專利名稱：分裂形閉環(huán)電流變送器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電流變送器，具體地，涉及一種具有貫通件開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電 流變送器，其實時地測量一個測量目標(biāo)線路中的電流值，將測得的電流轉(zhuǎn)換為與一個有效 值成比例的直流信號，并發(fā)送該直流信號。
背景技術(shù)：
在家庭中測量用電流值時，或是在對安裝在工廠交換臺系統(tǒng)中的電源進(jìn)行監(jiān)控 時，會用到電流值的測量。此外，可在電源、不間斷電源系統(tǒng)、逆變器、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備的發(fā)電設(shè)備中進(jìn)行電流 值測量，測得的電流值可以用作防止設(shè)備因非正常電流而受損或提高效率的信息。這廣泛 用于通常使用電池和能量轉(zhuǎn)換器的可替代能源(alternative energy)功率產(chǎn)生系統(tǒng)、電力 軌道車、電力汽車、船舶以及飛機(jī)。傳統(tǒng)的電流測量技術(shù)分為使用電阻器的直接測量方式， 使用基于電感應(yīng)方法的直流變壓器(CT)的間接測量方式以及使用應(yīng)用了霍爾(Hall)裝置 的電流傳感器的間接測量方式。直接測量方式中的電阻器基于非隔離方法，這種非隔離方法不能將待測的功率和 用于切待測線路并直接連接測量線路的兩端的信號功率分開，這種電阻器的問題在于引入 了一個由電阻器在高功率下發(fā)熱所產(chǎn)生的誤差。用做間接測量方式的基于電感應(yīng)方法的CT 的問題在于測量誤差大，或者無法進(jìn)行測量，在除正弦波形以外的非正弦波、功率半導(dǎo)體器 件的相位控制波以及直流/波紋電流波形中。由于上述原因，基于電子電流測量方法的應(yīng)用霍爾裝置的電流傳感器最近得到了 廣泛應(yīng)用，其可以在間接測量方法中測量任何直流/交流(AC)電流。作為電子電流測量方法的應(yīng)用霍爾裝置的方式的分類包括使用開環(huán)電流傳感器 的方法，其中，開環(huán)電流傳感器測量磁體的磁力，將作為電磁轉(zhuǎn)換裝置的霍爾裝置的輸出電 壓放大，并輸出放大后的電壓；使用具有反饋線圈的閉環(huán)電流傳感器的方法。使用開環(huán)電流 傳感器和CT電阻器的電流測量技術(shù)已經(jīng)為人們所熟知。由于電流測量產(chǎn)品測得的信號具有和待測功率相同的形式，不便地，在連接和使 用那些使用直流測量信號的計算機(jī)、可編程控制器(PLC)、記錄設(shè)備、顯示設(shè)備等時，需要另 外安裝一個信號轉(zhuǎn)換器來將測得的信號轉(zhuǎn)換為上述設(shè)備所需的專用信號。此外，電流測量產(chǎn)品帶來的另一個不便在于，由于測量貫通件并不是分離的，或者 由于需要一個到待測線路的直接連接，待測線路在安裝和去安裝時需要被拆解下來。因此，使用者需要具有電子方面的知識才能將該產(chǎn)品用于非正弦波的不同電流波 形、相位控制波形、直流波形、交流波形等。否則，就會出現(xiàn)高誤差和無法測量的問題。由于 專用信號的轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品通常通過一個均值電路而被強(qiáng)制設(shè)置為一個近似有效值，當(dāng)頻率 或相位不同時，會出現(xiàn)測量誤差的問題。為解決上述問題，電流測量產(chǎn)品通常將CT用于對交換臺系統(tǒng)中的商用電源進(jìn)行 電流測量，并將使用電阻器(分流器)或霍爾裝置的電流傳感器用于對呈現(xiàn)非正弦波形和直流波形的電池、能量轉(zhuǎn)換設(shè)備、電力車輛等進(jìn)行電流測量。但是，這種結(jié)構(gòu)也存在問題，分 離線路需要直接安裝在線路上，或者貫通件并非開/閉。在將傳統(tǒng)的科技產(chǎn)品組裝到現(xiàn)有 的安裝線路上時，需要拆卸該線路，電流測量產(chǎn)品在商用電源、功率相位控制電源和直流電 源中要相異地配置，在連接和使用那些使用直流測量信號的計算機(jī)、PLC、記錄設(shè)備、顯示設(shè) 備等時，需要另外附加一個專用信號轉(zhuǎn)換器來將測得的信號轉(zhuǎn)換為上述設(shè)備所需的專用信 號。