直流互感器在恒流源中的应用研究--直流互感器原理

1、第20卷第1期 2004年1月文章编号：1005-006X(2004)01-0034-02电 站 系 统 工 程 Power System Engineering Vol.20 No.1 Jan., 2004直流互感器在恒流源中的应用研究浙江水利水电专科学校李惠英赵新龙斯扬华摘 要：介绍了直流互感器的工作原理及其在恒流源中的应用，着重分析比较了直流互感器和小电阻旁路法两种电流取样方法。 关键词：直流互感器；恒流源；电流取样 中图分类号：TM452+.92 文献标识码：AApplication and Research of DC Transformer in Constant Current

2、SourceLI Hui-ying, ZHAO Xin-long, SI Yang-huaAbstract: The principle and use of DC transformer in the constant current source are briefly introduced, the two current sampling methods based on the DC transformer and the bypass small resistance is analyzed and compared. Key words: DC transformer; cons

3、tant current source; current sampling1 霍尔传感器与恒流源霍尔传感器是一种利用霍尔效应制成的磁敏元件，主要有开环型和闭环型两种类型，在电子、电力技术中被广泛应用于需要电磁隔离的场合。在电力系统中常使用霍尔传感器替代互感器，用于电能计量及为系统保护监控单元提供依据信号，这是因为与互感器相比，霍尔传感器具有突出的频率响应特性，动态适应范围宽，能测量更大的电流或电压。但是，霍尔传感器也存在输出温度漂移很大的缺点，常常需要外接一个稳定的恒流源来抑制温漂。晶体管并联式恒流源以其良好的特性常用于各种需要恒流源的电路中。IO V+ （V+=RSIO） IB ICIO （

4、IO=IiIC）同理，当IO减小时有下述稳流过程：IO V+ IB IC IO由上面分析可知，电路为一个闭环有差调节系统，反馈越深，调节作用越强，输出电流越稳定。其反馈深度决定于取样电阻RS，RS越大，反馈越深。为使RS的接入不致对负载造成过大影响，RS不宜取大；但也不能过小，过小电流调节作用差，会使输出电流稳定性变差。因此小电阻旁路进行电流取样的小电阻，其实是一个并不太小的电阻，其产生的热量与通过电流的平方成正比。因此虽然旁路技术进行电流取样经济可靠，但自热问题会使恒流源温度稳定性变差，从而限制了其在大电流恒流源中的应用。2 小电阻旁路晶体管并联恒流源2.1电路原理图（见图1）2.2 稳流原

5、理反映输出电流IO变化的取样信号V+（反馈电压）与基准电压V-比较，产生的差值电压经A比较放大后，控制调整管T的集电极电流IC，从而抑制IO的变化。例如，若外电或负载变化引起IO增大，则V+增加，由于A为同相输入，使净输入信号增加，经A放大后，使T注入电流IB增大，从而调整管IC增大，使输出电流IO减少，达到稳定输出电流的目的。上述稳流过程的流程图如下：收稿日期: 2003-04-24 李惠英（1971-），女，讲师。机电系，310016 *浙江省水利厅新型隔离互感器开发与应用课题资助(KJHT0210)3 直流互感器在并联式恒流源中的应用3.1 直流互感器简介3.1.1 直流互感器原理图（见

6、图2）直流互感器由2个铁芯及4个绕组构成，互感器的铁芯A和B是用高导磁系数的铁磁性物质制成的，其尺寸完全一致。两铁芯一次侧彼此串联，直流电流通过一次侧，二次侧可以串联，也可以并联，并通过桥式整流器接到辅助交流电源上。二次侧的工作原理为：在辅助交流i2的一个半周期内，铁芯A内磁通的交流分量与一次侧直流所产生的磁通反方向，而在铁芯B内，这两部分磁通方向相同；在另一个半周期内，铁芯A中两部分磁通变为同相，而铁芯B中，两部分磁通变为反相。 3.1.2 直流互感器工作原理饱和电抗器的直流控制线圈成为直流互感器的一次线圈，交流工作线圈成为二次线圈。实质上直流互感器的原理是当铁芯被交直流线圈同时激励时，直流

