專利名稱：用于測量電流的檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及依靠主電流互感器和兩個基本相同的輔助互感器的用于測量電流的檢測電路，其中主電流感應(yīng)磁通勢，由圍繞至少兩個環(huán)形鐵心的繞組中的補償電流感應(yīng)的磁通勢將所述磁通勢抵消掉，與此同時，依靠調(diào)制信號反相磁化該兩個輔助互感器，所述電路包括用于為該補償電流提供調(diào)整信號的同步整流器。
背景技術(shù)：
丹麥專利第149238號公開了用于測量粒子加速器中電磁體的電流的零通量電流互感器。當(dāng)涉及非常強的電流強度，即，幾百安培時，有利地將該主電流轉(zhuǎn)換成容易處理的相對弱的測量電流，并將其流經(jīng)測量電阻。然后將經(jīng)過該測量電阻的電壓降用作表示該主電流強度的測量值。
該已知的零通量電流互感器是由二次諧波磁調(diào)制器結(jié)合磁積分器形成的。原則上，磁積分器包括鐵磁材料的環(huán)形鐵心，并為其提供初級繞組、次級繞組和傳感器繞組。該傳感器繞組與驅(qū)動次級電流通過測量電阻的放大器的輸入端相連。那么該環(huán)形鐵心中的磁通量的變化在該傳感器繞組中感應(yīng)電壓，并且這個電壓以這樣一種方式影響該放大器，即所述磁通量產(chǎn)生補償電流，該補償電流抵消由該初級電流引起的該磁通量的變化。因此，通過由穿過該次級繞組的電流產(chǎn)生的磁通勢以這樣一種方式將由穿過該初級繞組的電流產(chǎn)生的磁通勢均衡，即關(guān)系系數(shù)存在于該初級繞組中的電流強度和該次級繞組中的電流強度之間。
然而，該磁積分器不能處理DC(直流電)和非常低頻率的電流，因此為了這個功能需要包括單獨的電路。這樣的電路由包括兩個同樣涂層的環(huán)形鐵心和驅(qū)動電路的磁調(diào)制器形成。該環(huán)形鐵心被飽和驅(qū)動，并且在平衡/“零通量”點，該電流曲線相對于零對稱，其結(jié)果是等諧波的量為零。然后，可以采用依靠窗口比較器/施密特觸發(fā)器的直接的、對稱的檢測，或者采用使用表示雙頻調(diào)制信號的電流信號的同步整流的二次諧波指示器。在兩種情況下獲得輸出信號，該信號在該初級安培匝數(shù)和次級安培匝數(shù)之間平衡時為零。在該安培匝數(shù)之間的不平衡產(chǎn)生振幅和極性電壓，其依賴于所述不平衡的程度和極性。一個鐵心能夠執(zhí)行后者的檢測器功能，但需要包含兩個反相的鐵心，為的是防止該補償電路抑制該檢測，和防止該調(diào)制信號通過磁耦合干擾該磁積分器。
然而，該已知電路被缺點所阻礙，即不可能補償特別高頻率的交流電。而且，產(chǎn)生不希望的諧振，其可能具有破壞性的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的檢測電路，其能夠補償交流電到至今未知的程度。
本發(fā)明基于對由圍繞在至少兩個環(huán)形鐵心周圍的普通繞組中的寄生電容引起的不希望諧振的識別上，并且根據(jù)本發(fā)明，通過用于該補償電流的被卷繞的繞組，可以以這樣一種方式高度降低這些寄生電容，以便將所述寄生電容降低至最小值，例如通過所謂的“皮爾格繞組(pilgrim winding)”的所述繞組。由一次卷繞成的一部分產(chǎn)生的皮爾格卷繞(pilgrim-wound)互感器表現(xiàn)出一個特性，即該單獨繞組層之間的勢差小于傳統(tǒng)卷繞式互感器時的勢差，其中一層沿著該整個鐵心的縱向方向一次卷繞成。結(jié)果在該繞組之間的不希望的電容電流已被明顯地降低。換句話說，該寄生電容被降低。而且，事實證明，這種繞組的使用意味著該不希望的諧振成這樣的程度，即它們不再防礙測量過程。
圍繞至少該兩個環(huán)形鐵心的繞組可以選擇地由所謂的“交叉繞組(cross-winding)”形成。


下面參考附圖對該發(fā)明進行詳細解釋，其中圖1圖解說明具有零檢測器消聲和包括三個鐵心的非穩(wěn)態(tài)檢測器電路，圖2圖解說明具有零檢測器消聲和包括四個鐵心的非穩(wěn)態(tài)檢測器電路，圖3圖解說明包括四個鐵心的檢測器電路，并且其中從外面施加調(diào)制信號，圖4圖解說明包括四個鐵心的檢測器電路，并且其中從外面施加調(diào)制信號，圖5和6圖解說明根據(jù)本發(fā)明的電流測量電路的簡化實施例，和圖7a、7b和7c分別圖解說明分段繞組、皮爾格繞組和另一個皮爾格繞組的例子。
具體實施例方式