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題而提出，為此，本發(fā)明提供了一種閉環(huán)電 流變送器，其具有精確度較高的貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)，能夠用于商用電源、功率相位控 制電源、直流/波紋電流波形的電源中的測量，且能無視分離結(jié)構(gòu)中的間隙偏移(gap deviation)0此外，本發(fā)明還提供了這樣的一種閉環(huán)電流變送器，它除了能夠測量電流之外，還 具有將信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)、PLC、記錄設(shè)備、顯示設(shè)備等所需的形式，即，與有效值相關(guān)的DC 轉(zhuǎn)換功能，不考慮DC/AC波形。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種電流變送器，其具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)，一 條測量目標(biāo)線路穿過所述貫通件。該電流變送器包括一對霍爾裝置，形成于上側(cè)部分的兩 個端間隙上，以用于感知待測線路的電流值；一個反饋線圈，安裝在霍爾裝置的上部，用于 通過引導(dǎo)反向電流至在測量目標(biāo)線路中傳導(dǎo)的電流從而抵消磁體的磁通量密度；一個閉環(huán) 電流感應(yīng)電路，用于測量流進(jìn)反饋線圈的電流；以及，一個信號轉(zhuǎn)換電路部分，用于將從閉 環(huán)電流感應(yīng)電路測量到的測量目標(biāo)線路的電流形式轉(zhuǎn)換為與該電流變送器相連的設(shè)備所 需的與一個有效值相關(guān)的直流轉(zhuǎn)換信號，并輸出該直流轉(zhuǎn)換信號。優(yōu)選地，信號轉(zhuǎn)換電路部分包括一個有效函數(shù)計算電路，用于對閉環(huán)電流測量電 路測得的信號的時分區(qū)別(time-divisionally differentiated form)波形進(jìn)行交叉變換 (cross switching)，通過在DS積分電路中的多重積分方法來計算與一個有效值相關(guān)的直 流信號，并輸出該直流信號；以及，一個直流信號放大電路，用于將該有效函數(shù)計算電路輸 出的直流信號進(jìn)行放大后輸出。此外，還形成上述霍爾裝置的輸入/輸出圖案，來通過反饋線圈的繞組中心，霍爾 裝置形成在磁通量方向上的左右間隙上。此外，進(jìn)一步形成一個校正可變電阻器，來統(tǒng)一地調(diào)整霍爾裝置的左右敏感度。此外，貫通件的上側(cè)部分與下側(cè)部分的長度比為8 2或9 1。此外，當(dāng)上側(cè)部分與下側(cè)部分通過鉸鏈分隔時，該電流變送器是可旋轉(zhuǎn)的。更優(yōu)選 地，當(dāng)該電流變送器的貫通件配置一個閉環(huán)時，還形成一個固定裝置，用以連接和固定所述 上側(cè)部分和下側(cè)部分。此外，還可以形成一個用于容納附件螺釘和螺帽的附件孔，以便將該電流變送器 附著到框架或支架上。有益效果
如上所述，本發(fā)明提供了一種閉環(huán)電流變送器，其具有一個精確度較高的貫通器 的開/閉結(jié)構(gòu)，能夠用于商用電源、功率相位控制電源、直流/波紋電流波形的電源中的測 量，且能無視分離結(jié)構(gòu)中的間隙偏移此外，本發(fā)明還提供了這樣的一種閉環(huán)電流變送器，它除了能夠測量電流之外，還 具有將信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)、PLC、記錄設(shè)備、顯示設(shè)備等所需的形式，即，與有效值相關(guān)的DC 轉(zhuǎn)換功能，不考慮DC/AC波形。


圖1中的視圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉 環(huán)電流變送器的外觀；圖2為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器 的組件分解圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器 的內(nèi)部分解圖；圖4為實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變 送器的一個例子；圖5為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器 的電流配置視圖。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明以及實施本發(fā)明所能實現(xiàn)的目的，將談到描述本發(fā)明優(yōu)選 實施例的附圖和參照這些附圖的內(nèi)容。