一种交直流电流比较仪

1、一种交直流电流比较仪，由测量头和电子放大器两部分构成，其特征为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，测量头由以下几部分构成：
a)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WD，再在该绕组外面绕监视绕组WK，在监视绕组WK外面绕交流调零绕组Wa；
b)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Wa；
c)将a)、b)所述绕组拼装，在它们外面绕上静电屏蔽层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Wa，最外面套上静电屏蔽层F；
d)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I5a的互感直接耦合电路由二次绕组Wa，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Wa的非同名端和直流功率放大器A的输出端，D1的阴极与C1的正极相连，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A的接地点连接，负载B的另一端接到Wa的同名端。

本发明属电流测试装置，特别适合于交直流混合使用场合。\n“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。\n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。\n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WD，再在该绕组外面绕上监视绕级WK，在Wk外面绕交流调零绕组Wa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Wa。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Ws，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Isa的互感直接耦合电路为，二次绕组Ws中的绝大部分（99%左右）交流电流（Isa-IM）由互感直接耦合电路产生，该互感耦合电路由二次绕组Ws、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Ws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Ws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Wp中通过交流和直流电流Ipa+Ipd时，对交流分量Ipa，基于交流磁势平衡原理，二次绕组Ws中会感应出二次交流电流I′sa，由于这种二次电流Isa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IpaWp-IsaWs，该安匝差将在交流检测绕组WD中感应信号，WD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IM，使得在主铁芯T2中的安匝差IpaWp-IsaWs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，Ipa＝ (Ws)/(We) Isa，外接负载B中流过准确度很高的二次交流电流Isa，通过Isa即可确定Ipa。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Wa和交流监视绕组Wk。Wa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Wk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Wp中的直流分量Ipd，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Ws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Ipd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Ipd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Ws提供反馈直流电流Isd，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IpdWp-IsdWs＝0，得Ipd＝ (Ws)/(Wp) Isd，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Isd。\n图1开口式交流电流比较仪测量头外形图。\n图2测量头哈夫面A剖视图。\n图3开口式交直流电流比较仪电路图。\n本发明具有以下多方面优点：（一）测量头铁芯均用低成本的普通硅钢片材料代替成本高过10倍以上的薄膜合金高导磁材料，不仅整机成本低，制造方便，并能承受强烈的机械、电磁冲击，便于工业上推广使用。（二）测量头为上、下两半环组成的开口式结构，现场测试装拆极为方便，避免被测母线的停电、装拆和被检互感器的装拆。（三）本发明突破了交流二次电流靠放大器提供，从而带来要求功率放大器功率足够大、可靠性差、成本高等一系列问题。（四）本装置既可测量直流电流，也可测量交流电流，还可同时测量交直流电流。（五）该比较仪设置有运行状态自诊断功能。\n经测试，开口式交/直流比较仪如交、直流额定电流为4000A，在交流、直流以不同组合的安匝数同时输入一次绕组Wp中，测其交流误差在1%的额定电流（40A）到100%额定电流（4000A）宽范围内，其相对误差（包括同相分量和正交分量）均不超过0.005%（即50PPm），试验数据如表1所示为交流误差数据表，单位ppm。（表1见文后）\n表1\n交流    交流电流\n交流误差    40安匝    400安匝    1000安匝    2000安匝    3000安匝    4000安匝\n直流\n安匝    同相    正交    同相    正交    同相    正交    同相    正交    同相  正交    同相\n0    +18    +13    +16    +15    +13    +8    +7    +8    +6    +4    +5    +3\n40    +18    +13    +16    +15    +13    +8    +7    +8    +6    +4    +5    +3\n400    +20    +14    +15    +16    +13    +8    +7    +8    +5    +4    +5    +3\n1000    +20    +13    +14    +17    +13    +8    +6    +9    +5    +4    -\n2000    +12    +20    +12    +20    +12    +9    +5    +10    +4    +5    -\n3000    +14    +20    +11    +20    +11    +9    +5    +11    -    -\n4000    +14    +20    +11    +21    -    -    -    -