有源磁补偿的钳形电流传感器的制作方法

本申请涉及电流测量，具体涉及一种有源磁补偿的钳形电流传感器。

背景技术：

1、现有的测量电流的工具主要有：钳形电流互感器、霍尔电流传感器和磁通门电流传感器。霍尔电流传感器包括开环霍尔和闭环霍尔。

2、互感器的原理是，被测信号是交流信号时，由于电磁感应原理产生感应电流，通过感应电流计算出被测信号。因此只能测量交流信号，理论上不能测直流电流。且由于磁芯的饱和磁场限制，其测量的动态范围较小，同时精度还受到磁芯的磁导、剩磁等影响，应用范围较小。

3、开环霍尔的原理是，利用霍尔片在被测电流产生的磁场下由于霍尔效应产生电势差，检测该电势差即可推算出被测电流。该方案由于霍尔片本身受温度影响较大，导致整个传感器温漂较大，且被测电流较小时，霍尔效应不明显，使得传感器动态范围较小。

4、闭环霍尔的原理是，检测霍尔片上的电势差驱动功放输出补偿电流，该补偿电流产生的磁势与被测电流产生的磁势大小相等、方向相反，抵消该磁势使得磁芯内磁通近乎为0；但是霍尔芯片在磁势为0时输出信号较小，整体表现为噪声较大，温度漂移严重。

5、磁通门电流传感器利用的是磁环本身在交替饱和过程中的偶次谐波作为表征信号。磁环一经成型，其相对磁导率几乎不会随外界信号变化。因此，只要激励源稳定，其偶次谐波只随被测信号变化，相较于霍尔片，温度对磁通门原理的几乎没有影响。

6、相关技术中，现有磁通门电流传感器由于材料等原因，只能做成完整的环形，不能做成开合式的钳形。

技术实现思路

1、为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种有源磁补偿的钳形电流传感器。

2、根据本申请的实施例，提供一种有源磁补偿的钳形电流传感器，包括：第一钳头和第二钳头；所述第一钳头和所述第二钳头均包括磁芯，二者能够组合形成封闭的环状体；

3、所述第一钳头的磁芯包括磁芯c1、磁芯c2、磁芯c3和磁芯c4；磁芯c1、磁芯c2和磁芯c3的尺寸相同并且三者层叠设置；磁芯c4为空腔结构，其内部空间用于设置磁芯c1～c3的组合结构；所述第二钳头的磁芯包括磁芯c1’、磁芯c2’、磁芯c3’和磁芯c4’；所述第二钳头的磁芯结构与所述第一钳头的磁芯结构相同。

4、进一步地，所述第一钳头还包括第一壳体，磁芯c1～c4设置在所述第一壳体的内部；所述第二钳头还包括第二壳体，磁芯c1’～c4’设置在所述第二壳体的内部；

5、该钳形电流传感器还包括：钳体；所述第一钳头的底端通过转轴与所述钳体可旋转连接，所述第一钳头能够绕转轴转动；所述第二钳头的底端与所述钳体固定连接。

6、进一步地，磁芯c4的顶端与第一壳体的顶端平齐，磁芯c1～c3的顶端低于第一壳体的顶端；磁芯c4’的顶端与第二壳体的顶端平齐，磁芯c1’～c3’的顶端高于第二壳体的顶端。

7、进一步地，所述磁芯c1、磁芯c2、磁芯c3和磁芯c4上分别绕制有：第一电流检测绕组w1、第一去耦绕组w2、第一磁通检测绕组w3和第一补偿绕组w4；

8、所述磁芯c1’、磁芯c2’、磁芯c3’和磁芯c4’上分别绕制有：第二电流检测绕组w1’、第二去耦绕组w2’、第二磁通检测绕组w3’和第二补偿绕组w4’。

9、进一步地，所述钳形电流传感器还包括激励电路、补偿电路和检测电路；所述激励电路用于生成激励信号，并将激励信号调制到第一激励绕组和第二激励绕组上；所述检测电路用于获取电流检测绕组与激励绕组上的电流信号，整合生成误差信号；所述补偿电路用于获取误差信号，并生成补偿信号施加到第一补偿绕组和第二补偿绕组上。

10、进一步地，所述激励电路包括：波形发生器、分频器和磁调制功放；

11、所述波形发生器用于生成预设频率和幅度的波形信号；

12、所述分频器用于将所述波形发生器生成的波形信号进行分频处理；

13、所述磁调制功放用于将所述分频器输出的波形信号调制到绕组w2、w2’、w3、w3’上。

14、进一步地，所述检测电路包括：磁解调单元和误差合成单元；

15、所述磁解调单元以所述波形发生器输出的波形信号为驱动，解调出磁芯上的直流误差信号；

16、所述误差合成单元用于获取所述磁解调单元输出的直流误差信号和绕组w1、w1’上的交流误差信号，整合后生成误差信号。

17、进一步地，所述补偿电路包括伺服电源；所述伺服电源用于将误差信号进行功率放大后输出到补偿绕组w4、w4’上，以使误差合成器上的误差信号不断减小至接近于零，形成闭环控制。

