具有小磁滞回线操作的电流互感器的直流与交流电流传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种用于线路电流的非接触测量的电流检测器。通过对电流互感器铁芯上的检测绕组提供高频反向电压的电路检测电流，用来在每个高频周期至少一次把互感器驱动进入其线性区域。当互感器在线性区域时对通过检测绕组的电流采样。最好在接近被加到检测绕组的电压的反向时刻对电流采样，并选择具有较低绝对值的采样作为和线路电流成比例的采样。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
具有小磁滞回线操作的电流互感器的直流与交流电流传感器对相关申请的相互参照本申请涉及由Wen-Jian Gu等申请的序列号为08/159,394名称为ISOLATED CURRENT SENSOR FOR DC TO HIGH FREQUENCYAPPLICATION的共同未决专利申请的主题，并涉及由Howard Pein，Gregory T.Divincenzo，Paulo p.Cadeira，Wen-Jian Gu和StephenL.Wong申请的转让给本申请的受让人的序列号为08/，名称为ELECTRONIC PROCESSING UNIT，AND CIRCUIT BREAKERLNCLUDING SUCH A UNIT的同时提交的专利申请。本专利技术的背景1.专利
本专利技术涉及用于电流的“非接触”测量的装置和电路，其输出是与被测电流的导体电气绝缘的电信号，更具体地说涉及一种不需要复杂的温度补偿或昂贵的、要求严格的半导体或磁元件的传感器。一种非常简单的这种装置是所谓电流互感器，它具有带有线路电流绕组和二次绕组的互感器铁心。二次绕组端接低值电阻，从而使从线路看的阻抗非常小。通常初级侧只具有少数的几匝，或可以简单地由通过铁心开孔的一段具有绝缘长度的线路导体作为一匝线圈构成。对初级线圈提供足够的绝缘使得具有高的击穿电压并且可以忽略一次侧和二次侧之间的漏电流是相当容易的；并且这种互感器不受温度的影响，是相当稳定的，因而只要铁心中的磁通不接近饱和就具有非常精确的已知的电流比。不过在起始的瞬变之后，在线路电流中的直流分量不能被二次侧的相应的分量反映；非常低频的测量要求大的铁心；并且在线路电流中相当低的直流分量(激励电流的峰值的量级)至少在每个交流周期的一部分会引起铁心充分饱和，从而使得即使交流分量也不再精确地被二次绕组两端的电压镜像反映。如果要用电流传感器作为电路断路器中的触发信号源，使得额定值容易被改变，则希望传感器按直流操作，即使电源是交流的。还希望可以对于直流操作规定电子触发断路器的额定值，那么必须进行直流的精-->确测量。对于这种应用，或任何涉及直流或甚低频的应用，则需要其它类型的非接触电流传感器。2.现有技术的说明已知类型的可按直流操作的电流传感器使用霍尔效应传感器。然而，它们对温度和位置相当敏感，并且例如当用于比较两个不同导体中的电流时则需要高的精度因而可能要求昂贵的校准。最近的发展涉及有源电流平衡电路，它使用由高额交流在饱和磁通值之间驱动的互感器铁心。专利U.S.4,276,510中描述了一种电流传感器，尤其适用于接地故障检测，其中高频开关电路交替地向电流互感器铁心上的具有中心抽头的二次绕组的两端施加直流电压。选择电压值使得驱动铁心刚好到达B-H曲线的拐弯处，几乎饱和。通过这两个半个绕组的激磁电流在时间上不同，但幅值相等，如果在铁心中由于线路电流(或接地故障)而没有磁通。如果激磁电流不相等，则表示在两个激磁电流峰值附近的电感不同。用差动放大器检测电流的差值，用此差值产生一施加于第三绕组上的电流以抵消线路电流的影响。通过第三绕组的电流成为线路电流或接地故障电流的量度。专利U.S.4,914,383中描述了一种有些类似于专利510的电流测量电路，但交替地并沿相反的方向提供通过二次绕组的电流，以便使铁心脱离饱和。在一个方向上二次绕组由要被测量的导体中的电流供电，而在另一个方向上则由电池获得电源。在专利U.S.4,899,103中还公开了另一种非接触电流传感器。在交错的半个二次绕组中产生高频交流电流，并在铁心磁通接近饱和时被反向。计数器计算在两个方向上达到这个值所需的时间；计数的差便是在一次侧电流(线路电流)的量度。还有另一种传感器由K.Harada和H.Sakamoto在“CurrentSensor with a Small Saturable core and Mosfets”，IEEETransactions on Magnetics，Vol.24，no.6(Nov.1988)中披露了。这种装置利用当铁心饱和时电流急剧增加从而使晶体管自触发导通。二次线圈对开关电路提供触发电压，这就是所谓的晶体管铁心多谐振荡器。这篇文章中描述的铁心使用坡莫合金80铁心，它直到某一磁通以-->前具有高的导磁率，然后呈现非常急剧的饱和。这种Harada/Sakamoto电路的缺点在于，它不能精确地检测接近开关频率的电流分量，这是因为为了减少电流尖峰的影响需要滤波。此外，因为需要必须由金属带绕成的急剧饱和的铁心，所以电路的费用太高。另一种电流传感器的电路由Craig Sullender在“MagneticCurrent Sensor for Space Station Freedom”，IEEE Transactions onPower electronics，Vol.8，no.1(January，1993)中描述了。