[發明專利]一種用于直流電流檢測的單鐵芯雙向磁放大器

有效

• 申請號: 201810107687.7
• 申請日: 2018-02-02
• 公開（公告）號: CN108375690B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 韓小濤;張紹哲;徐墾;王正磊;謝劍鋒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R1/30
• 分類號: G01R1/30
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開一種用于直流電流檢測的單鐵芯雙向磁放大器，包括交流激勵源，激勵變壓器，換向電路，第一和第二勵磁繞組，調制鐵芯，磁屏蔽，二次繞組，第一和第二二極管，第一和第二輸出電阻。第一勵磁繞組和第二勵磁繞組對稱地繞制在調制鐵芯上；交流激勵源經激勵變壓器通過換向電路分別與第一勵磁繞組的兩端和第二勵磁繞組的兩端相連接，用于對調制鐵芯進行勵磁；換向電路用于根據激勵電壓的極性控制第一和第二勵磁繞組分別對調制鐵芯勵磁；第一和第二二極管用于防止電流反向，第一和第二輸出電阻用于將電流轉化為輸出電壓。本發明采用單鐵芯實現了磁放大式零磁通傳感器的功能。

技術領域

本發明涉及直流大電流測量領域，更具體地，涉及一種用于直流電流檢測的單鐵芯雙向磁放大器。

背景技術

電流是電磁科學的基本特征量之一，直流大電流的測量涉及到科學、工控、電力等諸多領域。直流電流檢測技術主要包括：分流技術、霍爾效應、光纖技術、零磁通技術。零磁通技術具有電氣隔離、低溫漂、高精度等優點，一般情況下其溫漂小于50ppm/K，精度高于0.1％，在科學研究場合精心設計的零磁通電流傳感器其精度可以達到10^-7。零磁通直流大電流互感器和直流大電流比較儀作為主要的高精度直流大電流測量設備，在許多領域，如跨區域高壓直流輸電、有色金屬冶煉、電化學、粒子加速器，工業控制等中有廣泛的應用。

零磁通直流大電流互感器和直流大電流比較儀采用的零磁通傳感器有磁調制器和磁放大器兩種。磁調制器靈敏度較高，但是其輸出有效信號很微弱，一般需要兩個鐵芯進行差分輸出，以抵消背景信號干擾，而且需要經過放大器、鎖相等復雜電路對輸出信號進行處理，才能用于反饋控制。中國專利CN1580788A“直流電流傳感器”，公開了一種零磁通直流電流傳感器，其采用單鐵芯形式，屬于單鐵芯磁調制器，不僅需要兩個勵磁繞組而且需要單獨的檢測繞組，還要經過復雜的信號調理電路才能實現其功能。中國專利CN102496446A公開了一種“零磁通直流電流互感器”，其工作在磁調制器模式，磁頭包含3個磁芯，磁頭安裝空間較大，且處理電路復雜。

磁放大器為功率輸出，可輸出較強的信號，因此只需對輸出信號進行簡單濾波，提取直流分量即可進行反饋控制。20世紀30年代，德國的W.Kraemer設計出用于測量直流大電流的磁放大器。最初的磁放大器為四鐵芯結構，經過眾多科研人員研究，將四鐵芯結構簡化為雙鐵芯無直流磁化雙向磁放大器，見中國專利CN102879624A“用于直流大電流檢測的無直流磁化雙向磁放大器”。目前為止，磁放大器式零磁通傳感器的實現至少采用兩個鐵芯。在幾十kA至幾百kA的直流大電流測量中，鐵芯的直徑大于1m，加工難度大、成本高。而且研究表明，兩個調制鐵芯磁特性和加工參數的不一致是其主要的誤差源之一。

綜上所述，在直流大電流測量領域零磁通直流大電流互感器和直流大電流比較儀性能優越，具有十分廣泛的應用價值。目前磁放大器式零磁通傳感器至少需要兩個調制鐵芯才能實現，加工難度大、成本高，調制鐵芯磁特性和加工參數的不一致是其主要的誤差源之一。因此，對其進行性能的提升，結構改進以簡化體積、節省成本具有十分重要的意義。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明旨在簡化磁放大器式零磁通傳感器結構，降低成本和安裝空間要求，以及解決現有磁放大器式零磁通傳感器雙鐵芯結構由于鐵芯磁特性和加工參數的不一致引起的誤差的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供一種用于直流電流檢測的單鐵芯雙向磁放大器，其特征在于，包括：調制鐵芯、第一勵磁繞組、第二勵磁繞組、激勵變壓器以及換向電路；