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CN1808133B - 用于测量电流的检测电路 - Google Patents

用于测量电流的检测电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于测量电流的检测器电路，包括主电流互感器和两个基本相同的辅助电流互感器，其中主电流感应磁通势，该磁通势被穿过至少两个环形铁心(2，3)的补偿绕组(L4)中的补偿电流(i4)感应的磁通势所抵消掉，与此同时，依靠调制信号反相磁化该两个辅助电流互感器。进一步包括用于为该补偿电流(i4)提供调整信号的同步整流器。补偿绕组(L4)由所谓的“皮尔格绕组”形成。皮尔格绕组由一次卷绕成的一段(section)构成，它表现出一个特性，即各绕组层之间的势差小于传统卷绕式互感器时的势差。结果，该绕组之间的不需要的电容电流被明显降低，换句话说，绕组之间的寄生电容被降低。已经证明，这种绕组使不需要的谐振不再防碍测量过程。

Description

用于测量电流的检测电路
技术领域
本发明涉及依靠主电流互感器和两个基本相同的辅助互感器的用于测量电流的检测电路，其中主电流感应磁通势，由围绕至少两个环形铁心的绕组中的补偿电流感应的磁通势将所述磁通势抵消掉，与此同时，依靠调制信号反相磁化该两个辅助互感器，所述电路包括用于为该补偿电流提供调整信号的同步整流器。
背景技术
丹麦专利第149238号公开了用于测量粒子加速器中电磁体的电流的零通量电流互感器。当涉及非常强的电流强度，即，几百安培时，有利地将该主电流转换成容易处理的相对弱的测量电流，并将其流经测量电阻。然后将经过该测量电阻的电压降用作表示该主电流强度的测量值。
该已知的零通量电流互感器是由二次谐波磁调制器结合磁积分器形成的。原则上，磁积分器包括铁磁材料的环形铁心，并为其提供初级绕组、次级绕组和传感器绕组。该传感器绕组与驱动次级电流通过测量电阻的放大器的输入端相连。那么该环形铁心中的磁通量的变化在该传感器绕组中感应电压，并且这个电压以这样一种方式影响该放大器，即所述磁通量产生补偿电流，该补偿电流抵消由该初级电流引起的该磁通量的变化。因此，通过由穿过该次级绕组的电流产生的磁通势以这样一种方式将由穿过该初级绕组的电流产生的磁通势均衡，即关系系数存在于该初级绕组中的电流强度和该次级绕组中的电流强度之间。
然而，该磁积分器不能处理DC(直流电)和非常低频率的电流，因此为了这个功能需要包括单独的电路。这样的电路由包括两个同样涂层的环形铁心和驱动电路的磁调制器形成。该环形铁心被饱和驱动，并且在平衡/“零通量”点，该电流曲线相对于零时称，其结果是等谐波的量为零。然后，可以采用依靠窗口比较器/施密特触发器的直接的、对称的检测，或者采用使用表示双频调制信号的电流信号的同步整流的二次谐波指示器。在两种情况下获得输出信号，该信号在该初级安培匝数和次级安培匝数之间平衡时为零。在该安培匝数之间的不平衡产生振幅和极性电压，其依赖于所述不平衡的程度和极性。一个铁心能够执行后者的检测器功能，但需要包含两个反相的铁心，为的是防止该补偿电路抑制该检测，和防止该调制信号通过磁耦合干扰该磁积分器。
然而，该已知电路被缺点所阻碍，即不可能补偿特别高频率的交流电。而且，产生不希望的谐振，其可能具有破坏性的影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种上述类型的检测电路，其能够补偿交流电到至今未知的程度。
本发明基于对由围绕在至少两个环形铁心周围的普通绕组中的寄生电容引起的不希望谐振的识别上，并且根据本发明，通过用于该补偿电流的被卷绕的绕组，可以以这样一种方式高度降低这些寄生电容，以便将所述寄生电容降低至最小值，例如通过所谓的“皮尔格绕组(pilgrim winding)”的所述绕组。由一次卷绕成的一部分产生的皮尔格卷绕(pilgrim-wound)互感器表现出一个特性，即该单独绕组层之间的势差小于传统卷绕式互感器时的势差，其中一层沿着该整个铁心的纵向方向一次卷绕成。结果在该绕组之间的不希望的电容电流已被明显地降低。换句话说，该寄生电容被降低。而且，事实证明，这种绕组的使用意味着该不希望的谐振成这样的程度，即它们不再防碍测量过程。