18、进一步地，所述补偿电路包括还包括带阻滤波器；所述带阻滤波器连接在所述误差合成单元与所述伺服电源之间，用于抑制误差合成单元引起的传导调制纹波。

19、进一步地，所述钳形电流传感器还包括：机械板机和联动开关；

20、所述机械板机在钳形电流传感器打开前先被压下，板机内触电导通；

21、所述联动开关与所述机械板机协同工作，用于在所述机械板机导通时禁用所述伺服电源的输出、禁用所述磁调制功放的输出。

22、本申请的实施例提供的技术方案具备以下有益效果：

23、本实用新型提供一种有源磁补偿钳形电流传感器，解决了目前钳形电流传感器精度不够且易受到外界温度、磁场干扰等问题；本申请方案实现了磁通门电流传感器的开合，同时基于新电路原理，实现了基于有源磁补偿的磁通门原理，实现了高精度；相较于现有的钳形电流传感器，能同时测量交直流，不受环境温度影响，准确度有了较大的提升。

24、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种有源磁补偿的钳形电流传感器，其特征在于，包括：第一钳头和第二钳头；所述第一钳头和所述第二钳头均包括磁芯，二者能够组合形成封闭的环状体；

2.根据权利要求1所述的钳形电流传感器，其特征在于：所述第一钳头还包括第一壳体，磁芯c1～c4设置在所述第一壳体的内部；所述第二钳头还包括第二壳体，磁芯c1’～c4’设置在所述第二壳体的内部；

3.根据权利要求1所述的钳形电流传感器，其特征在于：磁芯c4的顶端与第一壳体的顶端平齐，磁芯c1～c3的顶端低于第一壳体的顶端；磁芯c4’的顶端与第二壳体的顶端平齐，磁芯c1’～c3’的顶端高于第二壳体的顶端。

4.根据权利要求1-3任一项所述的钳形电流传感器，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的钳形电流传感器，其特征在于：所述钳形电流传感器还包括激励电路、补偿电路和检测电路；所述激励电路用于生成激励信号，并将激励信号调制到第一激励绕组和第二激励绕组上；所述检测电路用于获取电流检测绕组与激励绕组上的电流信号，整合生成误差信号；所述补偿电路用于获取误差信号，并生成补偿信号施加到第一补偿绕组和第二补偿绕组上。

6.根据权利要求5所述的钳形电流传感器，其特征在于，所述激励电路包括：波形发生器、分频器和磁调制功放；

7.根据权利要求6所述的钳形电流传感器，其特征在于，所述检测电路包括：磁解调单元和误差合成单元；

8.根据权利要求6所述的钳形电流传感器，其特征在于，所述补偿电路包括伺服电源；所述伺服电源用于将误差信号进行功率放大后输出到补偿绕组w4、w4’上，以使误差合成器上的误差信号不断减小至接近于零，形成闭环控制。

9.根据权利要求8所述的钳形电流传感器，其特征在于，所述补偿电路包括还包括带阻滤波器；所述带阻滤波器连接在所述误差合成单元与所述伺服电源之间，用于抑制误差合成单元引起的传导调制纹波。

10.根据权利要求8所述的钳形电流传感器，其特征在于，还包括：机械板机和联动开关；

技术总结
本申请涉及一种有源磁补偿的钳形电流传感器，包括：第一钳头和第二钳头；所述第一钳头和所述第二钳头均包括磁芯，二者能够组合形成封闭的环状体；所述第一钳头的磁芯包括磁芯C<subgt;1</subgt;、磁芯C<subgt;2</subgt;、磁芯C<subgt;3</subgt;和磁芯C<subgt;4</subgt;；磁芯C<subgt;4</subgt;为空腔结构，其内部空间用于设置磁芯C<subgt;1</subgt;～C<subgt;3</subgt;的组合结构；所述第二钳头的磁芯包括磁芯C<subgt;1</subgt;’、磁芯C<subgt;2</subgt;’、磁芯C<subgt;3</subgt;’和磁芯C<subgt;4</subgt;’；所述第二钳头的磁芯结构与所述第一钳头的磁芯结构相同。本技术提供一种有源磁补偿钳形电流传感器，解决了目前钳形电流传感器精度不够且易受到外界温度、磁场干扰等问题；相较于现有的钳形电流传感器，能同时测量交直流，不受环境温度影响，准确度有了较大的提升。

技术研发人员：李斌,邵海明,李传生,王家福,朱庆发,张伟民,高金伟
受保护的技术使用者：北京普瑞姆赛斯科技有限公司
技术研发日：20220801
技术公布日：2024/1/12