圖1所示的檢測電路用于測量強電流，它包括三個基本相同的環(huán)形鐵心1、2、3。主電流I5流過這三個基本相同的環(huán)形鐵心，并感應(yīng)磁通勢，該磁通勢將被補償電流i4抵消。將具有幾百Hz頻率的方波信號形式的調(diào)制信號供給這些鐵心的兩個鐵心2、3的繞組L2、L3，供給一個鐵心2的繞組L2的方波信號相對于供給該第二個鐵心3的繞組L3的方波信號被反向。結(jié)果，該兩個鐵心2、3以這樣一種方式被反相磁化，以使不等幅和等幅的諧波都通過經(jīng)由繞組L1、L4和L5的耦合得到基本補償。
該原理基于這樣的事實，即當(dāng)在由該主電流和該補償電流感應(yīng)的場之間存在平衡或均衡時，在這些鐵心中的平均通量為零。然而，當(dāng)由于在該感應(yīng)場之間的不平衡該平均通量不同于零時，即，當(dāng)不平衡出現(xiàn)在該主電流I5和穿過至少兩個環(huán)形鐵心3、2的繞組L4中的該補償電流i4的安培匝數(shù)之間時，那么在調(diào)制繞組中的磁化電流包括等幅諧波，其中二次諧波是最主要的因素。該后者的二次諧波檢測導(dǎo)致對應(yīng)于不平衡的直流電流信號被轉(zhuǎn)向，將所述直流電流信號以這樣一種方式用于控制放大器，以便重新建立由該初級電流和次級電流感應(yīng)的磁通勢之間的平衡。
該補償繞組L4以這樣一種方式纏繞，以便將寄生電容降到最小值，例如該繞組L4被纏繞為皮爾格繞組或前進繞組(progressive winding)。該繞組L4可以選擇地被纏繞為交叉繞組(cross-winding)或所謂的“分段繞組(sectionalwinding)”。
這種檢測器電路的具體實施例出現(xiàn)在圖1中。依靠施密特觸發(fā)器A4產(chǎn)生調(diào)制信號，施密特觸發(fā)器的輸出與繞組L2的一端相連，而該施密特觸發(fā)器的輸入與該繞組L2的第二端相連。該電路是不穩(wěn)定的。在將正電壓施加到L2上的時刻，將正電壓施加給該施密特觸發(fā)器A4的輸入端。這個正電壓具有這樣的影響，即電流在該繞組L2中流動，并導(dǎo)致該鐵心2飽和，由此穿過該繞組L2的電壓降下降到幾乎為零，而電阻R1(50Ω)上的電壓降增加。隨后該施密特觸發(fā)器A4以這樣的方式改變它的狀態(tài)以便提供不穩(wěn)定電路。
在該施密特觸發(fā)器A4的輸出端的方形波信號還被傳送到放大器A5的輸入端，該放大器的輸出端饋給繞組L3。結(jié)果，為該繞組L3饋送方波信號，該方波信號相對于供給繞組L2的方波信號反相。
該電阻R1上的信號電壓對應(yīng)于該施密特觸發(fā)器A4的輸入端的信號電壓。通過低通放大器A3，穿過該電阻R1的該信號電壓還被傳送到加法電路，在該加法電路中將該信號電壓加到由繞組L1檢測到的信號電壓上，以便在4中提高補償電流。結(jié)果，該后者的補償電流能夠補償主電流I5中的慢的和快的變化。
根據(jù)本發(fā)明進一步提供用于補償不完全相同的兩個環(huán)形鐵心2、3的裝置。這些裝置由穿過該兩個環(huán)形鐵心2、3的傳統(tǒng)繞組L6形成。該傳統(tǒng)繞組L6檢測可能的誤差信號i6，該信號被加到傳送到鐵心3的調(diào)制信號上。以這樣的方式傳送該誤差信號，以便建立負反饋回路，所述負反饋回路自動地建立平衡。換句話說，輸?shù)皆撹F心3的該調(diào)制信號被改變直到該誤差信號基本為零。
但是，該誤差信號不能精確為零。
由于這樣的事實后者為其它的事物，即大體上只有在該鐵心3沒有飽和的時候該調(diào)整才有效，如果需要，該鐵心3可以通過包括另外一個環(huán)形鐵心4得到補償，該鐵心4因為沒有為其提供調(diào)制信號而沒有達到飽和。
在后一種情況中，該補償裝置具有穿過該三個環(huán)形鐵心2、3、4的傳統(tǒng)繞組L6的形式。這個傳統(tǒng)繞組L6檢測發(fā)源于該鐵心2和3的可能的誤差信號，并且這個誤差信號用于影響該鐵心4中的磁化。結(jié)果，獲得該誤差信號的進一步降低，隨后獲得該主電流I5的非常準(zhǔn)確的測量。
根據(jù)可選擇實施例，比較圖3，該不穩(wěn)定電路已被從外面正操作的電路替換，該操作通過一個調(diào)制信號，其具有交流信號的形式，被傳送到繞組L2，所述交流信號優(yōu)選地為具有幾百Hz頻率的方波信號，通過一個交流信號，優(yōu)選地以方波信號的形式，被傳送到繞組L3，并相對于上述信號被反向。結(jié)果，該兩個繞組L2和L3被反相磁化。
檢測電阻R1上的信號電壓，并將其施加到放大器A3，然后，該放大的信號電壓與具有頻率2f即同步整流的信號相乘。然后將該混合的信號加到由繞組L1檢測到的信號上。
還是在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明可以提供用于補償不完全相同的兩個環(huán)形鐵心2、3的裝置，比較圖3，類似于圖1，這些裝置由穿過該兩個環(huán)形鐵心2、3的傳統(tǒng)繞組L6形成，所述傳統(tǒng)繞組L6檢測可能的誤差信號，該誤差信號被加到傳送到該鐵心3的調(diào)制信號上。以這樣的方式傳送該誤差信號，以便建立負反饋回路，所述負反饋回路自動地建立平衡，換句話說，輸?shù)皆撹F心3的該調(diào)制信號被改變，直到該誤差信號基本為零。