围绕至少该两个环形铁心的绕组可以选择地由所谓的“交叉绕组(cross-winding)”形成。
附图说明
下面参考附图对该发明进行详细解释，其中：
图1图解说明具有零检测器消声和包括三个铁心的非稳态检测器电路，
图2图解说明具有零检测器消声和包括四个铁心的非稳态检测器电路，
图3图解说明包括四个铁心的检测器电路，并且其中从外面施加调制信号，
图4图解说明包括四个铁心的检测器电路，并且其中从外面施加调制信号，
图5和6图解说明根据本发明的电流测量电路的简化实施例，和
图7a、7b和7c分别图解说明分段绕组、皮尔格绕组和另一个皮尔格绕组的例子。
具体实施方式
图1所示的检测电路用于测量强电流，它包括三个基本相同的环形铁心1、2、3。主电流I5流过这三个基本相同的环形铁心，并感应磁通势，该磁通势将被补偿电流i4抵消。将具有几百Hz频率的方波信号形式的调制信号供给这些铁心的两个铁心2、3的绕组L2、L3，供给一个铁心2的绕组L2的方波信号相对于供给该第二个铁心3的绕组L3的方波信号被反向。结果，该两个铁心2、3以这样一种方式被反相磁化，以使不等幅和等幅的谐波都通过经由绕组L1、I4和L5的耦合得到基本补偿。
该原理基于这样的事实，即当在由该主电流和该补偿电流感应的场之间存在平衡或均衡时，在这些铁心中的平均通量为零。然而，当由于在该感应场之间的不平衡该平均通量不同于零时，即，当不平衡出现在该主电流I5和穿过至少两个环形铁心3、2的绕组I4中的该补偿电流i4的安培匝数之间时，那么在调制绕组中的磁化电流包括等幅谐波，其中二次谐波是最主要的因素。该后者的二次谐波检测导致对应于不平衡的直流电流信号被转向，将所述直流电流信号以这样一种方式用于控制放大器，以便重新建立由该初级电流和次级电流感应的磁通势之间的平衡。
该补偿绕组I4以这样一种方式缠绕，以便将寄生电容降到最小值，例如该绕组I4被缠绕为皮尔格绕组或前进绕组(progressive winding)。该绕组L4可以选择地被缠绕为交叉绕组(cross-winding)或所谓的“分段绕组(sectionalwinding)”。
这种检测器电路的具体实施例出现在图1中。依靠施密特触发器A4产生调制信号，施密特触发器的输出与绕组L2的一端相连，而该施密特触发器的输入与该绕组L2的第二端相连。该电路是不稳定的。在将正电压施加到12上的时刻，将正电压施加给该施密特触发器A4的输入端。这个正电压具有这样的影响，即电流在该绕组L2中流动，并导致该铁心2饱和，由此穿过该绕组L2的电压降下降到几乎为零，而电阻R1(50Ω)上的电压降增加。随后该施密特触发器A4以这样的方式改变它的状态以便提供不稳定电路。
在该施密特触发器A4的输出端的方形波信号还被传送到放大器A5的输入端，该放大器的输出端馈给绕组L3。结果，为该绕组L3馈送方波信号，该方波信号相对于供给给绕组L2的方波信号反相。
该电阻R1上的信号电压对应于该施密特触发器A4的输入端的信号电压。通过低通放大器A3，穿过该电阻R1的该信号电压还被传送到加法电路，在该加法电路中将该信号电压加到由绕组L1检测到的信号电压上，以便在4中提高补偿电流。结果，该后者的补偿电流能够补偿主电流I5中的慢的和快的变化。
根据本发明进一步提供用于补偿不完全相同的两个环形铁心2、3的装置。这些装置由穿过该两个环形铁心2、3的传统绕组L6形成。该传统绕组L6检测可能的误差信号i6，该信号被加到传送到铁心3的调制信号上。以这样的方式传送该误差信号，以便建立负反馈回路，所述负反馈回路自动地建立平衡。换句话说，输到该铁心3的该调制信号被改变直到该误差信号基本为零。
但是，该误差信号不能精确为零。
由于这样的事实后者为其它的事物，即大体上只有在该铁心3没有饱和的时候该调整才有效，如果需要，该铁心3可以通过包括另外一个环形铁心4得到补偿，该铁心4因为没有为其提供调制信号而没有达到饱和。
