[发明专利]一种交直流电流比较仪

说明书

本发明属电流测试装置，特别适合于交直流混合使用场合。

“电子工程师学会学报，电子与动力”（Electronics    and    Power    The    Journal    of    the    Institution    of    Electrical    Engineers    Vol.32    No.1    January    1977.）载文“用互感器精确测量直流和交流电流”（Accurate    Measurement    of    d.c.and    a.c.by    Transformer）的装置和电路。这种比较仪虽然很吸引人，但至少存在如下两个缺点：（一）该比较仪的测量头是一种闭环式结构，被测线必须从闭环中心穿过，这对工业现场测试是非常不方便的。测量头所使用的材料为高导磁率薄膜合金，价格昂贵。对电磁、机械冲击的承受能力差。（二）电子放大器电路存在明显的缺点是：对于大的过电流，这种功率放大器不可能送出相应的补偿电流，在这种情况下，由于铁芯饱和，磁势平衡受到破坏，否则，要求功率放大器做得很大，这是不经济的。

根据上述现有技术存在的缺点，本发明提供一种开口式的交/直流电流比较仪。

为完成上述目的，本发明采取以下技术措施，图1为开口式交/直流电流比较仪测量头外形图，图2为测量头哈夫面A剖视图，图3为本发明比较仪电路图。这种交直流电流比较仪由测量头和电子放大器两部分构成，所述测量头为环形开口状，由上、下两半环构成，在直径方向设哈夫面A和B。测量头中的交流主铁芯T₂由硅钢片卷绕成环状形铁芯后，在外面绕上交流检测绕组W_D，再在该绕组外面绕上监视绕级W_K，在W_k外面绕交流调零绕组W_a两个直流主铁芯T₃由硅钢片卷成环状形铁芯后，分别在外面绕上激磁绕组W_a。然后，将上述交流、直流绕组铁芯拼装，在它们外面绕上静电屏蔽E，并将它置于由硅钢片卷绕而成的磁屏蔽铁芯T₁中，在T₁外面绕上交直流二次绕组W_s，最外面套上静电屏蔽F、上述结构经环氧树脂浇铸后，在直径方向开哈夫面A和B。所述电子放大器中的二次交流电流I_sa的互感直接耦合电路为，二次绕组W_s中的绝大部分（99%左右）交流电流（I_sa-I_M）由互感直接耦合电路产生，该互感耦合电路由二次绕组W_s、负载电阻B、电解电容C₁、C₂、二极管D₁、D₂构成，其中D₁的阳极与D₂的阴极相连，接到W_s的非同名端和直流功率放大器A的输出端，D₁的阴极与C₁的正极相联，D₂的阳极与C₂的负极相连，C₁的负极与C₂的正极相连后与负载B和放大器的接地点连接，负载B的另一端接到W_s的同名端。图3给出了开口式交直流电流比较仪的电气原理图，当被测一次绕组W_p中通过交流和直流电流I_pa+I_pd时，对交流分量I_pa，基于交流磁势平衡原理，二次绕组W_s中会感应出二次交流电流I′_sa，由于这种二次电流I_sa中存在着一定数量的磁化电流误差，即在主铁芯T₂中作用有一定数量的交流安匝差I_paW_p-I_saW_s，该安匝差将在交流检测绕组W_D中感应信号，W_D取得的信号通过电子放大器放大、反馈，得到补偿二次交流电流的磁化电流I_M，使得在主铁芯T₂中的安匝差I_paW_p-I_saW_s接近于零，从而得到二次电流与一次电流之间的高精度匝比关系，I_pa＝ (Ws)/(We) I_sa，外接负载B中流过准确度很高的二次交流电流I_sa，通过I_sa即可确定I_pa。为了保证该系统高精度、高可靠地工作，设置了交流调零绕组W_a和交流监视绕组W_k。W_a与秘电势源e和电阻R、电容C的并联支路相串联，合理选择R、C的值，可以得到最佳交流调零效果，从而有效抑制由于直流系统纹波对交流系统零点的影响。交流监视绕组W_k与监视装置K相连一旦电子部分或其他部分发生故障，其二次电流的准确度就发生变化，主铁芯T₂中和交流磁势就不可能趋近于零，此时监视绕组则有一个比较大的信号输出，从而构成这种开口式交流电流比较仪的自诊断功能。由图3可知，对于一次绕组W_p中的直流分量I_pd，采用磁调制原理进行测试。均匀绕制在一对直流主铁芯T₃上的一对激励绕组W_s对接后接入交流工频变压器T₄，经过配对的一对T₃将受到工频交流磁场的作用。当一次绕组中存在被测直流分量I_pd时，在直流主铁芯T₃中将作用有对应的直流磁场，该直流磁场将受到交流磁场的调制。由激磁变压器的中心抽头M将输出以二次谐波为主的交流信号，该信号的幅值与相位对应被测直流I_pd的大小和方向，经过电子部件组成的滤波、解调、放大环节A，给二次绕组W_s提供反馈直流电流I_sd，由于系统开环增益很高，当闭环系统平衡时，使得直流一次与二次之间的安匝差趋近于零，即I_pdW_p-I_sdW_s＝0，得I_pd＝ (Ws)/(Wp) I_sd，从而在负载B中亦可得到匝比准确度很高的二次直流电流I_sd。