以下，將參照附圖來介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例，從而詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖中相 同的附圖標(biāo)記指示相同的特征。圖1中的視圖示出了根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉 環(huán)電流變送器的外觀，圖2為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉 環(huán)電流變送器的組件分解圖，圖3為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié) 構(gòu)的閉環(huán)電流變送器的內(nèi)部分解圖，圖4為實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件 的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器的一個例子。參照圖1至4，當(dāng)上側(cè)部分200和下側(cè)部分300通過一個鉸鏈210分隔以實現(xiàn)分隔 型貫通件100的開/閉結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明中具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器是可 以旋轉(zhuǎn)的，其中該貫通件100處于圖示的外觀中，該外觀具有一個結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，貫通 件進(jìn)行開/閉。上側(cè)部分200和下側(cè)部分300具有這樣的結(jié)構(gòu)，其通過將主體220、320和 遮蓋物230、330連接來保護(hù)內(nèi)部部件。更具體地，在上側(cè)部分200中，鉸鏈210形成一個旋轉(zhuǎn)中心，于是上側(cè)部分200和 下側(cè)部分300得到了支撐并可以開/閉。形成固定裝置240來連接和固定上側(cè)部分200和 下側(cè)部分300，于是貫通件100配置閉環(huán)。為了將本發(fā)明中的電流變送器附著到一個框架或 支架400上，還可以另外形成一個附件孔340來容納和支撐連接到該處的附件螺釘410和 螺帽420。
下面對本發(fā)明中的電流變送器的內(nèi)部配置進(jìn)行詳細(xì)介紹。在上側(cè)部分200的兩端 形成霍爾裝置250，用作感知測量目標(biāo)線路110的電流值的磁體，形成一個電壓_電流放大 電路251來放大由霍爾裝置250感知到的電流以及配置一個反饋回路，以使得一個反向的 電流流向測量目標(biāo)電流。更具體地，在本發(fā)明的電流變送器中形成一個反饋線圈252，由于 電流被引導(dǎo)從反饋線圈252反向地流向測量目標(biāo)電流，該磁體的磁通量密度設(shè)置為“0”，于 是不考慮或大或小的電流值流入測量目標(biāo)線路110，測量點處的磁通量保持在“0”。此時， 流入反饋線圈252的電流被用作電流測量輸出信號。有利地，這一操作方法不依賴于磁體 350的特性。此外，為了最小化電流測量時貫通件100中的閉環(huán)電流感應(yīng)電路處的偏心效應(yīng)， 上側(cè)部分200與下側(cè)部分300之間的長度比為8 2或9 1。在磁體350上形成一個間 隙，反饋線圈252統(tǒng)一地置于上側(cè)部分200的左右，霍爾裝置240形成于反饋線圈252的下 端部分，也即，上側(cè)部分200的一個間隙。為了最小化貫通件100中的閉環(huán)電流感應(yīng)電路的測量深度以及地磁對電流測量 的影響，霍爾裝置240的輸入/輸出圖案通過反饋線圈252的繞組中心，霍爾裝置240在左 /右間隙以一個平行結(jié)構(gòu)和相對方向也即磁通量方向形成。另外，校正可變電阻器(未示 出)被形成來統(tǒng)一地霍爾裝置240的左/右敏感度，從而調(diào)整霍爾裝置240的供電電流。為了在一個電源中實現(xiàn)流入反饋線圈252的電流，閉環(huán)電流感應(yīng)電路還具有一 個功率分配電路253，用于將電源功率分配給兩邊；一個電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻254，用于將電 流測量輸出信號轉(zhuǎn)換為一個電壓。