在这些电路中，通过铁芯的补偿电流的转变在预定的时间间隔发生，而不响应急剧饱和的电流尖峰。为了减少检测电路中的功率消耗，当检测电阻两端的电压达到预定值时，提供幅值足够大的电压脉冲，以使铁心沿相反磁通方向进入饱和。然后除去电压脉冲，通过补偿绕组的电流便很快地下降到平衡线路电路的值(除去小的激磁电流之外)。检测电阻两端的电压的采样则和线电流成比例。为了测量双向电流，需要两个驱动器，一个连接于补偿线圈的每一端，用于沿相反方向驱动电流，还需要两个检测电阻，每个与相应的比较器相连。每个检测电阻与相应的采样和保持电路相连。为了保证正被测量的电流是实际上平衡线路电流(即没有返送)，需要提供这样的每个电压脉冲，其幅值和持续时间能确保在交替的方向上饱和，即使流过大的过电流。象上述的Harada/Sakamoto的电路一样，Sullenger电路涉及在每个方向上的尖的电流脉冲，并具有大的功率消耗。本专利技术的总体方案本专利技术的目的在于用非接触电子/磁传感器使用简单的线路精确地测量频率为从直流到高频的电流。本专利技术的另一个目的在于提供一种可以使用廉价磁心的电流传感器。本专利技术还有一个目的在于提供一种不需要连续地补偿线路电流的影响的并没有苛刻的定时要求的电流传感器。按照本专利技术，线路电流由对在电流互感器上的检测绕组提供高频反向电压的电路检测，所述高频反向电压在每个高频周期内至少一次是以驱动互感器从由线路电流引起的饱和到其线性区域。通过反向施加于检测线圈的电压，-->对于电压的一个极性的电流使电流流动，从而帮助由于任何线路电流流动产生的磁通。如果线路电流是可观的，则互感器铁心已经处于饱和或被驱动进入饱和。在随后的施加的电压的反极性部分期间，检测电流被驱动一段时间，足以使互感器磁通到饱和值以下，这样便产生小的磁滞回线。当互感器处于线性区域时通过检测绕组的电流被采样。最好大约在被施加于检测绕组的电压的两个连续的反向时刻对电流采样，并选择具有较低绝对值的采样作为与线路电流成比例的采样。附图的简要说明图1是按照本专利技术的传感器的简化的原理图，图2表示对于零线路电流沿B-H曲线的激磁路径，图3是零线路电流时的电压和检测电流的波形图，图4是对于零线路电流沿B-H曲线的激磁路径，图5是对于零线路电流电压和检测电流的波形图，图6是图1所示传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于线路电流的非接触测量的电流传感器，包括：具有高导磁率的高导磁率铁心，在其Ｂ－Ｈ曲线上有不饱和的区域，在所述铁心上的至少具有一匝的线路电流线圈，用来流过被测量的线路电流，在所述铁心上的检测线圈，用于对所述检测线圈重复地施加反向电压的装置，所述重复反向电压当电压极性反向时定义一系列转变时刻，所述电压使检测电流流过所述检测线圈，在所述电压的每个周期期间至少一次检测电流具有使铁心处于所述区域的值，与线路电流的极性无关，当所述检测电流具有使铁心处于所述区域的值时获得所述检测电流的采样的装置，以及响应所述采样，用来提供关于线路电流的电流信号的装置。２．如权利要求１所述的传感器，其特征在于所述用于施加电压的装置施加一方波交变电压，选择所述电压的频率至少为所述被测线路电流的最高频率分量的频率的两倍，并且其峰值电压小于当线路电流为零时使铁心饱和的值。

【技术特征摘要】
US 1994-12-28 08/366,1501.一种用于线路电流的非接触测量的电流传感器，包括：具有高导磁率的高导磁率铁心，在其B-H曲线上有不饱和的区域，在所述铁心上的至少具有一匝的线路电流线圈，用来流过被测量的线路电流，在所述铁心上的检测线圈，用于对所述检测线圈重复地施加反向电压的装置，所述重复反向电压当电压极性反向时定义一系列转变时刻，所述电压使检测电流流过所述检测线圈，在所述电压的每个周期期间至少一次检测电流具有使铁心处于所述区域的值，与线路电流的极性无关，当所述检测电流具有使铁心处于所述区域的值时获得所述检测电流的采样的装置，以及响应所述采样，用来提供关于线路电流的电流信号的装置。2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述用于施加电压的装置施加一方波交变电压，选择所述电压的频率至少为所述被测线路电流的最高频率分量的频率的两倍，并且其峰值电压小于当线路电流为零时使铁心饱和的值。3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于所述用于测量的装置与所述检测线圈串联的直流隔直电容和测量电阻，并且所述检测电流的采样和测量电阻两端的电压成比例。4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于所述用于施加电压的装置包括直流电源，开关装置，用来把直流电源交替地用一个极性或相反极性连接到检测线圈、电容和电阻的串联组合上，以及至少一个用于控制开关装置的驱动电路。5.如权利要求4所述的传感器，其特征在于所述用于测量的装置还包括差动放大器，它具有和测量电阻的每端相连的输入端以及输出端，从所述输出端获得所述电流信号。6.一种用于线路电流的非接触测量的电流传感器，包括：具有高导磁率的高导磁率...

【专利技术属性】
技术研发人员：WJ古，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]