一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统技术方案

本申请提供一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，包括：检测绕组、补偿绕组及信号调理电路；所述检测绕组及所述补偿绕组绕于电缆进线及电缆出线的中性线所在的铁芯位置；所述信号调理电路包括：依次相连的检测线圈感应电动势测量电路、输入信号放大电路、隔直电路、动态分流电路、补偿电路及负反馈放大输出电路；所述检测绕组连接所述检测线圈感应电动势测量电路，所述补偿绕组连接所述动态分流电路。本申请能够保障窄零磁通线圈内漏电流检测的精度和信噪比。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统
本申请涉及信号处理技术，具体的是一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统。
技术介绍
常规的微小电流传感器基于零磁通原理，利用双绞线绕满铁芯，实现穿心导体内电流矢量和的检测，进而实现对漏电流的检测。常规的漏电流检测方法是让单根导线或三相电缆穿过铁芯，实现对漏电流的检测。然而，在三相交变电力系统中，这种方法仅可以完成对线路中总漏电流的检测，无法获得交变电力系统中三相电路每一相上漏电流的数值。为了获得交变电力系统中三相电路每一相上漏电流的数值，需让电缆进线和出线同时穿过铁芯，通过测量电缆进线和出线的电流矢量和，获知漏电流值。考虑到绝缘要求，电缆进线和出线需放置在合适的绝缘距离上，此时，铁芯中的磁场分布将由单相绕组内的安培级负荷电流及毫安级差分漏电流共同决定。由于铁芯中会产生随负荷电流实时波动的偏置磁场，所以如果沿用传统方法将双绞线绕满铁芯，则无法有效避免安培级负荷电流对毫安级差分漏电流测量的影响。因此，需对双绞线在铁芯上的绕线方式做出改变。又由于基于对称放置的电缆进线和出线，其中性线位置上的漏电流检测信噪比最高，因此，需将双绞线绕满铁芯的绕线方式改变为在中性线位置绕线的绕线方式，且整体绕线宽度越窄，越能保证测量信噪比。依据这种方式制作出的线圈称为窄零磁通线圈。然而，绕线宽度窄意味着绕线匝数少，这将带来如下问题：第一，由于毫安级漏电流产生的磁场很小，匝数太少则绕组两端感应电动势过小，难以驱动信号调理电路中的后级放大芯片；第二，测量过程易受干扰、精度可能降低；第三，为减小绕线宽度，需选用线径更细的双绞线，导致线圈电阻增加，进而容易产生自激振荡。因此，经过以上分析，窄零磁通线圈内的漏电流检测对信号调理电路提出了更高的要求。目前应用的基于零磁通原理的电流传感器信号调理电路无法很好地保证窄零磁通线圈内漏电流检测的精度和信噪比。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本申请提供一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，能够完成窄零磁通线圈内漏电流检测过程中对信号的调理工作，能够保障窄零磁通线圈内漏电流检测的精度和信噪比。本申请提供一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，包括：检测绕组、补偿绕组及信号调理电路；所述检测绕组及所述补偿绕组绕于电缆进线及电缆出线的中性线所在的铁芯位置；所述信号调理电路包括：依次相连的检测线圈感应电动势测量电路、输入信号放大电路、隔直电路、动态分流电路、补偿电路及负反馈放大输出电路；所述检测绕组连接所述检测线圈感应电动势测量电路，所述补偿绕组连接所述动态分流电路。进一步地，所述信号调理电路还包括：放大芯片供电电路，用于为所述输入信号放大电路及所述负反馈放大电路供电。进一步地，所述检测线圈感应电动势测量电路包括：第一滤波电容，并联于所述检测绕组的两端，用于一次侧负载电流耦合在检测绕组中的高频信号；第一稳压管，并联于所述第一滤波电容的两端，用于防止电流互感器受高压冲击；两个第一平衡电阻，所述两个第一平衡电阻第一端分别与所述第一稳压管的其中一端连接；第一双向反并联二极管，所述第一双向反并联二极管的第一端连接其中一个第一平衡电阻的第二端，所述第一双向反并联二极管的第二端连接另一第一平衡电阻的第二端，用于稳定所述检测绕组两端的电压。进一步地，所述输入信号放大电路包括：一第一串联电阻、两个第二平衡电阻、第一放大芯片、一个输出电阻、两个第一并联二极管、一第一反馈放大电阻及一用于防止电路产生自激振荡的第三电容；其中一个所述第二平衡电阻的两端分别连接至所述第一双向反并联二极管的第一端及所述第一放大芯片的正极输入端，所述第一放大芯片的负极输入端连接另一所述第二平衡电阻，所述第一串联电阻连接在所述第一双向反并联二极管的第二端与另一所述第二平衡电阻之间；所述第一反馈放大电阻与所述第三电容并联后，一端连接在所述第一串联电阻与另一所述第二平衡电阻之间，另一端连接在所述第一放大芯片的输出端与所述输出电阻的第一端之间，所述输出电阻的第二端与其中一所述第一并联二极管的正极及另一所述第一并联二极管的负极连接。进一步地，所述第一放大芯片的放大倍数为所述第一串联电阻与所述第一反馈放大电阻之比。进一步地，所述隔直电路包括：三个并联的第二电容，用于滤除放大信号中的直流部分。进一步地，所述动态分流电路包括：一接地电阻，第二双向反并联二极管及一个第二串联电阻；所述接地电阻第一端与所述隔直电路的第一端连接，第二端接地；所述第二双向反并联二极管的第一端连接至所述隔直电路与所述接地电阻之间，第二端接地；所述第二串联电阻的第一端与所述第二双向反并联二极管的第一端连接，第二端与所述补偿绕组连接。进一步地，所述补偿电路包括：第二滤波电容，并联于所述补偿绕组的两端，用于一次侧负载电流耦合在补偿绕组中的高频信号；第二稳压管，并联于所述第二滤波电容的两端，用于防止电流互感器受高压冲击；一第三串联电阻及第三双向反并联二极管，所述第三串联电阻的第一端与所述第二稳压管的一端连接，第二端与所述第三双向反并联二极管的第一端连接，所述第三双向反并联二极管的第二端接地。进一步地，所述负反馈放大输出电路包括：第二反馈放大电阻、第四电容、第二放大芯片、两个第三平衡电阻、第四双向反并联二极管及两个第二并联二极管；第二反馈放大电阻与第四电容并联后，一端连接至所述第三双向反并联二极管的第一端与其中一所述第三平衡电阻的第一端之间，另一端连接至所述第二放大芯片的输出端；其中一所述第三平衡电阻的第二端连接至所述第四双向反并联二极管的第一端；所述第四双向反并联二极管的第一端连接至所述第二放大芯片的负极输入端；另一所述第三平衡电阻的第一端接地，第二端连接至所述第四双向反并联二极管的第二端；所述第四双向反并联二极管的第二端连接至所述第二放大芯片的正极输入端；所述两个第二并联二极管连接至所述第二放大芯片的输出端。进一步地，所述第一放大芯片为OP2227放大芯片。进一步地，所述第二放大芯片为OP2227放大芯片。由上述技术方案可知，本申请提供的基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，能够完成窄零磁通线圈内漏电流检测过程中对信号的调理工作，很大程度上避免了漏电流检测过程中的噪声干扰，保障了窄零磁通线圈内漏电流检测的精度和信噪比。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统的结构示意图；图2为基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统中信号调理电路的结构图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，包括：检测绕组、补偿绕组及信号调理电路；所述检测绕组及所述补偿绕组绕于电缆进线及电缆出线的中性线所在的铁芯位置；所述信号调理电路包括：依次相连的检测线圈感应电动势测量电路、输入信号放大电路、隔直电路、动态分流电路、补偿电路及负反馈放大输出电路；所述检测绕组连接所述检测线圈感应电动势测量电路，所述补偿绕组连接所述动态分流电路。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，包括：检测绕组、补偿绕组及信号调理电路；所述检测绕组及所述补偿绕组绕于电缆进线及电缆出线的中性线所在的铁芯位置；所述信号调理电路包括：依次相连的检测线圈感应电动势测量电路、输入信号放大电路、隔直电路、动态分流电路、补偿电路及负反馈放大输出电路；所述检测绕组连接所述检测线圈感应电动势测量电路，所述补偿绕组连接所述动态分流电路。


