零磁通電流互感器也稱為磁平衡式電流互感器，同樣基于電磁感應(yīng)原理，零磁通電流互感器理論誤差等于零，不存在比差和角差。

　　零磁通電流互感器為了消除勵磁電流對測量精度的影響，采用一個補償繞組，專門用于提供勵磁電流，這樣，測量繞組就不會受到勵磁電流的影響，就不存在比差和角差，從而達(dá)到高精度的測量。

一零磁通電流傳感器工作原理

　

圖1：電流互感器原理電路圖    圖2：二次等效電路圖

　　穿芯式電流互感器的原理電路如圖1所示，圖2是其二次等效電路圖。I1為電流互感器一次側(cè)電流，I2為二次側(cè)電流，I0為激磁電流。N1、N2分別為一、二次繞組匝數(shù)。因此，該電流互感器的磁勢平衡方程為：

　　當(dāng)激磁安匝I0N1為零時，I1N1=-I2N2即副邊安匝變化能完全反應(yīng)原邊安匝變化，誤差為零。一般稱I0N1為絕對誤差，I0N1/I1N1為相對誤差。電流互感器的誤差為復(fù)數(shù)誤差，可用比值差f和角差δ表示。

　　式中：

　　δ為I2逆時針180°后與I1的夾角，如圖3所示。

圖3：電流互感器向量圖

　　由此可見，由于I0N1的存在，使I2N2與I1N1存在角差δ和比差值f。若I0=0，則激磁磁勢為0，誤差為0。磁勢的鐵芯處于“零磁通”狀態(tài)，它工作在磁化曲線的起始段(線性段)。這時，電流互感器輸出波形就不會畸變，保持良好的線性段。此即為“零磁通原理”。因此，若能使互感器鐵芯始終處于零磁通狀態(tài)，就能從根本上消除電流互感器的誤差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能實現(xiàn)零磁通的，必須靠外界條件的補償或調(diào)整。為此，采用動態(tài)平衡電子電路對其進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，使鐵芯始終處于“動態(tài)零磁通狀態(tài)”。

二零磁通電流互感器的構(gòu)成及工作原理

圖4：電流互感器原理框圖

　　圖4所示零磁通電流傳感器的原始框圖。其中，ND為檢測繞組，D為動態(tài)檢測單元，C為產(chǎn)生二次電流的有源網(wǎng)絡(luò)。本回路的磁勢平衡方程為：

　　I1產(chǎn)生的激磁磁通在ND兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢，并加到動態(tài)檢測單元D輸入端，通過G產(chǎn)生二次電流I2提供給二次繞組，I2所產(chǎn)生的磁通對鐵芯去磁，使鐵芯達(dá)到磁勢平衡。因此，理想狀態(tài)時，該傳感器的二次繞組電流I2全部由有源網(wǎng)絡(luò)G供給，而不從感應(yīng)電勢取電流。D高速動態(tài)檢測ND兩端的電勢差，當(dāng)電勢差足夠小(近似為零的允許值)時，鐵芯中的磁通即近似為零磁通。若檢測值偏離允許值，G則自動高速調(diào)整。如此高速跟蹤調(diào)整，使鐵芯能始終保持在逼近零磁通狀態(tài)，傳感器達(dá)到較高的精度。

三零磁通電流互感器誤差分析

　　零磁通電流互感器的誤差包括容性誤差、磁性誤差以及檢測調(diào)整電子電路的靈敏度誤差三部分。所謂容性誤差，是指各側(cè)線圈本身和線圈之間的容性泄露電流所造成的測量誤差。對工頻信號來說，當(dāng)N2<1000時，這項誤差可控制在10^5以內(nèi)。

　　本文中零磁通電流互感器由于一、二次繞組匝數(shù)均很小，容性誤差可以不計。檢測繞組雖然匝數(shù)相對較多，但其電位差動態(tài)逼近零，所以，其容性誤差仍可忽略。

　　經(jīng)過電流傳感器高速動態(tài)調(diào)整后，I0——0，鐵芯逼近零磁通，磁性誤差很小。但事實上，完全的零磁通狀態(tài)是達(dá)不到的，鐵芯中必須有一點微弱的磁通才能使G輸出I2，這就使磁性誤差仍然存在。從電流互感器磁勢平衡方程可見，磁性誤差主要由兩部分組成：一是由I0帶來的參與磁勢引起的誤差，另一部分是由檢測繞組ID帶來的附加磁勢引起的誤差，即：

　　其中：ED為ND的感應(yīng)電勢，l為磁路長度，S為鐵芯截面積，u0為鐵芯初始磁導(dǎo)率，Ri為檢測單元輸入阻抗。由此可見，降低磁性誤差一是應(yīng)當(dāng)選擇u0值較高的鐵芯和合適的檢測繞組匝數(shù)，本傳感器選擇了u0為6*10^4的超微晶鐵芯，ND為100~500匝;二是要有較大的檢測單元輸入阻抗，ED和I2可通過有源動態(tài)平衡網(wǎng)絡(luò)控制在所需范圍內(nèi)。除此之外，還可以使用高導(dǎo)電、高導(dǎo)磁材料做屏蔽以消除電磁場的干擾，亦可用超微晶合金作此屏蔽材料。

---