[發(fā)明專(zhuān)利]鼠籠式空芯電流互感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210026094.0
• 申請(qǐng)日: 2012-02-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102543411A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦振宇;陶祥生
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 無(wú)錫北科自動(dòng)化科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01F38/28
• 分類(lèi)號(hào): H01F38/28;H01F38/30;H01F27/28
• 代理公司: 北京金言誠(chéng)信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11229
• 代理人: 王振新

?技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電流互感器，尤其是一種鼠籠式空芯電流互感器。鼠籠式空芯電流互感器是基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計(jì)的一款電流測(cè)量互感器，測(cè)量范圍寬、測(cè)量電流大（從幾安培到數(shù)十萬(wàn)安培），主要用于（但不限于）礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流的測(cè)量。

?背景技術(shù)

圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)中采用的軟質(zhì)羅氏線圈，其是將漆包線繞制在軟質(zhì)非磁性材料的骨架上，讓待測(cè)大電流導(dǎo)體穿過(guò)其幾何中心進(jìn)行電流測(cè)量，因?yàn)椴话判荆淮嬖诖棚柡蛦?wèn)題，因此測(cè)量范圍寬、線性度好。加工和使用中要求線圈密度恒定（軸向分布均勻）、線圈截面積及形狀一致、線圈橫截面盡可能與中心線垂直。由于是軟質(zhì)線圈，具有很強(qiáng)的施工便利性，因此被廣泛采用。

但是，圖1中的軟質(zhì)羅氏線圈也存在以下諸多缺點(diǎn)：

生產(chǎn)羅氏線圈時(shí)，如采用手工或半手工繞制工藝，難以保證繞制線圈的截面積相同以及沿骨架軸向分布的均勻性，這將帶來(lái)測(cè)量誤差；

采用高精度的數(shù)控卷繞設(shè)備進(jìn)行卷繞時(shí)，可以較好地保證繞制過(guò)程本身的精確性，但軟質(zhì)骨架容易變形，纏繞其上的線圈截面形狀容易改變，這導(dǎo)致測(cè)量誤差；

線圈與骨架間容易產(chǎn)生蠕動(dòng)，裝設(shè)及使用過(guò)程中線圈的牽拉及彎曲會(huì)導(dǎo)致線圈相對(duì)位置發(fā)生變化，破壞了線圈分布的均勻性，這增加了測(cè)量誤差；

機(jī)械強(qiáng)度低，裝設(shè)及使用過(guò)程中，擠壓會(huì)導(dǎo)致線圈截面甚至線圈骨架變形，常常造成永久性形變甚至損壞，這增加測(cè)量誤差并降低了可靠性；

軟質(zhì)骨架以及外層保護(hù)用軟性橡膠的溫度特性較差，容易老化，傳感器可靠性降低；線圈截面小，感應(yīng)電壓低，輸出信號(hào)較弱，抗電磁干擾能力差；

開(kāi)口較大，造成線圈分布不均，存在系統(tǒng)性的偏心誤差實(shí)現(xiàn)電磁屏蔽的技術(shù)手段相對(duì)復(fù)雜；線圈損壞后幾乎無(wú)法修復(fù)，應(yīng)用成本高,加工要求高，生產(chǎn)成本高。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在一種硬質(zhì)PCB式線圈，其基于PCB的設(shè)計(jì)方法及精密的加工工藝，采用雙面PCB，在兩面布線，用過(guò)孔進(jìn)行串接，從而生成基于印制導(dǎo)線的等效線圈。如圖2所示，圖中實(shí)線和虛線分別表示PCB的頂層和底層。

硬質(zhì)PCB式線圈在保留了軟質(zhì)羅氏線圈測(cè)量范圍寬、高線性的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，摒棄了軟質(zhì)羅氏線圈的諸多固有缺點(diǎn)，已經(jīng)在一些場(chǎng)合得到應(yīng)用。但是它依然存在以下不足之處：

同一批次的PCB基材的厚度偏差很少可以做到1%以下，高的甚至可達(dá)10%；同一片PCB的厚度不均勻；不同批次的PCB厚度存在離散性；以上三種實(shí)際存在的狀況導(dǎo)致線圈截面積不相同，互感參數(shù)不一致，精確測(cè)量必須針對(duì)不同得線圈個(gè)體進(jìn)行差異性的系統(tǒng)性調(diào)整或標(biāo)定；

PCB基材受溫度變化的影響主要表現(xiàn)在基材厚度變化，這同樣導(dǎo)致互感參數(shù)變化；

為了增加線圈匝數(shù)需要高密度布線，因此PCB過(guò)孔的數(shù)量大、過(guò)孔尺寸小，這增加了傳感器的故障率；同樣因?yàn)檫^(guò)孔數(shù)量和過(guò)孔尺寸的問(wèn)題，這種結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)多層板的應(yīng)用；

受導(dǎo)線間距的影響，鉗形拼接方式的應(yīng)用存在開(kāi)口處線圈密度的不均勻現(xiàn)象，影響測(cè)量精度；

受板材厚度的影響，單匝項(xiàng)圈的面積難以做大，不利于提高測(cè)量的靈敏度；

電氣或機(jī)械的損傷容易導(dǎo)致整個(gè)傳感器的報(bào)廢，維修的技術(shù)難度較高。

綜上所述，有必要研制一種新型的電流互感器，來(lái)克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的所述問(wèn)題。

?發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中至少一個(gè)不足或缺陷，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種鼠籠式空芯電流互感器。具體地，通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種鼠籠式空芯電流互感器，其特征在于包括平行設(shè)置的上層弧形PCB板和下層弧形PCB板、以及多個(gè)沿圓周方向間隔地且均勻分布的PCB板式線圈，其中，所述PCB板式線圈設(shè)置在所述上層弧形PCB板和下層弧形PCB板之間，并與所述上層弧形PCB板和下層弧形PCB板垂直，PCB板式線圈的上端和下端分別與所述上層弧形PCB板和下層弧形PCB板固定連接，其中所述多個(gè)PCB板式線圈通過(guò)所述上層弧形PCB板或下層弧形PCB板電氣地串聯(lián)連接。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述PCB板式線圈為長(zhǎng)方形的PCB板式線圈。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述PCB板式線圈包括設(shè)置PCB板上的多個(gè)圓角矩形線圈、圓形線圈、橢圓形線圈或漸開(kāi)線形線圈。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述PCB板式線圈包括兩層或更多層線圈。

根據(jù)本發(fā)明另一方面，所述PCB板式線圈包括用于連接所述上層弧形PCB板和下層弧形PCB板的焊盤(pán)。