专利名称：一种非接触式测量直流电流的方法
技术领域：
本发明涉及直流电流的测量方法，尤其是涉及非接触式测量直流电流的方法。
背景技术：
在光伏发电系统中，许多组件串回路都需要测量直流电流的大小，而直流电流的 常规测量方法是串联电路测量，即断开直流电路后将直流表串入进行测量，但在很多情况 下，这种方法是不允许使用的，因此采用非接触式测量是解决这一问题的一种方法。目前， 直流电流的非接触测量有两种方法，一是采用霍尔传感器，但霍尔传感器成本较高，不适合 大规模使用。另一种方法是相差式磁调制原理检测。在2006年7月12日公开的发明专利申请200610017348中披露了这样一种测量 方法，它的具体步骤为a、在高磁导率的环形铁芯上缠绕3个绕组，b、将被检测直流回路的 导线穿过所述环形铁芯，C、向激磁绕组Wl通入交变对称的三角波激磁电流i使铁芯饱和， 通过所述检测电路检测出测量绕组W2的相移时间At，d、通过At为正或为负即可知道被 测电流I的方向和大致强度，然后给反馈绕组W4通入与被测电流I方向相反的反馈电流IO 用来消弱待测电流I所产生的直流偏置磁场，调整IO至At = 0时，用此时IO的数值乘以 反馈绕组W4的匝数即得被测电流I的大小。这种方法实现了高精度、大范围直流电流的非 接触测量，但由于所需绕组较多且需要多个电源、电流表等装置，因此结构复杂，成本很高， 测量过程繁琐。

发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单、成本低、操作简便的非接触式直流电流测量 方法。为实现上述目的，本发明可采取下述方法实现本发明所述的非接触式直流电流测量方法包含下述步骤a、在一个高导磁率环形铁芯A上缠绕一个绕组W，绕组W与一个电压检测电路并 联；b、将被检测的直流回路的导线穿过所述环形铁芯A ；C、向绕组W通入交变对称三角波激磁电流i使磁芯饱和，通过电压检测电路测得 相位移时间t+和t_，所述的相位移时间是指被检测直流回路的导线产生的直流磁场会破 坏铁芯中的交变磁通的对称性，此时测量绕组两端电压信号将反映出对称性被破坏的程 度，即正负半波的相位移，此时正负半波所占时间t+和t_即为上述相位移时间t+和t_。d、通过测得时间t+和t-，即可确定被测直流电流的大小。计算公式如下t = +ki、k2为常数，可以根据实验测得。根据相关磁调制理论，可知在以上电路中
t++t_ = T ；t-t =4δ = IxT=j^xT
Hm WIm其中t+:正半波所占时间t_:负半波所占时间T 激励电流的周期H0 直流电流I = 0时的磁场强度Hffl 直流电流I > 0时的磁场强度δ 为被测直流电流I > 0时，铁芯内部磁化波形正负半波的相位移W:激励电路绕组匝数W1 被测直流电路绕组匝数I 被测直流电流、激励电流所以
<formula>formula see original document page 4</formula>与T无关，将公式变换后得
<formula>formula see original document page 4</formula><formula>formula see original document page 4</formula>当环形铁芯、绕组W、激励电流Im确定后，且被测直流电路绕组W1为1圈时则
WIm _2] ^为常数，设定其为k1;将系统测量偏差修正值设为k2，即得公式
t+ -1_<formula>formula see original document page 4</formula>
kp k2为常数，可以根据实验测得。本发明的优点在于仅需要在高导磁率的环形铁芯A上缠绕一个激磁绕组W，通过 与绕组W并联的电压检测装置测得t+和t-，将其代入上述公式，即可得到被测直流电路的 电流。相比现有技术，本发明电路简单，实现的成本大幅降低，同时操作简便快捷。


图1为本发明所述的高导磁率环形铁芯A上缠绕一个绕组W的结构示意图。图2为实施例中的数据拟合曲线。图3中a为本发明所述交变激磁电流i的电流波形图。图3中b为本发明所述被测直流电流I = 0时环形铁芯A的磁化波形图。图3中c为本发明所述被测直流电流I = 0时电压检测电路输出电压波形图。图3中d为本发明所述被测直流电流I Φ 0时环形铁芯A的磁化波形图。图3中e为本发明所述被测直流电流I Φ 0时电压检测电路输出电压波形图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明如图3所示，t+和t_为相位移时间，本发明所述的直流电流非接触测量方法，它包 含下述步骤a、在一个高导磁率环形铁芯A上缠绕一个绕组W，绕组W与一个电压检测电路并 联；b、将被检测的直流回路的导线穿过所述环形铁芯A ；c、向绕组W通入交变对称三角波激磁电流i使磁芯饱和，通过电压检测电路测得 相位移时间t+和t_ ；如图3所示，所述的相位移时间是指被检测直流回路的导线产生的直 流磁场会破坏铁芯中的交变磁通的对称性，此时测量绕组两端电压信号将反映出对称性被 破坏的程度，即正负半波的相位移，正负半波所占时间分别为t+和t_。d、通过测得时间t+和t_，即可确定被测直流电流的大小。计算公式如下
t 一 t<formula>formula see original document page 5</formula>
kpk2为常数，可以根据实验测得。例如绕组W为1000匝，测量电路选用芯片为AT89C51的单片机，使用外部中断和 计数的方法测量t+和t-，依照附图1所示连接电路。首先通过直流稳压电源调整被测电流I，并通过测量电路测得相对应的t+和t_，任 意取10组数据(即10组相对应的I值和t+、t_)，将数据做线性曲线并拟合，数据拟合曲线 见附图2，即求得该系统的ki、k2，分别为ki = -6. 6652，k2 = 4. 6339，将求得的k:、k2值代
入公式，则可得本测量系统的计算公式<formula>formula see original document page 5</formula>
任意调整被测直流电流I，测出对应的t+和t_，然后代入本测量系统的计算公式， 得到的I值与标准电流输出值均吻合。
权利要求
一种非接触式测量直流电流的方法，其特征在于它包含以下步骤a、在一个高导磁率环形铁芯A上缠绕一个绕组W，绕组W与一个电压检测电路并联；b、将被检测的直流回路的导线穿过所述环形铁芯A；c、向绕组W通入交变对称三角波激磁电流i使磁芯饱和，通过所述检测电压电路测得正负半波所占时间t+和t-；d、通过测得的时间t+和t-，确定被测直流电流的大小，计算公式如下 <mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msub> <mi>k</mi> <mn>1</mn></msub><mo>&times;</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为常数，根据实验测得。
全文摘要
本发明是一种非接触式测量直流电流的方法，它采用激励电流电路和相位移测量电路组成所述直流电流测量电路。它包含以下步骤a、在一个高导磁率环形铁芯A上缠绕一个绕组W，绕组W与一个电压检测电路并联；b、将被检测的直流回路的导线穿过环形铁芯A；c、向绕组W通入交变对称三角波激磁电流i使磁芯饱和，通过检测电压电路测得相位移时间t+和t-，d、由于直流电流I的大小与(t+-t-)/(t++t-)成线性关系，则根据相位移时间t+和t-可得被测直流电流大小。本发明具有结构简单、隔离测量、抑制温漂、精度高、成本低等优点。
文档编号G01R19/00GK101813723SQ20101014100
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月7日 优先权日2010年4月7日
发明者刘小宝, 史君海, 徐永邦, 沈恂如, 王芳 申请人:中环光伏系统有限公司