双“8”字形三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双“8”字形三导线磁场对消的零磁通大电流检测装置及方法，首先在两根并排放置、粗细有差别的第一导线和第二导线套上一个第一“8”字型磁环，然后将这两根导线两端均纠结成一根合并导线，该合并导线与第三导线并排放置，两头均纠结在一起，在合并导线与第三导线之间也套上一个第二“8”字型磁环，利用磁场传感器分别测出电压信号，经调理电路后，调节补偿线圈中的电流，保证第一磁场传感器和第二磁场传感器的输出均为0，分别得到第一补偿系数和第二补偿系数，将两个补偿系数分别乘以对应补偿电流后相加，即计算出待测电流值的大小。

【技术实现步骤摘要】
双“8”字形三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统及方法
：本专利技术涉及电气工程、仪器科学与
，涉及大电流检测领域，具体涉及一种基于双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统及方法。
技术介绍
：大电流的测量方法主要分为两大类：一类是根据被测电流在一电阻上产生的电压降来确定被测电流大小，如分流器法；另一类是根据被测电流形成的磁场，将电流测量问题转换为磁场的测量问题，通过测量其磁通、磁感应强度或磁势，再经过转换来获取电流大小。前者由于其体积、误差、损耗、绝缘和测量范围等方面的不足，已难以满足现代测量的要求；后者从物理学角度来看，又分为磁共振法、霍尔效应法、电磁感应法、磁通门法、各向异性(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)法、磁光效应法等，这些方法是实践中所采用的主要方法。此外，还有磁敏二极管法、短脉冲放电法等，这些方法由于设备造价太高、或者结构过于复杂等原因，实践中很少用到。目前，受到关注的电流测量方法主要有霍尔效应法、磁光效应法、罗氏线圈法、互感器法等。对于一般的精度要求，常采用直放式(开环)，而对于高精度检测，则往往采用补偿式(闭环)。磁光效应法的光导材料具有良好的电隔离和绝缘性能，抗电磁干扰特性好，但准确性较差，一般在0.5级以下，受振动干扰严重，稳定性较差。罗氏线圈法是测量各种变化电流的常用手段。这种方法不存在磁饱和问题，也不存在动力和热力的稳定性问题，并几乎不受被测电流大小的限制，测量时也不需要断开被测电路。但这种方法受其本身材料的限制，线圈骨架和绕制的非均匀性将带来很大的测量误差，严重影响线圈的抗干扰能力，温度将使得线圈的骨架发生变化，从而引起互感和自感系数发生变化，影响测量结果准确性，输出信号较弱，受外界磁场干扰大。而且，罗氏线圈法只能测量交变磁场。霍尔电流传感器是一种常用的电流测量装置，但由于霍尔元件是一种半导体，其温度稳定性和长期可靠性是阻碍霍尔电流传感器应用在高可靠性和高准确度等级要求的测量场合的主要原因之一。常规的开环式霍尔法的准确度等级只能达到1级，近年来，随着半导体技术的高度集成化，霍尔元件的线性度和稳定性大幅提高，但其稳定性要求依然存在诸多问题。闭环式霍尔法稳定可靠，准确度等级可以达到0.1级，甚至更高，但目前采用的平衡电路的驱动能力有限，制作大电流霍尔电流比较困难、且价格高，在大电流测量场合，存在体积大、重量重的缺点。互感器又分为交流和直流互感器，交流互感器的原理与变压器相同，对于大电流的检测，传感器体积重量大，而且容易出现饱和。直流电流互感器利用被测直流改变带铁芯扼制线圈的感抗，间接改变辅助交流电路的电流，从而反映被测电流的大小。这种方法传感原理简单可靠，与基于变压器原理的交流电流互感器一样，其传感系数仅仅与原副边的匝数有关，长期可靠性和温度稳定性均有保障，是直流大电流检测的有效手段，但这种传感器体积大，比闭环式霍尔电流传感器体积还大，价格非常高，需外界电源支持。常规的直流互感器准确度等级在0.5级以下。采用补偿方法，其准确度等级可提高到0.01级，甚至更高，但也进一步增大了互感器的体积和重量。