專利名稱：一種非接觸式測量直流電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電流的測量方法，尤其是涉及非接觸式測量直流電流的方法。
背景技術(shù)：
在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，許多組件串回路都需要測量直流電流的大小，而直流電流的 常規(guī)測量方法是串聯(lián)電路測量，即斷開直流電路后將直流表串入進(jìn)行測量，但在很多情況 下，這種方法是不允許使用的，因此采用非接觸式測量是解決這一問題的一種方法。目前， 直流電流的非接觸測量有兩種方法，一是采用霍爾傳感器，但霍爾傳感器成本較高，不適合 大規(guī)模使用。另一種方法是相差式磁調(diào)制原理檢測。在2006年7月12日公開的發(fā)明專利申請200610017348中披露了這樣一種測量 方法，它的具體步驟為a、在高磁導(dǎo)率的環(huán)形鐵芯上纏繞3個繞組，b、將被檢測直流回路的 導(dǎo)線穿過所述環(huán)形鐵芯，C、向激磁繞組Wl通入交變對稱的三角波激磁電流i使鐵芯飽和， 通過所述檢測電路檢測出測量繞組W2的相移時間At，d、通過At為正或為負(fù)即可知道被 測電流I的方向和大致強度，然后給反饋繞組W4通入與被測電流I方向相反的反饋電流IO 用來消弱待測電流I所產(chǎn)生的直流偏置磁場，調(diào)整IO至At = 0時，用此時IO的數(shù)值乘以 反饋繞組W4的匝數(shù)即得被測電流I的大小。這種方法實現(xiàn)了高精度、大范圍直流電流的非 接觸測量，但由于所需繞組較多且需要多個電源、電流表等裝置，因此結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高， 測量過程繁瑣。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低、操作簡便的非接觸式直流電流測量 方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明可采取下述方法實現(xiàn)本發(fā)明所述的非接觸式直流電流測量方法包含下述步驟a、在一個高導(dǎo)磁率環(huán)形鐵芯A上纏繞一個繞組W，繞組W與一個電壓檢測電路并 聯(lián)；b、將被檢測的直流回路的導(dǎo)線穿過所述環(huán)形鐵芯A ；C、向繞組W通入交變對稱三角波激磁電流i使磁芯飽和，通過電壓檢測電路測得 相位移時間t+和t_，所述的相位移時間是指被檢測直流回路的導(dǎo)線產(chǎn)生的直流磁場會破 壞鐵芯中的交變磁通的對稱性，此時測量繞組兩端電壓信號將反映出對稱性被破壞的程 度，即正負(fù)半波的相位移，此時正負(fù)半波所占時間t+和t_即為上述相位移時間t+和t_。d、通過測得時間t+和t-，即可確定被測直流電流的大小。計算公式如下t = +ki、k2為常數(shù)，可以根據(jù)實驗測得。根據(jù)相關(guān)磁調(diào)制理論，可知在以上電路中
t++t_ = T ；t-t =4δ = IxT=j^xT
Hm WIm其中t+:正半波所占時間t_:負(fù)半波所占時間T 激勵電流的周期H0 直流電流I = 0時的磁場強度Hffl 直流電流I > 0時的磁場強度δ 為被測直流電流I > 0時，鐵芯內(nèi)部磁化波形正負(fù)半波的相位移W:激勵電路繞組匝數(shù)W1 被測直流電路繞組匝數(shù)I 被測直流電流、激勵電流所以
<formula>formula see original document page 4</formula>與T無關(guān)，將公式變換后得
<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 4</formula>當(dāng)環(huán)形鐵芯、繞組W、激勵電流Im確定后，且被測直流電路繞組W1為1圈時則
WIm _2] ^為常數(shù)，設(shè)定其為k1;將系統(tǒng)測量偏差修正值設(shè)為k2，即得公式
t+ -1_<formula>formula see original document page 4</formula>
kp k2為常數(shù)，可以根據(jù)實驗測得。本發(fā)明的優(yōu)點在于僅需要在高導(dǎo)磁率的環(huán)形鐵芯A上纏繞一個激磁繞組W，通過 與繞組W并聯(lián)的電壓檢測裝置測得t+和t-，將其代入上述公式，即可得到被測直流電路的 電流。相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明電路簡單，實現(xiàn)的成本大幅降低，同時操作簡便快捷。