在后一种情况中，该补偿装置具有穿过该三个环形铁心2、3、4的传统绕组L6的形式。这个传统绕组L6检测发源于该铁心2和3的可能的误差信号，并且这个误差信号用于影响该铁心4中的磁化。结果，获得该误差信号的进一步降低，随后获得该主电流I5的非常准确的测量。
根据可选择实施例，比较图3，该不稳定电路已被从外面正操作的电路替换，该操作通过一个调制信号，其具有交流信号的形式，被传送到绕组L2，所述交流信号优选地为具有几百Hz频率的方波信号，通过一个交流信号，优选地以方波信号的形式，被传送到绕组L3，并相对于上述信号被反向。结果，该两个绕组L2和L3被反相磁化。
检测电阻R1上的信号电压，并将其施加到放大器A3，然后，该放大的信号电压与具有频率2f即同步整流的信号相乘。然后将该混合的信号加到由绕组L1检测到的信号上。
还是在这种情况下，根据本发明可以提供用于补偿不完全相同的两个环形铁心2、3的装置，比较图3，类似于图1，这些装置由穿过该两个环形铁心2、3的传统绕组L6形成，所述传统绕组L6检测可能的误差信号，该误差信号被加到传送到该铁心3的调制信号上。以这样的方式传送该误差信号，以便建立负反馈回路，所述负反馈回路自动地建立平衡，换句话说，输到该铁心3的该调制信号被改变，直到该误差信号基本为零。
如在图1所示的电路结构，只要该铁心3没有饱和时该调整才有效。可以添加一个附加的环形铁心4，比较图4，为的是补偿上述情况，所述附加的环形铁心没有进入饱和，因为没有调制信号传送到这个铁心4。
在图4所示的电路结构中，上述补偿装置由穿过三个环形铁心2、3、4的传统绕阻L6形成，这个传统绕组L6检测发源于铁心2和3的可能的误差信号，并且这个误差信号用于影响该铁心4中的磁化。
该说明的检测电路例如可以用于测量强电流，即，用于粒子加速器的磁化电流。
图5和6图解说明根据本发明的电流测量电路的简化实施例。
在一些上述的实施例中，该交流拾取绕组L1还以这样的方式缠绕，以使该寄生电容被降到最小值，诸如皮尔格绕组、分段绕组或交叉绕组。
本发明涉及一种用于测量电流的检测器电路，包括主电流互感器和两个基本相同的辅助电流互感器，其中由主电流感应磁通势，穿过至少两个环形铁心(2，3)的被偿绕组(L4)中的补偿电流(i4)感应的磁通势将所述磁通势抵消掉，与此同时，依靠调制信号反相磁化该两个辅助电流互感器，所述电路进一步包括用于为该补偿电流(i4)提供调整信号的同步整流器。根据本发明，该补偿绕组(L4)由所谓的“皮尔格绕组”形成。皮尔格绕组由一次卷绕成的一段(section)构成，它表现出一个特性，即各绕组层之间的势差小于传统卷绕式互感器时的势差，传统式中一层沿着整个铁心的纵向方向一次卷绕成。结果，该绕组之间的不需要的电容电流已经被明显降低，即，所谓的邻近效应(neighbouring effect)。换句话说，该绕组之间的寄生电容已经被降低。而且，已经证明，这种绕组的使用意味着不需要的谐振被提升到这样的程度，以使它们不再防碍测量过程。

Claims (4)

1.一种检测器电路，用于测量高电流，包括：
主电流互感器；
两个基本相同的辅助电流互感器，其每一个都包括环形铁心，其中，由主电流感应磁通势，穿过辅助电流互感器的至少两个环形铁心的补偿绕组中的补偿电流感应的磁通势将所述磁通势抵消掉，与此同时，依靠调制信号反相磁化该两个辅助电流互感器；和
用于为该补偿电流提供调整信号的同步整流器，
其中，穿过至少该两个环形铁心的用于补偿电流的补偿绕组是由连续导电件构成的，并被以使所述多个绕组层之间电位差降低的方式缠绕形成多个绕组层。
2.根据权利要求1的检测器电路，其特征在于穿过至少该两个环形铁心的该补偿绕组是“皮尔格绕组”。
3.根据权利要求1的检测器电路，其特征在于穿过至少该两个环形铁心的该补偿绕组是“分段绕组”。
4.根据权利要求1的检测器电路，还包括：交流拾取绕组，该交流拾取绕组被缠绕为皮尔格绕组或交叉绕组，以使相互靠近的绕组部分之间的电位差降低。
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