一种应用于双级电流互感器的取样电路的制作方法

本发明属于电流互感器，尤其是涉及一种应用于双级电流互感器的取样电路。

背景技术：

1、双级电流互感器采用了双级结构，具有主绕组和辅助绕组，其准确级可以提高1个数量级，也就是能从现有的0.2级钳形电流互感器(即开口型电流互感器)提高至0.02级，0.05级的单级环形(即非开口型)电流互感器可以提高至0.005级环形双级电流互感器。为高精确度交流电流测量应用提供技术支撑。如专利号为“cn202010618596.7”，名称为“一种制备高准确级双级钳形电流互感器的方法”中国发明专利对这种电流互感器做出了详细的描述，电流互感器输出的电流需要取样电路对其进行取样转换为电压以便后级测量电路使用；取样方式包括电阻取样以及通过运算放大器取样，但是现有技术中的取样电路仅仅能够对单级电流互感器进行取样，如果采用常规取样电路，双级电流互感器的准确级会下降至单级电流互感器的准确级，例如开口型0.02级的双级钳形电流互感器准确级下降至0.2级，0.005级的环形双级电流互感器准确级降低为0.05级；无法将常规的采样电路运用到双级电流互感器中，其电压信号的准确级也难以保证。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的旨在提供一种应用于双级电流互感器的取样电路，采用电阻或运算放大器的取样方式，在为后级测量电路提供取样信号的同时，保证了双级电流互感器的准确级不会降级。

2、技术方案：本发明所述的应用于双级电流互感器的取样电路，所述双级电流互感器包括叠放绕制双级电流互感器和独立绕制双级电流互感器；叠放绕制双级电流互感器包括主磁芯bcx以及主磁芯bcx上绕制的nb匝，作为二次补偿绕组，其输出端子为b1b2；还包括在主磁芯bcx的基础上叠加的辅助磁芯acx，磁芯acx上绕制n2匝，以此作为二次供电绕组，其输出端子为k1k2；独立绕制双级电流互感器包括辅助磁芯acx以及其上绕制的二次供电绕组n2匝，以此作为出供电线圈；还包括主磁芯bcx以及其上绕制n2匝，以此作为第二次绕组；还包括绕nb匝，作为二次补偿绕组，其输出端子为b1b2；所述取样电路通过输出端子k1k2以及输出端子b1b2与双级电流互感器连接，取样电路将双级电流互感器的电流信号转换为高精度的电压信号。

3、其中，所述取样电路为单运放反向取样电路，包括第一电阻r1、第一运算放大器a1、第一二极管d1以及第二二极管d2；其中第一运算放大器a1引脚4和引脚5并接第一二极管d1以及第二二极管d2，第一二极管d1和第二二极管d2连接方向相反，第一运算放大器a1引脚4连接n2匝的输出端子k1和nb的输出端子b1，n2匝的匝数与nb匝的匝数相同；第一运算放大器a1引脚5连接输出端子k2和输出端子b2；第一电阻r1两端分别与第一运算放大器a1的引脚1和引脚4连接，第一运算放大器a1的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚1为单运放反向取样电路的输出端。

4、其中，所述取样为电路双电阻取样电路，包括第二电阻r2以及第三电阻r3，第二电阻r2两端与分别连接n2匝的输出端子k1k2，第三电阻r3两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1。