2.根据权利要求1所述的基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，所述信号调理电路还包括：放大芯片供电电路，用于为所述输入信号放大电路及所述负反馈放大电路供电。


3.根据权利要求1所述的基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，所述检测线圈感应电动势测量电路包括：
第一滤波电容，并联于所述检测绕组的两端，用于滤除一次侧负载电流耦合在检测绕组中的高频信号；
第一稳压管，并联于所述第一滤波电容的两端，用于防止电流互感器受高压冲击；
两个第一平衡电阻，所述两个第一平衡电阻第一端分别与所述第一稳压管的其中一端连接；
第一双向反并联二极管，所述第一双向反并联二极管的第一端连接其中一个第一平衡电阻的第二端，所述第一双向反并联二极管的第二端连接另一第一平衡电阻的第二端，用于稳定所述检测绕组两端的电压。


4.根据权利要求3所述的基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，所述输入信号放大电路包括：
一第一串联电阻、两个第二平衡电阻、第一放大芯片、一个输出电阻、两个第一并联二极管、一第一反馈放大电阻及一用于防止电路产生自激振荡的第三电容；
其中一个所述第二平衡电阻的两端分别连接至所述第一双向反并联二极管的第一端及所述第一放大芯片的正极输入端，所述第一放大芯片的负极输入端连接另一所述第二平衡电阻，所述第一串联电阻连接在所述第一双向反并联二极管的第二端与另一所述第二平衡电阻之间；
所述第一反馈放大电阻与所述第三电容并联后，一端连接在所述第一串联电阻与另一所述第二平衡电阻之间，另一端连接在所述第一放大芯片的输出端与所述输出电阻的第一端之间，所述输出电阻的第二端与其中一所述第一并联二极管的正极及另一所述第一并联二极管的负极连接。


5.根据权利要求4所述的基于零磁通原理的电流传感器信号调理系统，其特征在于，所述第一放大芯片的放大倍数为所述第一串联电阻与所述第一反馈放大电阻之比。

【专利技术属性】
技术研发人员：龙凯华，穆卡，郝震，马继先，覃晗，刘光伟，郭绍伟，秦逸帆，马鑫晟，张品佳，陆格野，
申请(专利权)人：华北电力科学研究院有限责任公司，国家电网有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11