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CN100437124C - 用于测量电流的检测器电路 - Google Patents

用于测量电流的检测器电路 Download PDF

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CN100437124C CNB200480034014XA CN200480034014A CN100437124C CN 100437124 C CN100437124 C CN 100437124C CN B200480034014X A CNB200480034014X A CN B200480034014XA CN 200480034014 A CN200480034014 A CN 200480034014A CN 100437124 C CN100437124 C CN 100437124C
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Abstract

检测器电路是依靠充分相同的绕组环状磁心变压器来测量电流的，主电流通过变压器时可感应磁通势。该磁通势被补偿电流所感应的磁通势抵消。其中两个环状磁心变压器(2、3)在调制信号作用下反相磁化。检测器电路可选择性地加入同步整流器，以为补偿电流提供校正信号。发明中提出了对因为调制信号引起的两个环状磁心变压器间可能存在的差异进行补偿的方法。这些方法包括环绕两环状磁心(2、3)的共用线圈，该共用线圈检测可能产生的在自动尝试建立平衡的负反馈回路中使用的误差信号。

Description

用于测量电流的检测器电路
技术领域
此项发明是关于通过基本相同的绕组环状磁心变压器来测量电流的检测器电路，其中主电流感应出一个磁通势，该磁通势被补偿电流所感应的磁通势抵消，以及通过调制电流在反相阶段进行磁化时，该检测器电路还可选择性地包括同步整流器，用于生成补偿电流校正信号，并提供了对两个环状磁心变压器间可能存在的差异进行补偿的装置。
背景技术
丹麦第149238号专利展示了一种用于测量粒子加速器中电磁体电流的零通量电流变压器。由于涉及到很高的电流值，也就是几百安培，因此有利地将主电流转换成相对较低的、经过测量电阻的测量电流以简化处理。这样经过测量电阻的电压降便可用作表示主电流值的度量。
已知的零通量电流变压器是由一个磁积分器和一个二阶谐波调制器组合而成。原理上磁积分器包含一个铁磁材料的环状磁心，该环状磁心有主绕组、副绕组和传感绕组。传感绕组连接至驱动经过测量电阻的副电流的放大器的入口端。因此环状磁心中磁通量的变化将感应出传感绕组中的电压，而这个电压又作用于放大器而使上述磁通量产生一个补偿电流来与由主电流引起的通量变化抵消。这样由经过主绕组的电流产生的磁通势就与由经过副绕组的电流产生的磁通势相均衡，这样就使主绕组的电流值和副绕组的电流值存在特定的联系。
然而，磁积分器不能处理直流电和超低频，因此有必要为实现该功能引入独立的电路。这样的电路是由磁调制器构成，其包含两个相同的绕组环状磁心和一个驱动电路。环状磁心被驱向饱和，且在平衡/“零通量”下，电流曲线相对于零点是对称的，从而使等量谐波的容度为零。因此可以选择采用窗口比较器/施密特触发器的直接对称检测器，也可以使用对呈现调制信号二倍频的电流信号进行同步整流的二次谐波检测器。当主副安培匝数之间到达平衡时两种情况都将获得零输出信号。不平衡将导致放大器产生电压和极性，这取决于上述不平衡的程度和极性。一个环状磁心可满足实现后来的检测器功能，但有必要引入两个处于反相位的环状磁心以防止补偿电路抑止检测，以防止调制信号通过磁耦合来扰乱磁积分器。不过，两个磁心是不可能完全相同的。
美国第4536706号专利展示了一种用来测量电话电路中的电流——也就是相对弱电的磁流传感器。这个磁流传感器包含一个偏置校正电路，该偏置校正电路仅在电流测量被打断时能实现偏置校正。
发明内容
因此本发明的目标就是展示如何能以一种简单的方式在测量电流时实现校正。根据本发明，可以通过由环绕两个环状磁心的共用绕组所形成的装置补偿环状磁心变压器间可能存在的差异来达到此发明目标，该共用绕组检测可能的误差信号，该误差信号在自动尝试建立平衡的负反馈回路中被使用。
根据发明，实现有效补偿的方法是将一个磁心作检测器，即主磁心，而第二个作从磁心。那么环绕两个环状磁心的绕组就能捕捉到差异信号/误差信号，其被放大并加在从磁心的控制信号上，从而使耦合到补偿电路的信号被减弱大约50倍。
此外，发明中提到的负反馈回路是为建立补偿而提供，所述负反馈回路被提供为通过将误差信号加到调制信号上从而使误差信号被减小。调制信号可以从外部或通过内置多频振荡器生成，多频振荡器可选择性含有施密特触发器。
向两个磁心提供调制信号，以及为了补偿允许进入饱和的两个磁心，加入一个因没有提供调制信号而不能进入饱和的附加磁心。这样就能获得大约500至1000倍的减小。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释发明，其中
图1展示了有零检测器噪声减小并含有三个环状磁心的非稳态检测器电路。
图2展示了有零检测器噪声减小并含有四个环状磁心的非稳态检测器电路。
图3展示了含有三个环状磁心和从外部施加的调制信号的检测器电路。
图4展示了含有四个环状磁心和从外部施加的调制信号的检测器电路。
具体实施方式
如图1显示的检测器电路可用来测量强电流，它包含三个基本相同的环状磁心1、2、3。主电流I5流经三个基本相同的环状磁心并感应出将被补偿电流i4抵消的磁通势。由几百赫兹频率的方波信号构成的调制信号被供应给其中两个环状磁心2、3，供应给第一个环状磁心2的方波信号与供应给第二个环状磁心3的方波信号反相。所以两个环状磁心2、3被反相磁化从而使不等幅和等幅的谐波都能通过线圈L1、L4、L5的耦合得到充分补偿。
然而，发明所基于的事实是：当主电流和补偿电流所感应的场之间存在平衡或均衡时环状磁心中的平均通量为零。当平均流量由于感应场之间的不平衡——也就是主电流I5和补偿电流i4的安培匝数间的不平衡——而不为零时，那么调制线圈中的磁化电流就含有等幅谐波，其中二次谐波是最重要的谐波。检测出后来的二次谐波导致与产生的不平衡对应的直流信号，该直流信号用来控制放大器从而使由主电流和副电流所感应的磁通势间的平衡得以重建。
这样的检测器电路的一个具体体现就如图1所示。调制信号通过施密特触发器A4生成，触发器输出与线圈L2的第一个接头连接，输入与L2的第二个接头连接。这个电路是非稳态的。经过线圈L2的电压降减少到几乎为零，就在给线圈L2加上正电压时，经过电阻R1(50欧)的电势降就会增加，这样正电压就加在了施密特触发器A4的输入。正电压的作用是使电流流经线圈L2并引发环状磁心2达到饱和，随后施密特触发器A4改变它的状态从而就提供了非稳态电路。
施密特触发器A4输出端的方波信号又被传输到放大器A5的输入，该放大器的输出供应给线圈L3。于是供应给线圈L3的方波信号与供应给线圈L2的方波信号反相。
经过电阻R1的信号值对应施密特触发器A4入口的信号值。经过电阻R1的信号值经过低通放大器A3又被传输到一个相加元件，其中被加上由线圈L1检测的信号以提供补偿电流i4。这样主电流I5发生慢和快的变化都能被后来的补偿电流所补偿。
此外，发明中还提供了对不完全相同的两个环状磁心2、3进行补偿的装置。这些装置包含环绕两个环状磁心2、3的共用线圈L6。共用线圈L6检测被加在传输到环状磁心3的调制信号上的可能的误差信号i6。误差信号被传输以使得建立一个自动尝试建立平衡的负反馈回路。换句话说，到环状磁心3的调制信号直到误差信号基本接近零时才会发生变化。
然而，误差信号是不可能精确为零的。
后者还取决于这样的事实，即大体上只要环状磁心3不处于饱和时，调整才是有效的，如果需要的话，这可以通过另外包括一个因未供应调制信号而没有进入饱和的环状磁心4进行补偿。
在后一种情况里，补偿装置包含环绕三个环状磁心2、3、4的共用线圈L6。这个共用线圈L6检测可能产生的源于环状磁心2、3的误差信号，且该误差信号被用来影响环状磁心4的磁化。这样就获得了对误差信号的又一个减小，从而得到一种能够非常准确地测量主电流I5。
根据另外一种具体示例，对比图3，非稳态电路被一个电路所替代，该电路由传输到线圈L2的交流信号形式的调制信号从外部正向地操作，其中该交流信号适宜用几百赫兹频率的方波信号，以及适宜由传输到线圈L3且与上面信号反相的方波信号所构成的交流信号从外部正向地操作。这样两个线圈L2和L3被反相磁化。
穿过电阻R1的信号电压被传输到放大器A3并放大，随后放大的信号电压与2f频率的信号相乘，也就是同步整流。混合信号再被加在由线圈L1的检测的信号上。
也在这种情况中，发明还提供了补偿不完全相同的两个环状磁心2、3的装置，对比图3。类似图1，该装置是由环绕两个环状磁心2、3的共用线圈L6构成，该共用线圈L6检测可能产生的加在传输到环状磁心3的调制信号上的误差信号。该误差信号被传输以使得建立自动尝试建立平衡的负反馈回路。换句话说，到环状磁心3的调制信号直到误差信号基本接近零时才会变化。
正如图1中的电路结构，只要环状磁心3不饱和时，调整才是有效的。可添加另外的环状磁心4，对比图4，以补偿上面的饱和，上述附加环状磁心不进入饱和，因为没有调制信号被传输到这个磁心4。
在图4所示的电路结构中，上面的补偿装置是由穿过三个环状磁心2、3、4的共用线圈L6形成的，该共用线圈L6检测可能产生的源于环状磁心2和3的误差信号，并被利用于影响环状磁心4中的磁化。
已描述的检测器电路实例中可用来测量强电流，也就是粒子加速器的磁化电流。

