基于磁位计补偿的带间隙铁芯式罗氏线圈互感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电磁测量技术领域，尤其涉及一种可同时准确测量电流基波和谐波的 电子式电流互感器，具体地说是一种基于磁位计补偿的带间隙铁芯式罗氏线圈互感器。
【背景技术】
[0002] 电子式电流互感器是一种电流传感器，主要用于电网电流的测量。国家标准GB/ T20840. 8-2007《互感器第8部分：电子式电流互感器》给出了电子式电流互感器基波及谐 波准确度的技术规范，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》给出了公用电 网谐波电流的限值，国家标准GB/T19862-2005《电能质量监测设备通用要求》规定了用于 监测电网谐波电流分量的设备的通用要求，这些标准对电子式电流互感器的基波和谐波传 感准确度及量程范围提出了明确的要求。
[0003] 电子式电流互感器是传统的电磁式电流互感器更新换代的产品，传统的电磁式电 流互感器测量频带较窄，因此主要用来测量电网电流的基波分量。电子式电流互感器通常 利用低功耗铁芯线圈、罗氏线圈或光学装置来进行一次电流的传感，其中低功耗铁芯线圈 和罗氏线圈由于结构简单且易于实现，因而被广泛采用。低功耗铁芯线圈的传感原理及结 构与传统的电磁式电流互感器相同，同样存在测量频带较窄的问题。罗氏线圈由于采用非 磁性骨架，不存在磁滞和饱和现象，因此具有很宽的测量频带。为了提高输出信号，罗氏线 圈的线圈匝数通常很多，而罗氏线圈的线圈几何尺寸的变化对传感准确度的影响很大，因 此罗氏线圈的准确度通常不高。带间隙铁芯式罗氏线圈采用带间隙的闭环铁芯作为骨架， 该罗氏线圈的有效气隙磁路长度被大大缩短，此时可以用较少的线圈匝数来获得较大的输 出信号，同时由于罗氏线圈绕制在高磁导率的铁芯上，该线圈几何尺寸的变化对传感准确 度的影响大大降低，因此带间隙铁芯式罗氏线圈是一种较为理想的电流传感器，它可被视 为有效气隙磁路长度很短的空心式罗氏线圈。但是，由于带间隙铁芯式罗氏线圈的磁路是 由气隙磁路和铁芯磁路串联而成，铁芯的励磁特性将对带间隙铁芯式罗氏线圈的电流传感 带来非线性的误差。采用高磁导率铁芯材料及合适的气隙磁路长度与铁芯磁路长度之比可 以减小这种误差，但这对带间隙铁芯式罗氏线圈的设计及选材带来了限制，同时也不可能 完全消除这种误差。因此考虑利用磁位计对铁芯的励磁状态进行检测，并对铁芯引起的传 感误差进行在线补偿，从而使带间隙铁芯式罗氏线圈等效地成为一种理想的有效气隙磁路 长度很短的空心式罗氏线圈，并且利用数字及模拟积分电路进行输出信号的积分还原，目 前这样的基于磁位计补偿的带间隙铁芯式罗氏线圈的电子式电流互感器未见有专利和其 它文献报道。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的是现有技术存在的上述问题旨在提供一种基于磁位计补偿的 带间隙铁芯式罗氏线圈，它能输出与含有谐波的一次电流成线性比例关系的电压模拟量和 数字量，实现同时对一次电流基波和谐波分量的准确传感。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：基于磁位计补偿的带间隙铁芯 式罗氏线圈互感器，它包括带间隙的闭环铁芯、一次线圈、二次线圈、磁位计骨架、磁位计线 圈、内环开槽的环形屏蔽盒、第一双向稳压管、第二双向稳压管、第一运算放大器、第二运算 放大器、信号调理电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、积分电容、第三运算放大器、模数转 换器、微处理器和通信接口；磁位计骨架和磁位计线圈构成磁位计，带间隙的闭环铁芯、一 次线圈和二次线圈构成带间隙铁芯式罗氏线圈，带间隙铁芯式罗氏线圈和磁位计构成一次 传感器；磁位计骨架为一条由非磁性材料制成的能弯曲的薄带，磁位计线圈均匀地绕制在 磁位计骨架上；闭环铁芯上的间隙采用非磁性材料填充，磁位计紧贴闭环铁芯外环表面并 且远离铁芯上的间隙，一次线圈和二次线圈分别均匀地绕制在除间隙以外的带有磁位计的 带间隙闭环铁芯的铁芯上，当一次线圈为穿心母线时，带间隙的闭环铁芯上不需要绕制一 次线圈；一次传感器安装在内环开槽的环形屏蔽盒内，一次线圈、二次线圈和磁位计线圈的 线圈端子引线由环形屏蔽盒上的过孔引出；第一运算放大器和第二运算放大器分别构成两 个电压跟随器；信号调理电路具有二个相互独立的输入输出电压调理通道，信号调理电路 的第一输出端和第二输出端分别与信号调理电路的第一输入端和第二输入端相对应；第一 电阻、第二电阻、第三电阻、积分电容和第三运算放大器构成加法及有损积分电路；模数转 换器、微处理器和通信接口构成数字输出电路；二次线圈的非同名端分别与第一双向稳压 管的一端和第一运算放大器的同相输入端相连，二次线圈的同名端与地相连，第一双向稳 压管的另一端与地相连，磁位计线圈的非同名端分别与第二双向稳压管的一端和第二运算 放大器的同相输入端相连，磁位计线圈的同名端与地相连，第二双向稳压管的另一端与地 相连，第一运算放大器的输出端与信号调理电路的第一输入端相连，第二运算放大器的输 出端与信号调理电路的第二输入端相连，信号调理电路的第一输出端分别与第一电阻的一 端和模数转换器的一个输入端相连，信号调理电路的第二输出端分别与第二电阻的一端和 模数转换器的另一个输入端相连，第一电阻的另一端分别与第二电阻的另一端、第三电阻 的一端、积分电容的一端和第三运算放大器的反相输入端相连，第三运算放大器的同相输 入端与地相连，第三电阻的另一端分别与积分电容的另一端和第三运算放大器的输出端相 连，微处理器分别与模数转换器和通信接口相连接；一次线圈的两个线圈端子为基于磁位 计补偿的带间隙铁芯式罗氏线圈互感器的一次端口，第三运算放大器的输出端和地构成了 互感器模拟量输出的二次端口，通信接口输出端口为互感器数字量输出的二次端口。
[0006] 下面对本技术方案的原理做进一步说明。
[0007] 带间隙铁芯式罗氏线圈的二次线圈工作在开路状态，当一次线圈流过被测电流 i"t)时，对于带间隙的闭环铁芯有：
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