各向异性(AMR)、巨磁电阻效应(GMR)法灵敏度高，一般检测比较弱的磁场，这三种方法可采用电流补偿的方式来检测大电流。闭环式电流补偿由于稳态时磁环中磁通为0，因此也叫零磁通法。磁光效应法通常采用光纤来实现，光纤既做信号传输部件，也是传感部件，因此叫全光纤电流传感器，这种传感器由于光学器件暴露于户外，存在随机漂移及信号衰减等稳定性问题，且抗震性较差。同时，传感光纤需从国外进口，价格昂贵。因此，目前反射式全光纤直流电流互感器尚未大量投入使用。为了解决上述大电流测量方法的缺陷，专利201610802270.3采用双导线磁场对消的方式能够基本上克服常规的基于大电流测量所导致的设备体积大和准确度不够的问题。但是需要在安装后标定，这对客户提出了较高的要求。如果客户水平不够，可能给大电流检测带来较大偏差。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于在专利201610802270.3基础上，提供一种体积小、重量轻、功耗小、准确度高、可靠性好、安装后，不需要标定的双“8”字形的三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统及方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术解决方案：一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统，包括待测导线，该待测导线被分割为并排放置的第一导线、第二导线、第三导线，其中，第一导线和第二导线的两端分别纠结在一起，形成一根合并导线，该合并导线与第三导线并排放置且合并导线的两端分别与第三导线的两端纠结在一起形成待测导线；该检测装置进一步包括分别套在第一导线、第二导线、合并导线，以及第三导线上的磁环，其中，套在第一导线上的磁环和套在第二导线上的磁环形成第一“8”字形磁环，套在合并导线上的磁环和套在第三导线上的磁环形成第二“8”字形磁环，且两个“8”字形磁环均设置有缺口，形成未封闭结构，在缺口位置分别设置有第一磁场传感器和第二磁场传感器；该检测装置进一步包括分别连接在两个“8”字形磁环的输出端的第一调理电路和第二调理电路、同时连接在第一调理电路和第二调理电路输出端的微处理器，以及连接在微处理器输出端的第一补偿电流及控制器和第二补偿电流及控制器，分别用于调节两个“8”字形磁环上的补偿电流，保证“8”字形磁环的输出电流为0。第一导线和第二导线的粗细稍有差别，保证第一导线上的电流不同于第二导线上的电流，合并导线和第三导线的粗细稍有差别，保证合并导线上的电流不同于待测导线上的电流。一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测方法，包括以下步骤：(1)第一导线和第二导线形成的磁场在第一“8”字形磁环中相互抵消大部分，留有一小部分，利用第一磁场传感器测出该留有的小部分磁通量，将测得的电压信号经第一信号调理电路输入到微处理器中；(2)合并导线和待测导线形成的磁场在第二“8”字形磁环中相互抵消大部分，留有一小部分，利用第二磁场传感器测出该留有的小部分磁通量，将测得的电压信号经第二信号调理电路输入到微处理器中；(3)微处理器根据接收到的电压信号，通过第一补偿电流及控制器和第二补偿电流及控制器，分别调节两个“8”字形磁环上补偿线圈中的电流，保证第一磁场传感器和第二磁场传感器的输出均为0，分别得到第一补偿系数和第二补偿系数；(4)将两个补偿系数分别乘以对应补偿电流后相加，即计算出待测电流值的大小。第一导线中的电流为I1，第二导线中的电流为I2，第三导线中的电流为I3，第一磁传感器输出u1正比于I1-I2，在设计调理电路时设定：u1＝k1(I1-I2)其中，k1为电流电压变换比，第二磁传感器输出u2，正比于I1+I2-I3，由于两个磁环是结构相同的，调理电路也是相同的，所以有u2＝k1(I1+I2-I3)在传感器设计时设定I1/I2＝k2于是，被测电流为：I1+I2+I3＝2(k2+1)u1/[(k2-1)k1]-u2/k1。