此外，本發(fā)明中的電流變送器還包括一個信號轉(zhuǎn)換電流部分，其具有一個用于非 正弦波的有效函數(shù)計算電路255，用于將與閉環(huán)電流感應(yīng)電流測得的測量目標(biāo)線路110的 電流形式相同的測量信號轉(zhuǎn)換為一個直流轉(zhuǎn)換信號，該直流轉(zhuǎn)換信號與對應(yīng)于設(shè)備所需的 特殊信號的有效值相關(guān)，該設(shè)備例如計算機(jī)、PLC、記錄設(shè)備、顯示設(shè)備等；一個直流信號放 大電路256，用于放大與計算出的有效值相關(guān)的直流輸出信號。本發(fā)明的電流變送器具有貫通件100為開/閉的結(jié)構(gòu)外觀，該電流變送器能夠通 過將具有功率分配電路253和電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻器254的閉環(huán)電流測量電路與具有用于 非正弦波的有效函數(shù)計算電路255和直流信號放大電路256的信號轉(zhuǎn)換電路部分集成在一 起，在同一產(chǎn)品中實現(xiàn)電流測量和轉(zhuǎn)換功能。在裝配到現(xiàn)有的安裝好的測量目標(biāo)線路110 時，電流變送器的貫通件100可以輕松地安裝為開/閉而無需拆卸該安裝好的線路。圖5為根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的閉環(huán)電流變送器 的電流配置視圖。參看圖5，具有功率分配電路253和電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻器254的閉環(huán)電流測量電 路形成一個電磁場，該電磁場與電流通過貫通件100流入測量對象線路110時的電流值成 比例。該電磁場通過使磁體350磁化來形成磁場。在磁體350的間隙上產(chǎn)生的磁通量密度 形成了磁力，磁_電轉(zhuǎn)換通過霍爾裝置250實現(xiàn)。通過霍爾裝置250的磁-電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換電壓直接傳輸?shù)綗o限理論(infinite theory)的電壓-電流放大電路251，電壓-電流放大電路251將一個瞬時放大輸出的電流 分量發(fā)送到反饋線圈252。反饋線圈252以與測量目標(biāo)線路110的電流相反方向纏繞以使電流流入。此時，磁體350的磁通量密度瞬時置“0”.當(dāng)測量目標(biāo)線路110置“1”時，電流以XN圈(turns) 的比例流入反饋線圈252。流入反饋線圈252的電流形成了在磁通量密度為“0”處的電流 值。通過將流入反饋線圈252的電流作為測量電流信號，形成了閉環(huán)，于是可以測出流入測 量目標(biāo)線路的電流的值。這是由于閉環(huán)電路感應(yīng)電路是通過在單一電源上實現(xiàn)雙電源來形成的，其中功率 分配電路253形成虛擬的功率參考點，于是流入反饋線圈252的電流信號自電流-電壓轉(zhuǎn) 換電阻器254流入或流出。信號轉(zhuǎn)換部分具有針對非正弦波的有效函數(shù)計算電路255，直流信號放大電路 256是一個用于將一個由閉合回路電流傳感電路測量的輸出信號轉(zhuǎn)換為一個目標(biāo)輸出信 號，并且將一個與由閉合回路電流傳感電路測量的測量目標(biāo)線路110的電流形式一致的輸 出信號轉(zhuǎn)換為一個直流轉(zhuǎn)換信號，其相當(dāng)于一個由設(shè)備指示的特別信號，例如電腦、PLC、記 錄設(shè)備、顯示設(shè)備或者類似以提供直流轉(zhuǎn)換信號。更特別地，輸出上述由閉合回路電流傳感 電路的電流-電壓轉(zhuǎn)換電阻器254產(chǎn)生的電流測量信號是通過交叉轉(zhuǎn)換一個通過有效函數(shù) 計算電路255區(qū)分的時間分割波形以及通過一個DS完整電路中的多積分方法計算的一個 與有效值有關(guān)的直流信號。通過直流信號放大電路256被轉(zhuǎn)換為直流的信號被放大至直流 4 20mA或者直流1 5V，其相當(dāng)于一個連接設(shè)備指示的輸出信號形式，并且所述放大的 信號被輸出。為了使本發(fā)明提供的單獨類型轉(zhuǎn)換器測量一個電流不產(chǎn)生測量錯誤，避免磁體 350的間隙的影響發(fā)生在單獨結(jié)構(gòu)的上側(cè)部分200和下側(cè)部分300。這可以被認(rèn)為僅設(shè)置在 其中的磁通量為“0”的閉合回路中。這是因為一個增益是由反饋線圈252的圈數(shù)確定的， 并與一個被測得的電流量成比例。當(dāng)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器被使用時，電流測量過程不依賴于磁體252的特性，以使得頻 率特性可得到極大改善并且一個頻率帶寬可根據(jù)磁體性能和應(yīng)用的電子電路半導(dǎo)體性能 得到最大地擴(kuò)展。此外，一個測量波形的取值范圍可從幾百kHz的直流到交流。由于所述 測量波形不被限制并且提供了一個與真實有效值相關(guān)的直流轉(zhuǎn)換電路，并不需要一個特別 的信號轉(zhuǎn)換器，因此可以有效地提供一個統(tǒng)一的具備上述電子特性的電流轉(zhuǎn)換器。當(dāng)本發(fā)明是按照具體實施方式
