降低磁通门电流互感器中的噪声的方法技术

磁通门电流互感器(2)包括磁通门设备(3)以及处理电路(5)，磁通门设备(3)包括可饱和软磁芯(4)和励磁线圈(6)，处理电路(5)包括控制电路(7)和连接到控制电路的用于在励磁线圈中产生交流电的电压发生器(9)，电压发生器产生在最大正电压(+Umax)和最大负电压(

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】降低磁通门电流互感器中的噪声的方法
[0001]本专利技术涉及磁通门电流互感器和操作磁通门电流互感器的方法。
[0002]磁通门电流互感器是众所周知的并且用于许多电流感测应用中。磁通门电流互感器通常包括磁场检测器，该磁场检测器具有被带有Ne个绕组的励磁线圈6包围的可饱和软磁芯4(参见图1)。励磁线圈与具有Nm个绕组的补偿线圈或测量线圈8磁耦合。这种布置具有变压器的特性。在许多磁通门互感器中，承载待测电流的初级导体延伸穿过磁场检测器的中心通道。在闭环互感器中，存在磁耦合到磁场检测器并在反馈电路中连接到信号处理电路的补偿线圈，补偿线圈试图抵消由初级导体产生的磁场。这种布置是众所周知的。也可以以开环方式使用磁通门，由此没有补偿线圈并且只有承载待测电流的初级导体(由测量线圈8表示)。但是，鉴于磁通门磁场检测器的高灵敏度，它们主要用于闭环配置。
[0003]例如在图2a和图2b中所示的磁通门电流互感器的各种电路配置是已知的。通常，这种互感器包括控制电路7，该控制电路7向电压发生器9产生电压控制输出10，该电压发生器9输出基本上方形的振荡励磁线圈电压。如图3中所示，基本上方形或梯形的电压信号在最大负值
‑
U'max和最大正值+U'max之间振荡。
[0004]励磁线圈电压交替地使磁通门设备3的软磁芯4饱和，由此该饱和影响占空比的定时t1'、t2'。诸如由承载待测电流的初级导体产生的磁场导致可饱和软磁芯在一个方向上比在另一个方向上更快地饱和，从而导致正和负电压信号的持续时间不对称。定时t1'/t2'的持续时间提供了外部磁场幅度的测量，并且因此可以用于确定待测电流的幅度和方向。这样的原理是众所周知的。
[0005]如参考图3最好看到的，图3描绘了基本为0的外部场的励磁线圈电流的绝对值(正值)，在半周期的初始阶段S1'期间，励磁线圈电流Imeas一直上升到其中磁芯进入饱和的阶段S2'，直到控制电路检测到阈值饱和并反转供应励磁线圈6的电压发生器9的电压的阈值点S3'为止。
[0006]如图4中最好地示出的，施加在励磁线圈上的励磁信号在连接到补偿或测量线圈的用户网络上产生噪声，由此在某些情况下，这些干扰的幅度超过电磁和电磁兼容性(EMI/EMC)标准。可以通过降低施加在励磁线圈上的交替电压的幅度来降低噪声，但是这也会通过增加测量输出的噪声与信号比而影响了测量准确度。
[0007]鉴于上述情况，本专利技术的一个目的是提供一种磁通门电流互感器和一种操作磁通门电流互感器的方法，其具有高测量信噪比，但在电流互感器连接到用户网络时产生低电磁干扰。特别地，电磁干扰应该低于与电磁干扰和电磁兼容性标准(EMI/EMC标准)对应的阈值。
[0008]有利的是提供一种具有成本效益且可靠的磁通门电流互感器。
[0009]有利的是提供一种易于安装和操作的磁通门电流互感器。
[0010]本专利技术的目的已经通过提供根据权利要求1的磁通门电流互感器和根据权利要求10的操作磁通门电流互感器的方法来实现。
[0011]本文公开了一种磁通门电流互感器，包括：磁通门设备以及处理电路，该磁通门设备包括可饱和软磁芯和励磁线圈，该处理电路包括控制电路和连接到控制电路的用于在励
磁线圈中产生交流电的电压发生器，电压发生器产生在最大正电压(+Umax)和最大负电压(
‑
Umax)之间振荡的被配置为交替地使软磁芯饱和的电压。控制电路被配置为在检测到励磁线圈电流达到阈值电流(S3)之后的可变时间窗口(Tn，Tn+1，Tn+2，Tn+3)期间产生幅度的绝对值小于所述最大正电压(+Umax)和所述最大负电压(
‑
Umax)电压的绝对值的电压，阈值电流表示在多个交替电压周期(P)的至少子集期间磁芯的饱和。
[0012]与常规解决方案相比，可变时间窗有利地具有传播谐波以降低EMI噪声并因此允许电流互感器具有增加的测量信噪比但产生低电磁干扰的效果。
[0013]在有利的实施例中，控制电路被配置为产生在可变时间窗口期间基本恒定的设定电压。
[0014]在有利的实施例中，设定电压为零或绝对值小于所述最大电压(+Umax，
‑
Umax)的绝对值的50％的非零电压。