圖1為本發(fā)明所述的高導(dǎo)磁率環(huán)形鐵芯A上纏繞一個繞組W的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例中的數(shù)據(jù)擬合曲線。圖3中a為本發(fā)明所述交變激磁電流i的電流波形圖。圖3中b為本發(fā)明所述被測直流電流I = 0時環(huán)形鐵芯A的磁化波形圖。圖3中c為本發(fā)明所述被測直流電流I = 0時電壓檢測電路輸出電壓波形圖。圖3中d為本發(fā)明所述被測直流電流I Φ 0時環(huán)形鐵芯A的磁化波形圖。圖3中e為本發(fā)明所述被測直流電流I Φ 0時電壓檢測電路輸出電壓波形圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明如圖3所示，t+和t_為相位移時間，本發(fā)明所述的直流電流非接觸測量方法，它包 含下述步驟a、在一個高導(dǎo)磁率環(huán)形鐵芯A上纏繞一個繞組W，繞組W與一個電壓檢測電路并 聯(lián)；b、將被檢測的直流回路的導(dǎo)線穿過所述環(huán)形鐵芯A ；c、向繞組W通入交變對稱三角波激磁電流i使磁芯飽和，通過電壓檢測電路測得 相位移時間t+和t_ ；如圖3所示，所述的相位移時間是指被檢測直流回路的導(dǎo)線產(chǎn)生的直 流磁場會破壞鐵芯中的交變磁通的對稱性，此時測量繞組兩端電壓信號將反映出對稱性被 破壞的程度，即正負(fù)半波的相位移，正負(fù)半波所占時間分別為t+和t_。d、通過測得時間t+和t_，即可確定被測直流電流的大小。計算公式如下
t 一 t<formula>formula see original document page 5</formula>
kpk2為常數(shù)，可以根據(jù)實驗測得。例如繞組W為1000匝，測量電路選用芯片為AT89C51的單片機，使用外部中斷和 計數(shù)的方法測量t+和t-，依照附圖1所示連接電路。首先通過直流穩(wěn)壓電源調(diào)整被測電流I，并通過測量電路測得相對應(yīng)的t+和t_，任 意取10組數(shù)據(jù)(即10組相對應(yīng)的I值和t+、t_)，將數(shù)據(jù)做線性曲線并擬合，數(shù)據(jù)擬合曲線 見附圖2，即求得該系統(tǒng)的ki、k2，分別為ki = -6. 6652，k2 = 4. 6339，將求得的k:、k2值代
入公式，則可得本測量系統(tǒng)的計算公式<formula>formula see original document page 5</formula>
任意調(diào)整被測直流電流I，測出對應(yīng)的t+和t_，然后代入本測量系統(tǒng)的計算公式， 得到的I值與標(biāo)準(zhǔn)電流輸出值均吻合。
權(quán)利要求
一種非接觸式測量直流電流的方法，其特征在于它包含以下步驟a、在一個高導(dǎo)磁率環(huán)形鐵芯A上纏繞一個繞組W，繞組W與一個電壓檢測電路并聯(lián)；b、將被檢測的直流回路的導(dǎo)線穿過所述環(huán)形鐵芯A；c、向繞組W通入交變對稱三角波激磁電流i使磁芯飽和，通過所述檢測電壓電路測得正負(fù)半波所占時間t+和t-；d、通過測得的時間t+和t-，確定被測直流電流的大小，計算公式如下 <mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn></msub><mo>×</mo><mfrac> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mo>+</mo></msub><mo>-</mo><msub> <mi>t</mi> <mo>-</mo></msub> </mrow> <mrow><msub> <mi>t</mi> <mo>+</mo></msub><mo>+</mo><msub> <mi>t</mi> <mo>-</mo></msub> </mrow></mfrac><mo>+</mo><msub> <mi>k</mi> <mn>2</mn></msub> </mrow>k1、k2為常數(shù)，根據(jù)實驗測得。
全文摘要
本發(fā)明是一種非接觸式測量直流電流的方法，它采用激勵電流電路和相位移測量電路組成所述直流電流測量電路。它包含以下步驟a、在一個高導(dǎo)磁率環(huán)形鐵芯A上纏繞一個繞組W，繞組W與一個電壓檢測電路并聯(lián)；b、將被檢測的直流回路的導(dǎo)線穿過環(huán)形鐵芯A；c、向繞組W通入交變對稱三角波激磁電流i使磁芯飽和，通過檢測電壓電路測得相位移時間t+和t-，d、由于直流電流I的大小與(t+-t-)/(t++t-)成線性關(guān)系，則根據(jù)相位移時間t+和t-可得被測直流電流大小。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、隔離測量、抑制溫漂、精度高、成本低等優(yōu)點。
文檔編號G01R19/00GK101813723SQ20101014100
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者劉小寶, 史君海, 徐永邦, 沈恂如, 王芳 申請人:中環(huán)光伏系統(tǒng)有限公司