0 引 言

    长期以来，由于监视、计量、控制企业生产用电的大电流直流在线测量装置缺乏可靠的计量保证，仪器的指示值仅作为参考数值，这直接影响到这类国营大中型企业的节能降耗、经济效益。要改变这种状况，关键的是要集中现有几种测量原理的优点，克服其缺点，从原理上探索出一种新型强电直流传感理论与方法。

    本课题建立了一种磁势自平衡回馈补偿式直流传感机理与方法。磁势自平衡回馈补偿式直流传感机理与方法既具有直流闭环测量原理准确度高、线性度好、抗干扰能力强的优点，也具有开环测量原理电路结构调试简单、消除大功率驱动的困惑、且不存在系统振荡向题的优点。这种测量方法在原理上表现了新颖的特征：由串联型直流电流互感器工作原理可知，同名端对接的两个饱和电抗器在交流电源的正、负半周内，各自维持一次直流被测电流与二次电流之间的磁动势平衡，即在其半个周期内由一个铁心和线圈构成的一个电抗器就可以自动建立此时一、二次之间的直流磁势平衡。但这种磁势平衡没有闭环系统磁势平衡的准确度高，我们就用差值电流补偿的方法实现检测铁心线圈的直流零安匝补偿。此时因一次被测电流磁势绝大部分已被电抗器直接由交流电源提供的电流自动平衡掉，由剩余磁势检测回馈的补偿电流就很小，电子模块的功率小，可靠性高。且该回馈系统的补偿电流具有闭环系统自动跟踪补偿的特性。虽然该直流磁势平衡回路是工作在半个周期的情况下，但经滤波电感滤波后，再加上差值电流回馈补偿系统补偿的电流，即可得到希望的电流。

1 差值电流回馈补偿原理

    磁势自平衡回馈补偿式直流传感器原理如图1，图中，D1、D2、D3为二极管；e1、e2为激励电压；L1为滤波电感；Us为检测绕组的输出电压。为提高直流传感器的精度，引入差值电流补偿回路，将磁势自平衡回路输出安匝I2sW2与一次被测直流安匝I1W2之差作为补偿电流回路的输入，对磁势自平衡回路进行自动跟踪补偿，由检测铁心C2和C3、检测绕组WD1和WD2、补偿绕组We、差值电流检测单元以及运算放大及驱动器A构成的补偿回路，是用于对一、二次直流磁势之差的跟踪补偿。

图1 磁势自平衡回馈补偿式直流传感器原理图

    为保持相位同步，磁势自平衡回路与差值电流补偿回路的激励电源可采用同一个交流辅助电源。当差值电流所产生的磁动势为0时，两个铁心的激磁状态相同，其内部磁通也相同，因此在一个周期内两检测线圈的平均阻抗也相同，使得差值补偿回路输出电压为0。当差值电流所产生的磁动势(I1W1－I2sW2)＞0时，在左边的检测铁心C2中，由差值电流产生的磁动势与激励电流在检测铁心中产生的磁动势iWD1反向叠加，使该铁心中的磁通远离饱和。在右边的检测铁心C3中，差值电流产生的磁势与激励电流在检测铁心中产生的磁动势iWD2同向叠加，使铁心中的磁通趋于饱和。于是在一个周期内，两个检测铁心线圈的平均阻抗不相等，补偿电路输出一个电压，输出的电压经运算放大及驱动环节可得所需的补偿电流磁势I2eWe，实现对一次被测电流和二次平衡电流磁势差(I1W1－I2sW2)的补偿。当(I1W1－I2sW2)＜0时，左右铁心的工作状态正好相反，使补偿电路输出一负电压。