[0015]在有利的实施例中，控制电路被配置为在每个交替激励电压周期产生至少一个可变时间窗口。
[0016]在有利的实施例中，可变时间窗口出现在每半个交替电压周期(P)。
[0017]在另一个实施例中，可变时间窗口被配置为在多个周期上间歇地出现。
[0018]在有利的实施例中，在可变时间窗口期间设置的电压基本上是恒定的。
[0019]在另一个实施例中，在可变时间窗口期间设置的电压是非恒定的。
[0020]在有利的实施例中，控制电路设在现场可编程门阵列(FPGA)中。在其它实施例中，控制电路也可以设在微处理器、微控制器或ASIC中。
[0021]本文还公开了一种操作磁通门电流互感器的方法，该磁通门电流互感器包括磁通门设备以及处理电路，该磁通门设备包括可饱和软磁芯和励磁线圈，该处理电路包括控制电路和连接到控制电路的用于在励磁线圈中产生交流电的电压发生器，电压发生器产生在最大正电压(+Umax)和最大负电压(
‑
Umax)之间振荡的被配置为交替地使软磁芯饱和的电压。控制电路在检测到励磁线圈电流达到阈值电流(S3)之后的可变时间窗口(Tn，Tn+1，Tn+2，Tn+3)期间产生幅度的绝对值小于所述最大正电压(+Umax)和所述最大负电压(
‑
Umax)电压的绝对值的电压，阈值电流表示在多个交替电压周期(P)的至少子集期间磁芯的饱和。
[0022]在有利的实施例中，控制电路产生在可变时间窗口期间基本恒定的设定电压。
[0023]在有利的实施例中，设定电压为零或绝对值小于所述最大电压(+Umax，
‑
Umax)的绝对值的50％的非零电压。
[0024]在有利的实施例中，控制电路在每个交替激励电压周期产生至少一个可变时间窗口。
[0025]在有利的实施例中，可变时间窗口出现在每半个交替电压周期(P)。
[0026]在另一个实施例中，可变时间窗口在多个周期内间歇地出现。
[0027]从权利要求、详细描述和附图中，本专利技术的其它目的和有利特征将是清楚的，其中：
[0028]图1是磁通门电流互感器的常规磁通门测量头的示意性简化视图；
[0029]图2a和图2b示出了常规磁通门电流互感器的示意电路图；
[0030]图3示出了常规磁通门电流互感器的励磁线圈中电压和电流随时间变化的曲线图；
[0031]图4示意性地图示了连接到用户网络的常规磁通门电流互感器的测量输出的频谱；
[0032]图5示出了根据本专利技术的实施例的磁通门电流互感器的励磁线圈中的电压和电流随时间变化的曲线图；
[0033]图5a和图5b示意性地图示了根据本专利技术的实施例的磁通门电流互感器的励磁线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种磁通门电流互感器(2)，包括磁通门设备(3)以及处理电路(5)，所述磁通门设备(3)包括可饱和软磁芯(4)和励磁线圈(6)，所述处理电路(5)包括控制电路(7)和连接到控制电路的用于在励磁线圈中产生交流电的电压发生器(9)，所述电压发生器产生施加在励磁线圈中的在最大正电压(+Umax)和最大负电压(
‑
Umax)之间振荡的被配置为交替地使软磁芯(4)饱和的电压，其特征在于，控制电路(7)被配置为在检测到励磁线圈电流达到阈值电流(S3)之后的可变时间窗口(Tn，Tn+1，Tn+2，Tn+3)期间产生施加在励磁线圈中的幅度的绝对值小于所述最大正电压(+Umax)和所述最大负电压(
‑
Umax)电压的绝对值的电压，所述阈值电流表示在多个交替电压周期(P)的至少子集期间磁芯的饱和。2.根据前述权利要求所述的电流互感器，其中，控制电路被配置为产生施加在励磁线圈中的设定电压，所述设定电压在可变时间窗口期间基本恒定。3.根据前述权利要求所述的电流互感器，其中，设定电压为零或绝对值小于所述最大电压(+Umax，
‑
Umax)的绝对值的50％的非零电压。4.根据前述权利要求中的任一项所述的电流互感器，其中，控制电路被配置为在每个交替激励电压周期产生至少一个可变时间窗口。5.根据前述权利要求所述的电流互感器，其中，可变时间窗口出现在每半个交替电压周期(P)。6.根据前述权利要求1
‑
3中的任一项所述的电流互感器，其中，可变时间窗口被配置为在多个周期内间歇地出现。7.根据前述权利要求中的任一项所述的电流互感器，其中，在可变时间窗口期间设置的电压基本上是恒定的。8.根据前述权利要求1
‑
6中的任一项所述的电流互感器，其中，在可...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：莱姆国际股份有限公司，
类型：发明
国别省市：