1 零磁通電流檢測原理
當電流流過(guò)一根導線(xiàn)時(shí),將在導線(xiàn)周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導線(xiàn)的電流大小有一定的比例關(guān)系，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集,然后進(jìn)行檢測,如果磁場(chǎng)的變化與檢測電路輸出有良好的線(xiàn)性關(guān)系,便可依據檢測電路的輸出信號來(lái)反映導線(xiàn)中的電流大小,理想電流傳感器的電流比為:
式中:l為電流互感器一次側電流,I2為二次側電流。
1.1 單一線(xiàn)圈零磁通檢測技術(shù)
圖1為單檢測線(xiàn)圈接線(xiàn)圖。圖中u= Um cosot為激勵信號，1為被測直流電流,N; =1相當于初級匝數,N2為激勵繞組的匝數,T為高導磁率磁環(huán)。假設T在u激勵下,產(chǎn)生的磁通密度為B2 =Bsinwt,直流電流流過(guò)產(chǎn)生的磁通密度為B。當B>0時(shí),磁化電流前半周期的幅度要比后半周期的嗝度大;當B, <0時(shí)，磁化電流前半周期的幅度要比后半周期的幅度小,即不管其是否飽和，磁化電流的波形幅度都隨B,變化(即I的變化)而單調變化。
如圖2所示,把激勵繞組N2改為檢測繞組N。和補償繞組N3。檢測與補償控制電路產(chǎn)生補償電流I3通過(guò)補償繞組N3產(chǎn)生激磁動(dòng)勢,使1。降至極低,達到近似“零磁通”的效果。實(shí)際使用中，調制波激勵線(xiàn)圈N;在磁環(huán)T上產(chǎn)生感應磁場(chǎng),并會(huì )對直流磁場(chǎng)產(chǎn)生一定的影響,因此很難實(shí)現電流的精密測試,從而影響被測電流精度。
1.2 雙探測線(xiàn)圈零磁通檢測技術(shù)
為了提高電流測試精度,本文設計了雙探測線(xiàn)圈零磁通電流互感器,該電流互感器檢測原理如圖3所示。
圖中T.、T2為截面積和磁路長(cháng)度相等的同一種磁芯材料,N、N2分別是T、T2上的繞組,Ns為補償線(xiàn)圈,le為補償電流，V..為經(jīng)過(guò)檢波處理后的誤差電壓信號。
在理想情況下,T、T2對稱(chēng),N, =N2,Nq、N2的繞向相反,這樣使得激勵源u= U。cosot在兩線(xiàn)圈上產(chǎn)生的感應磁場(chǎng)大小相等、方向相反,若無(wú)外來(lái)磁場(chǎng)干擾，磁環(huán)T、T2間的等效磁通為零,且兩磁環(huán)所圍空間內的磁場(chǎng)也相應為零。
由上面分析可知道,當被測直流電流1,=0時(shí),磁環(huán)T、T2間的等效磁通仍為零。此時(shí)，磁環(huán)T、T2的磁化曲線(xiàn)對稱(chēng)于坐標點(diǎn),中(t)、(t)對稱(chēng)于坐標橫軸,見(jiàn)圖4,N; =N2的磁化電流的波形見(jiàn)圖5。
T、T2磁通間保持下列關(guān)系:中(t) +$(t) =0,補償電流:IcNs-I。=0。因為此時(shí)I,=0,所以Ic =0。
當被測電流I。不為零時(shí),存在兩種情況,其一是l,>0,其二是l。<0。假設I。為正,則使T的磁通量增加,T2的磁通量減少;lo為負時(shí),使T2的磁通量增加,T的磁通量減少。如果通過(guò)檢波來(lái)檢出直流電流引起的誤差信號變化,并將該信號由補償電路處理,從而產(chǎn)生-補償電流Ic,此電流提供給補償繞組Ns。此時(shí),補償繞組Ns通過(guò)的電流Ic與穿過(guò)磁環(huán)的輸出電流I。將不滿(mǎn)足關(guān)系式:IcN, -I。=0,而有:IcNs -I≠0。這說(shuō)明補償繞組和負載電流產(chǎn)生的磁通必然要對兩磁環(huán)中的磁通產(chǎn)生影響,造成兩磁環(huán)間的等效磁通不為零。通過(guò)相應檢波處理,誤差信號V.送到補償電流調節器進(jìn)行電流閉環(huán)控制,重新使Ic!Ns -Io=0,使T、T2間的磁通維持為零。此時(shí)的補償電流Ic可以通過(guò)采樣獲得,并且有lcNs =Io,由于Ns的匝數是固定的,所以補償電流可以采用精密高穩定的小電流信號，并且電流穩定性與準確性可以做到很高,通過(guò)采樣該小電流信號,便可以實(shí)現被測直流大電流的精密測量。