7、电流的大小引起铁芯饱和程度的改变，使交流线圈的电抗大小发生变化，交流电流及串在回路中的取样电阻上的电压会相应改变；当直流为被测电流时，由取样电阻可得到正比于直流电流的电压。第1期李惠英等：直流互感器在恒流源中的应用研究 35消耗功率极小，其本身发热引起的误差极小，即温度稳定性好，保证了测量的精度。缺点是与小电阻旁路法相比，需要辅助交流电源，较适合温度稳定性要求高的场合。i1被测直流电源 W1两个相同的同向串联的一次绕组 W2两个相同的同向串联的二次绕组 i2交流电流 R取样电阻4 小结3.2 直流互感器在恒流源中的应用3.2.1 电路原理图（见图3） 3.2.2 稳流原理当外电或负载变化使IO

8、增大时，设增量为ÄIO，直流互感器取样信号也得到一个增量AUO，由于比较放大部分是同相输入，所以输出端也有电压增量ÄU，此增量使并联调整管的注入电流增大，于是IC增大，从而抑制IO的增大，使IO基本保持不变。即电路根据电流误差信号，通过控制调整管的直流工作点，调整负载的电流实现恒流。 3.2.3 直流互感器电流取样的优缺点直流互感器在恒流源中作电流取样装置串在主回路中，小电阻旁路法是常用的一种电流取样方法，既经济又可靠，但受自热问题限制，在对大电流取样时，温度稳定性差；在电路对温度稳定性要求较高时，可采用直流互感器对电流进行取样，其自身功耗极小，温度稳定性好，取样精度高，美

9、中不足的是其需要交流电源作为辅助电源。 参 考 文 献1 2互感器制造技术M. 机械工业出版社, 1998. 裴国伟. 电子技术基础M. 水利电力出版社, 1997.编辑：康 德宽度1 280 mm；高度1 225 mm。其制造费用是16万元。按照锅炉对流受热面计算方法1求出锅炉排烟温度可以被降低到47.3 ，同时补充水被加热到51 。相当于锅炉热效率提高了3.4%。按照每年运行6 000 h估计，每年可以节约标准煤686.2 t。低温省煤器的运行消耗主要有两项：清灰器年耗电5.09万kWh；烟气阻力年耗电0.87万kWh。在热经济性方面，可以用目前电网的平均供电标准煤耗0.4 kg/kWh折

10、算低温省煤器的运行能耗：清灰器耗电相当于标准煤量20.36 t/年；烟气阻力耗电相当于标准煤量3.46 t/年。如此，从年节约标准煤686.2 t中扣除上述运行能耗就是使用低温省煤器的净节约标准煤量，为662.3 t/年。在技术经济性方面，节约标准煤量折合人民币13.7万元/年，清灰器耗电折合人民币2.04万元/年；烟气阻力耗电折合人民币0.35万元/年。如此，从燃料节省费用中减去运行消耗费用就是使用低温省煤器的净效益，为11.33万元/年。投资回收年限为1.41年。（上接第29页）密封烟气的功用。当然，钢管两端还要有密封圈，单纯靠轴承是不行的。在图3中可以看到省煤器箱体一侧的两套螺杆、螺母，

11、上边一套的钢管是剖开的，可见里边的螺杆和螺母及长条形的开孔。低温省煤器运行时，烟气自上而下地冲刷受热面管子的外表面放热；冷却水从下联箱进入低温省煤器，冲刷受热面管子的内表面，与烟气形成逆流换热吸收烟气的热量，而后从上联箱离开低温省煤器。清灰板在驱动装置的带动下顺着受热面管子的长度方向做往复移动，并且借助烟气的冲刷清理掉受热面管子外表面的烟气积灰。测量低温省煤器的出口烟气温度和入口冷却水温度，并且与设计值比较可以估算出受热面管子外表面的积灰厚度。积灰厚度的大小可以作为控制清灰器行走或停止的信号。3 使用低温省煤器的经济性低温省煤器接触锅炉烟气的部件使用不锈耐酸钢制造，如受热面管子、箱板（外壳）、清灰板等。为了加强热传导，低温省煤器要采用小管材和短节距，即受热面管材18×2 mm、受热面管横节距40 mm、受热面管纵节距25 mm。鉴于篇幅限制，这里仅给出经济计算分析结果。某工业锅炉的运行参数为：锅炉蒸发量35 t/h；锅炉热效率90%；锅炉排烟温度140 ；补充水量20 t/h（供热回水率50%）；补充水温度15 ；电价0.4元/kWh；煤炭价格200元/t标准煤。用补充水作为低温省煤器的冷却水。