5、其中，所述取样电路为三运放反向取样电路，包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第二运算放大器a2、第三运算放大器a3、第四运算放大器a4、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5以及第六二极管d6；第二运算放大器a2引脚4和引脚5并接第五二极管d5以及第六二极管d6，第五二极管d5和第六二极管d6连接方向相反，第二运算放大器a2引脚4连接n2的输出端子k1和n2的输出端子k2；第二运算放大器a2引脚5接地；第七电阻r7两端分别与第二运算放大器a2的引脚1和引脚4连接，第二运算放大器a2的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，第二运算放大器a2的引脚1串联第四电阻r4，第四电阻r4另一端连接第八电阻r8；第四运算放大器a4引脚4和引脚5并接第三二极管d3以及第四二极管d4，第三二极管d3和第四二极管d4连接方向相反，第四运算放大器a4引脚4和引脚5分别连接nb匝的输出端子b1b2，输出端子b2接地；第六电阻r6两端分别与第四运算放大器a4的引脚1和引脚4连接，第四运算放大器a4的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，第四运算放大器a4的引脚1连接第五电阻r5，第五电阻r5另一端分别与第四电阻r4的另一端以及第三运算放大器a3的引脚4连接，第八电阻r8另一端连接第三运算放大器a3的引脚1，第四运算放大器a4的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚1为三运放反向取样电路的输出端；其中n2匝的匝数大于nb匝的匝数，第六电阻r6和第七电阻r7的电阻值之比等于nb匝的匝数与n2匝的匝数之比。

6、其中，所述取样电路为双电阻差分取样电路，包括第十一电阻r11、第十二电阻r12以及运算放大器a7；其中第十一电阻r11两端与分别连接n2匝的输出端子k1k2，第十二电阻r12两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1，输出端子k2接地；输出端子k1连接运算放大器a7的引脚4，输出端子b2连接运算放大器a7的引脚5，运算放大器a7的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚6接地，引脚1为双电阻差分取样电路，第十二电阻r12和第十一电阻r11的电阻值之比等于nb匝的匝数与n2匝的匝数之比。

7、其中，所述取样电路为三电阻差分取样电路，包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15以及第八运算放大器a8；其中第十三电阻r13一端连接输出端子k1，另一端分别连接第十四电阻r14以及接地，第十四电阻r14另一端输出端子k2，第十五电阻r15两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1，输出端子k2接地；输出端子k1连接第八运算放大器a8的引脚4，输出端子b2连接第八运算放大器a8的引脚5，第八运算放大器a8的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚6接地，引脚1为差分取样电路输出端。

8、与现有技术相比，本发明具有以下显著的进步：本发明设计了取样电路，能够解决常规取样电路应用于双级电流互感器时双级电流互感器准确级下降的缺陷；传统的双级电流互感器主要应用于电流互感器准确级的量值传递，本发明中的取样电路配合0.02级的双级钳形电流互感器或0.005级的环形双级电流互感器为电流信号高精度测量提供技术支撑，拓展了双级电流互感器的应用场景。

技术特征：

1.一种应用于双级电流互感器的取样电路，所述双级电流互感器包括叠放绕制双级电流互感器和独立绕制双级电流互感器；叠放绕制双级电流互感器包括主磁芯bcx以及主磁芯bcx上绕制的nb匝，作为二次补偿绕组，其输出端子为b1b2；还包括在主磁芯bcx的基础上叠加的辅助磁芯acx，磁芯acx上绕制n2匝，以此作为二次供电绕组，其输出端子为k1k2；独立绕制双级电流互感器包括辅助磁芯acx以及其上绕制的二次供电绕组n2匝，以此作为出供电线圈；还包括主磁芯bcx以及其上绕制n2匝，以此作为第二次绕组；还包括绕nb匝，作为二次补偿绕组，其输出端子为b1b2；其特征在于：所述取样电路通过输出端子k1k2以及输出端子b1b2与双级电流互感器连接，取样电路将双级电流互感器的电流信号转换为高精度的电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种应用于双级电流互感器的取样电路，其特征在于，所述取样电路为单运放反向取样电路，包括第一电阻r1、第一运算放大器a1、第一二极管d1以及第二二极管d2；其中第一运算放大器a1引脚4和引脚5并接第一二极管d1以及第二二极管d2，第一二极管d1和第二二极管d2连接方向相反，第一运算放大器a1引脚4连接n2匝的输出端子k1和nb的输出端子b1，n2匝的匝数与nb匝的匝数相同；第一运算放大器a1引脚5连接输出端子k2和输出端子b2；第一电阻r1两端分别与第一运算放大器a1的引脚1和引脚4连接，第一运算放大器a1的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚1为单运放反向取样电路的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种应用于双级电流互感器的取样电路，其特征在于，所述取样电路为双电阻取样电路，包括第二电阻r2以及第三电阻r3，第二电阻r2两端与分别连接n2匝的输出端子k1k2，第三电阻r3两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1。