Claims (5)

1.一种检测器电路，被用于通过相同的绕组环状磁心变压器来测量电流，其中的磁通势是通过主电流(I5)流经相同环状磁心而由主电流(I5)感应的，该磁通势被由补偿电流(i4)感应的磁通势抵消，以及两个环状磁心变压器(2、3)通过调制电流信号被反相磁化，该检测器电路还包含用于产生所述补偿电流的调整信号的同步整流器，并提供有用于补偿两个环状磁心变压器(2、3)间可能出现的差异的装置，其特征在于由环绕两个环状磁心(2、3)的共用线圈(L6)构成的、用于补偿环状磁心变压器(2、3)间可能出现的差异的装置，上述共用线圈(L6)检测可能产生的误差信号以用在自动尝试建立平衡的负反馈回路中，所述自动尝试建立平衡是在调制电流信号上加入误差信号使得误差信号减弱并自动尝试趋于零而完成的。
2.根据权利要求1的检测器电路，其特征在于由外部提供所述的调制电流信号。
3.根据权利要求1的检测器电路，其特征在于所述检测器电路是非稳态的，所述的调制电流信号是借助于内置多频振荡器提供的。
4.根据权利要求3中的检测器电路，其特征在于所述多频振荡器含有施密特触发器(A4)。
5.根据上述权利要求1的检测器电路，其特征在于加入一个附加环状磁心(4)，由于未提供调制电流信号，该附加环状磁心不进入饱和，该附加环状磁心(4)补偿接收上述调制电流信号而能够进入饱和的环状磁心(2、3)。
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