“8”字型磁环缺口距离d由磁环的磁阻rm、磁环直径D和检测准确度等级a要求决定，且d>D2μ0rm/a，μ0为空气磁导率。若被测电流是交流电流，进一步在磁环上绕一个线圈，采用磁感应法直接测量，若采用补偿式，则在测出磁通后，在“8”字型磁环上缠绕补偿线圈的采用磁补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统，其特征在于，包括待测导线，该待测导线被分割为并排放置的第一导线、第二导线、第三导线，其中，第一导线和第二导线的两端分别纠结在一起，形成一根合并导线，该合并导线与第三导线并排放置且合并导线的两端分别与第三导线的两端纠结在一起形成待测导线；该检测装置进一步包括分别套在第一导线、第二导线、合并导线，以及第三导线上的磁环，其中，套在第一导线上的磁环和套在第二导线上的磁环形成第一“8”字形磁环，套在合并导线上的磁环和套在第三导线上的磁环形成第二“8”字形磁环，且两个“8”字形磁环均设置有缺口，形成未封闭结构，在缺口位置分别设置有第一磁场传感器和第二磁场传感器；该检测装置进一步包括分别连接在两个“8”字形磁环的输出端的第一调理电路和第二调理电路、同时连接在第一调理电路和第二调理电路输出端的微处理器，以及连接在微处理器输出端的第一补偿电流及控制器和第二补偿电流及控制器，分别用于调节两个“8”字形磁环上的补偿电流，保证“8”字形磁环的输出电流为0。

【技术特征摘要】
1.一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统，其特征在于，包括待测导线，该待测导线被分割为并排放置的第一导线、第二导线、第三导线，其中，第一导线和第二导线的两端分别纠结在一起，形成一根合并导线，该合并导线与第三导线并排放置且合并导线的两端分别与第三导线的两端纠结在一起形成待测导线；该检测装置进一步包括分别套在第一导线、第二导线、合并导线，以及第三导线上的磁环，其中，套在第一导线上的磁环和套在第二导线上的磁环形成第一“8”字形磁环，套在合并导线上的磁环和套在第三导线上的磁环形成第二“8”字形磁环，且两个“8”字形磁环均设置有缺口，形成未封闭结构，在缺口位置分别设置有第一磁场传感器和第二磁场传感器；该检测装置进一步包括分别连接在两个“8”字形磁环的输出端的第一调理电路和第二调理电路、同时连接在第一调理电路和第二调理电路输出端的微处理器，以及连接在微处理器输出端的第一补偿电流及控制器和第二补偿电流及控制器，分别用于调节两个“8”字形磁环上的补偿电流，保证“8”字形磁环的输出电流为0。2.根据权利要求1所述的一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统，其特征在于，第一导线和第二导线的粗细稍有差别，保证第一导线上的电流不同于第二导线上的电流，合并导线和第三导线的粗细稍有差别，保证合并导线上的电流不同于待测导线上的电流。3.一种基于权利要求1或2所述的一种双“8”字型三导线磁场对消的零磁通大电流检测系统的大电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)第一导线和第二导线形成的磁场在第一“8”字形磁环中相互抵消大部分，留有一小部分，利用第一磁场传感器测出该留有的小部分磁通量，将测得的电压信号经第一信号调理电路输入到微处理器中；(2)合并导线和待测导线形成的磁场在第二“8”字形磁环中相互抵消大部分，留有一小部分，利用第二磁场传感器测出该留有的小部分磁通量，将测得的电压信号经第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤晓君，周生，邱伟，刘帅，席磊磊，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61