如在圖1所示的電路結(jié)構(gòu)，只要該鐵心3沒有飽和時該調(diào)整才有效。可以添加一個附加的環(huán)形鐵心4，比較圖4，為的是補償上述情況，所述附加的環(huán)形鐵心沒有進入飽和，因為沒有調(diào)制信號傳送到這個鐵心4。
在圖4所示的電路結(jié)構(gòu)中，上述補償裝置由穿過三個環(huán)形鐵心2、3、4的傳統(tǒng)繞阻L6形成，這個傳統(tǒng)繞組L6檢測發(fā)源于鐵心2和3的可能的誤差信號，并且這個誤差信號用于影響該鐵心4中的磁化。
該說明的檢測電路例如可以用于測量強電流，即，用于粒子加速器的磁化電流。
圖5和6圖解說明根據(jù)本發(fā)明的電流測量電路的簡化實施例。
在一些上述的實施例中，該交流拾取繞組L1還以這樣的方式纏繞，以使該寄生電容被降到最小值，諸如皮爾格繞組、分段繞組或交叉繞組。
本發(fā)明涉及一種用于測量電流的檢測器電路，包括主電流互感器和兩個基本相同的輔助電流互感器，其中由主電流感應(yīng)磁通勢，穿過至少兩個環(huán)形鐵心(2，3)的補償繞組(L4)中的補償電流(i4)感應(yīng)的磁通勢將所述磁通勢抵消掉，與此同時，依靠調(diào)制信號反相磁化該兩個輔助電流互感器，所述電路進一步包括用于為該補償電流(i4)提供調(diào)整信號的同步整流器。根據(jù)本發(fā)明，該補償繞組(L4)由所謂的“皮爾格繞組”形成。皮爾格繞組由一次卷繞成的一段(section)構(gòu)成，它表現(xiàn)出一個特性，即各繞組層之間的勢差小于傳統(tǒng)卷繞式互感器時的勢差，傳統(tǒng)式中一層沿著整個鐵心的縱向方向一次卷繞成。結(jié)果，該繞組之間的不需要的電容電流已經(jīng)被明顯降低，即，所謂的鄰近效應(yīng)(neighbouring effect)。換句話說，該繞組之間的寄生電容已經(jīng)被降低。而且，已經(jīng)證明，這種繞組的使用意味著不需要的諧振被提升到這樣的程度，以使它們不再防礙測量過程。
權(quán)利要求
1.一種檢測器電路，用于測量電流，包括主電流互感器和兩個基本相同的輔助電流互感器，其中，由主電流感應(yīng)磁通勢，穿過至少兩個環(huán)形鐵心(2，3)的補償繞組(L4)中的補償電流(i4)感應(yīng)的磁通勢將所述磁通勢抵消掉，與此同時，依靠調(diào)制信號反相磁化該兩個輔助電流互感器，所述電路進一步包括用于為該補償電流(i4)提供調(diào)整信號的同步整流器，其特征在于，穿過至少該兩個環(huán)形鐵心(2，3)的用于補償電流(i4)的該繞組(L4)是以使寄生電路降低到最小值的方式繞制成的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測器電路，其特征在于穿過至少該兩個環(huán)形鐵心(2，3)的該補償繞組(L4)是“皮爾格繞組”或“前進繞組”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測器電路，其特征在于穿過至少該兩個環(huán)形鐵心(2，3)的該補償繞組(L4)是“分段繞組”。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測器電路，其特征在于穿過至少該兩個環(huán)形鐵心(2，3)的該補償繞組(L4)是“交叉繞組”。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的檢測器電路，包括交流拾取繞組(L1)，其特征在于該交流拾取繞組(L1)也以使所述寄生電路降低到最小值的方式繞制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的檢測器電路，其特征在于該交流拾取繞組(L1)是皮爾格繞組成或交叉繞組。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于測量電流的檢測器電路，包括主電流互感器和兩個基本相同的輔助電流互感器，其中主電流感應(yīng)磁通勢，該磁通勢被穿過至少兩個環(huán)形鐵心(2，3)的補償繞組(L4)中的補償電流(i
文檔編號G01R15/18GK1808133SQ200610008920
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者簡·R·彼德森 申請人:旦菲斯克公司