4.根据权利要求1所述的一种应用于双级电流互感器的取样电路，其特征在于，所述取样电路为三运放反向取样电路，包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第二运算放大器a2、第三运算放大器a3、第四运算放大器a4、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5以及第六二极管d6；第二运算放大器a2引脚4和引脚5并接第五二极管d5以及第六二极管d6，第五二极管d5和第六二极管d6连接方向相反，第二运算放大器a2引脚4连接n2匝的输出端子k1和n2匝的输出端子k2；第二运算放大器a2引脚5接地；第七电阻r7两端分别与第二运算放大器a2的引脚1和引脚4连接，第二运算放大器a2的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，第二运算放大器a2的引脚1串联第四电阻r4，第四电阻r4另一端连接第八电阻r8；第四运算放大器a4引脚4和引脚5并接第三二极管d3以及第四二极管d4，第三二极管d3和第四二极管d4连接方向相反，第四运算放大器a4引脚4和引脚5分别连接nb匝的输出端子b1b2，输出端子b2接地；第六电阻r6两端分别与第四运算放大器a4的引脚1和引脚4连接，第四运算放大器a4的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，第四运算放大器a4的引脚1连接第五电阻r5，第五电阻r5另一端分别与第四电阻r4的另一端以及第三运算放大器a3的引脚4连接，第八电阻r8另一端连接第三运算放大器a3的引脚1；第四运算放大器a4的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚1为三运放反向取样电路的输出端；其中n2匝的匝数大于nb匝的匝数，第六电阻r6和第七电阻r7的电阻值之比等于nb匝的匝数与n2匝的匝数之比。

5.根据权利要求1所述的一种应用于双级电流互感器的取样电路，其特征在于，所述取样电路为双电阻差分取样电路，包括第十一电阻r11、第十二电阻r12以及运算放大器a7；其中第十一电阻r11两端与分别连接n2匝的输出端子k1k2，第十二电阻r12两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1，输出端子k2接地；输出端子k1连接运算放大器a7的引脚4，输出端子b2连接运算放大器a7的引脚5，运算放大器a7的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚6接地，引脚1为双电阻差分取样电路，第十二电阻r12和第十一电阻r11的电阻值之比等于nb匝的匝数与n2匝的匝数之比。

6.根据权利要求1所述的一种应用于双级电流互感器的取样电路，其特征在于，所述取样电路为三电阻差分取样电路，包括第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15以及第八运算放大器a8；其中第十三电阻r13一端连接输出端子k1，另一端分别连接第十四电阻r14以及接地；第十四电阻r14另一端输出端子k2，第十五电阻r15两端与分别连接nb匝输出端子b1b2，输出端子k2连接输出端子b1，输出端子k2接地；输出端子k1连接第八运算放大器a8的引脚4，输出端子b2连接第八运算放大器a8的引脚5，第八运算放大器a8的引脚2连接正电源，引脚3连接负电源，引脚6接地，引脚1为差分取样电路输出端。

技术总结
本发明公开了一种应用于双级电流互感器的取样电路，双级电流互感器包括叠放绕制双级电流互感器和独立绕制双级电流互感器，取样电路通过输出端子k1k2以及输出端子b1b2与双级电流互感器连接。本发明设计了取样电路，能够解决常规取样电路应用于双级电流互感器时双级电流互感器准确级下降的缺陷；传统的双级电流互感器主要应用于电流互感器准确级的量值传递，本发明中的取样电路配合0.02级的双级钳形电流互感器或0.005级的环形双级电流互感器为电流信号高精度测量提供技术支撑，拓展了双级电流互感器的应用场景。

技术研发人员：顾红波,陆艺红
受保护的技术使用者：南京丹迪克电力仪表有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13