的形式進(jìn)行說明和描述時，需要理解的是，本領(lǐng)域 技術(shù)人員可以在所附權(quán)利要求和其等同物的精神和范圍內(nèi)做出各種變型或修改。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
一種具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，其中一個測量目標(biāo)線路穿過所述貫通件，所述電流變送器包括一對霍爾裝置，形成于上側(cè)部分的兩個端間隙上，以用于感知待測線路的電流值；一個反饋線圈，安裝在所述霍爾裝置的上部，用于通過引導(dǎo)反向電流至在測量目標(biāo)線路中傳導(dǎo)的電流從而抵消磁體的磁通量密度；一個閉環(huán)電流感應(yīng)電路，用于測量流進(jìn)反饋線圈的電流；以及，一個信號轉(zhuǎn)換電路部分，用于將從閉環(huán)電流感應(yīng)電路測量到的測量目標(biāo)線路的電流形式轉(zhuǎn)換為與該電流變送器相連的設(shè)備所需的與一個有效值相關(guān)的直流轉(zhuǎn)換信號，并輸出該直流轉(zhuǎn)換信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，所述信 號轉(zhuǎn)換電路部分包括一個有效函數(shù)計算電路，用于對閉環(huán)電流測量電路測得的信號的時分 區(qū)別波形進(jìn)行交叉變換，通過在DS積分電路中的多重積分方法來計算與一個有效值相關(guān) 的直流信號，并輸出該直流信號；以及，一個直流信號放大電路，用于將該有效函數(shù)計算電路輸出的直流信號進(jìn)行放大后輸出ο
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，形成所 述霍爾裝置的輸入/輸出圖案，來通過反饋線圈的繞組中心，所述霍爾裝置形成在磁通量 方向上的左右間隙上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，還包括一個校正可變電阻器，用于統(tǒng)一地調(diào)整霍爾裝置的左右敏感度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，所述貫 通件的上側(cè)部分與下側(cè)部分的長度比為8 2或9 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，當(dāng)所述 上側(cè)部分與下側(cè)部分通過鉸鏈分隔時，該電流變送器是可旋轉(zhuǎn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，當(dāng)該電 流變送器的貫通件配置一個閉環(huán)時，還形成一個固定裝置，用以連接和固定所述上側(cè)部分 和下側(cè)部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其特征在于，還形成 一個用于容納附件螺釘和螺帽的附件孔，以便將該電流變送器附著到框架或支架上。
全文摘要
一種具有貫通件的開/閉結(jié)構(gòu)的電流變送器，其中一個測量目標(biāo)線路穿過所述貫通件，所述電流變送器包括一對霍爾裝置，形成于上側(cè)部分的兩個端間隙上，以用于感知待測線路的電流值；一個反饋線圈，安裝在所述霍爾裝置的上部，用于通過引導(dǎo)反向電流至在測量目標(biāo)線路中傳導(dǎo)的電流從而抵消磁體的磁通量密度；一個閉環(huán)電流感應(yīng)電路，用于測量流進(jìn)反饋線圈的電流；以及，一個信號轉(zhuǎn)換電路部分，用于將從閉環(huán)電流感應(yīng)電路測量到的測量目標(biāo)線路的電流形式轉(zhuǎn)換為與該電流變送器相連的設(shè)備所需的與一個有效值相關(guān)的直流轉(zhuǎn)換信號，并輸出該直流轉(zhuǎn)換信號。
文檔編號H01F38/28GK101933107SQ200780101165
公開日2010年12月29日 申請日期2007年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者金璋洙 申請人:金璋洙;金孚佶;金奎利;金洗希;申晶媛;金孚健