻元件相较其他类型的磁传感元件，包括霍尔元件、各向异性磁电阻元件、巨磁电阻元件等在分辨率、灵敏度、功耗、磁场工作范围、工作温度等方面有更优秀的性能表现，但是现有技术中缺乏基于隧道磁电阻元件而设计的电流测量装置。

发明内容

为了解决现有技术中的电流测量装置不能较好兼容测量范围，测量精度、灵敏度、热稳定性，产品体积，成本，运维方便程度等特性的技术问题，本发明提供一种环形电流互感器，所述电流互感器包括：

环形外壳，其为中空结构，用于承载空心线包；

空心线包，其包括偶数块并联输出的隧道磁电阻芯片和补偿绕组，用于当待测载流导体通过环形外壳中心并对补偿绕组施加补偿电流时，使所述隧道磁电阻芯片位置处于零磁通环境，其中，所述待测载流导体和补偿绕组分别为环形电流互感器的一次绕组和二次绕组；

误差补偿单元，其与空心线包内的隧道磁电阻芯片和补偿绕组连接，用于对所述空心线包工作时的误差进行补偿后向补偿绕组施加补偿电流，并对补偿电流信号进行调理后输出反映待测载流导体中通过的电流大小的电压信号。

进一步地，所述环形外壳包括外径部分和内径部分，以及嵌设在所述外径部分和内径部分之间的环形骨架，其中，环形骨架用于安装隧道磁电阻芯片，并绕设补偿绕组。

进一步地，所述环形外壳外径部分内壁上含有金属屏蔽层，用于屏蔽所述待测电流邻相的电流磁场。

进一步地，所述偶数块隧道磁电阻芯片距离环形外壳的圆心距离相同，且相邻芯片的间距相同，所述偶数块隧道磁电阻芯片的电源端与接地端分别级联而形成并联芯片组，用于输出所述待测载流导体产生的磁场的平均值，所述补偿绕组在相邻隧道磁电阻芯片间的绕线匝数相同且均匀，并跨过每个隧道磁电阻芯片绕设在环形骨架上。

进一步地，所述误差补偿单元包括：

放大电路，其与空心线包中的隧道磁电阻芯片和补偿绕组连接，生成第一补偿电流信号以补偿所述空心线包工作时在隧道磁电阻芯片处产生的磁性误差，并将第一补偿电流信号对应的第一补偿电流施加于补偿绕组，用于自动补偿所述空心线包工作时在隧道磁电阻芯片处产生的磁性误差；

信号调理电路，其用于对第一补偿电流信号进行采样，并对所述第一补偿电流信号进行处理后输出反映待测截流导体上通过的电流大小的电压信号；

电源，其用于为误差补偿单元的其他部分提供电能。

进一步地，所述误差补偿单元还包括温度补偿电路和老化修正电路中的至少一个，其中：