一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，其特征在于，包括：上磁环、下磁环、线圈、采样电阻；所述上磁环和下磁环同轴设置，且工作频带不同，所述线圈缠绕上磁环、下磁环并两端连接采样电阻；本发明专利技术提供一种双磁芯无源复合电流互感器，利用低频和高频两种工作频率的磁芯，构建两感测元件，实现测量频率的互补；其中，一个感测元件用于感测从低频到特定频率的电流，另一个感测元件负责拾取更高频率的瞬变；此低频和高频响应两种磁芯串联，通过线圈缠绕形成电流传感器，能实现低频到高频的宽频电流测量，克服了传统罗氏线圈、电磁式电流互感器在电流测量中无法高低频兼顾的问题，扩宽了电流测量频率的带宽。扩宽了电流测量频率的带宽。扩宽了电流测量频率的带宽。

【技术实现步骤摘要】
一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器


[0001]本专利技术属于宽频电流测量
，具体涉及一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器。

技术介绍

[0002]电网系统中，测量装置的准确性以及保护装置的可靠性，深受电流互感器的影响。随着传统电网向智能电网的转变，越来越多的新能源并网，还有使用率不断升高的电力电子器件，它们作为非线性、冲击性、波动性的负载，使得电网的运行情况愈发复杂，电流频率越来越宽。但现有的单磁芯的电流互感器，由于磁芯材料的工作频率的限制，无法实现很宽频带的电流测量。宽频带的电流传感器成为了局放检测、电弧诊断等电路和系统的控制、诊断、预测、保护的重要测量手段；因此，需要研究用于高带宽电流测量的方法。
[0003]现有的宽频测量方法中，基于霍尔元件和磁阻芯片的电流传感器带宽仅为kHz
‑
MHz。罗氏线圈可以用于宽频带的电流测量，但是由于没有磁芯的聚磁作用，容易受到外部磁场的干扰，当原边电流的位置变化时，输出精度也跟随变化。除此之外，罗氏线圈的输出为信号，需要配合积分器使用，而无源的积分器很难做到宽频带的测量，有源的积分器设计固有的输入偏置电压，影响低频频响，因此导致罗氏线圈不适宜测量低频电流。
[0004]相比之下，电磁式电流互感器结构简单，无需复杂的后端电路处理，避免了积分导致的零点漂移，精度和可靠性也更高。传统的电磁式电流互感器的磁芯为单种磁芯，受磁性材料的工作频率的影响，很难实现兼顾低频和高频的同时测量。
[0005]为此，需要一种适用于高带宽电流测量的电流传感器及测量方法，以弥补传统电流传感器的不足。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，通过构建新的双磁芯无源复合电流互感器，以解决上述的传统电流传感器中无法兼顾低频和高频的同时测量的问题。
[0007]为了达到解决上述技术问题的技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，其特征在于，包括：上磁环、下磁环、线圈、采样电阻；
[0008]所述上磁环和下磁环同轴设置，且工作频带不同，所述线圈缠绕上磁环、下磁环并两端连接采样电阻；
[0009]进一步的，所述的上磁环通过线圈缠绕构成低频电流传感模块，所述下磁环通过线圈与上磁环共同缠绕形成高频电流传感模块；
[0010]进一步的，所述上磁环为低频磁芯；
[0011]进一步的，所述上磁环为锰锌铁氧体磁环；
[0012]进一步的，所述下磁环为高频磁芯；
[0013]进一步的，所述下磁环为镍锌铁氧体磁环；
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术提供一种双磁芯无源复合电流互感器，利用低频和高频两种工作频率的磁芯，构建两感测元件，实现测量频率的互补；其中，一个感测元件用于感测从低频到特定频率的电流，另一个感测元件负责拾取更高频率的瞬变；此低频和高频响应两种磁芯串联，通过线圈缠绕形成电流传感器，能实现低频到高频的宽频电流测量，克服了传统罗氏线圈、电磁式电流互感器在电流测量中无法高低频兼顾的问题，扩宽了电流测量频率的带宽。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，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。
[0017]图1一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器的整体结构示意图；
[0018]图2一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器的幅频特性曲线示意图；
[0019]图3一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器的幅频特性曲线示意图。
[0020]附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0021]1‑
上磁环，2
‑
下磁环，3
‑
线圈，5
‑
采样电阻。
具体实施方式
[0022]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0023]实施例1
[0024]参阅图1所示，一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，其特征在于，包括：上磁环1、下磁环2、线圈3、采样电阻5；
[0025]所述上磁环1和下磁环2同轴设置，且工作频带不同，所述线圈 3缠绕上磁环1、下磁环2并两端连接采样电阻5，同时采样电阻5 两端接出导线，构件输出采集端4；
[0026]所述的上磁环1通过线圈3缠绕构成低频电流传感模块，所述下磁环2通过线圈4与上磁环2共同缠绕形成高频电流传感模块；
[0027]所述上磁环1为低频磁芯；
[0028]所述上磁环1为锰锌铁氧体磁环；
[0029]所述下磁环2为高频磁芯；
[0030]所述下磁环2为镍锌铁氧体磁环。
[0031]所述的锰锌铁氧体磁环的厚度为12毫米，所述的镍锌铁氧体磁环的厚度为6毫米；
[0032]锰锌铁氧体磁环的性能参数为：外径31mm,内径19mm，高度13mm，相对磁导率为10k，单圈电感量为10μH左右；
[0033]镍锌铁氧体磁环的性能参数为：外径3mm，内径25mm，高度7mm，相对磁导率为100
±
20％，剩余磁通密度为220mT，饱和磁通密度为 330mT，矫顽力为320A/m；
[0034]用于宽频测量的复合型无源电流传感器测试装置，通过锰锌铁氧体磁环与镍锌铁氧体磁环频率耦合的方式来实现的。
[0035]实施例2
[0036]本实施例是基于上述实施例1的一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器的幅频特性分析；
[0037]如图2所示一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器的理想幅频特性曲线，通过理论分析可求得传感器的带宽；图2在中，上层虚线是低频电流互感器的幅频响应曲线，下层点画线是高频电流互感器的幅频响应曲线；
[0038]低频互感器测量从50Hz到1兆赫兹的电流，随着频率的增加，它的幅频响应开始下降，此时高频互感器的幅频响应开始增加，这两个响应通过调节和聚合，以获得具有宽带特性的电流感测方案；
[0039]所述复合型无源电流传感器的频率响应的微分方程为:
[0040][0041]为了推导出整个传感器测量系统的传递函数，上式时域模型需要通过拉普拉斯变换得到S域模型：
[0042][0043]因此，可得电流传感器传递函数为：
[0044][0045]当输入信号为正弦稳态信号，则下式可改写为：
[0046][0047]则可得到电流传感器的幅频响应为：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，其特征在于，包括：上磁环、下磁环、线圈、采样电阻；所述上磁环和下磁环同轴设置，且工作频带不同，所述线圈缠绕上磁环、下磁环并两端连接采样电阻。2.根据权利要求1所述一种用于宽频电流测量的复合型无源电流传感器，其特征在于，所述的上磁环通过线圈缠绕构成低频电流传感模块，所述下磁环通过线圈与上磁环共同缠绕形成高频电流传感模块。3.根据权利要求2所述一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文斌，程康，谭清华，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：