[發明專利]用于測量導體中流過的電流的裝置

有效

• 申請號: 201380040373.5
• 申請日: 2013-07-26
• 公開（公告）號: CN104508500B
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: G.斯托克;T.哈姆
• 申請（專利權）人: 黑格電子股份有限公司
• 主分類號: G01R15/18
• 分類號: G01R15/18;H01F38/30
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明涉及一種用于測量導體中流過的電流的裝置。實際上，本發明尤其適用于交流(AC)工業環境中具有與保護相關的功能的產品系列中的測量，例如由電子斷路器代表的產品，其中，這種用于測量電流的裝置代替常規的熱磁功能和/或計數功能(電流測量、電壓測量等)，本發明還適用于通信產品系列中的測量。

背景技術

當目前所用的電流測量裝置集成到斷路器等類型的裝置中時，其基本原理是，傳感器幾乎總是圍繞在電流(稱為初級電流)的路徑的周圍。

該傳感器例如可以是變流器型鐵磁心傳感器，所述鐵磁心圍繞導體，在該導體中有待測的初級電流流過，從而所述鐵磁心集中并導引由所述初級電流產生的磁通，并在圍繞鐵磁心的一部分的線圈(稱為次級線圈)中產生電流，該電流的大小取決于所述磁通。

以變流器為代表的這種傳感器的缺點是，構成鐵磁心的鐵磁材料可能發生飽和，而這極可能導致傳感器的輸出信號發生失真。在實際應用中，當測量很大的初級電流時，輸出信號會喪失其線性特征，而這對于測量傳感器顯然是不可接受的。

所述傳感器也可以是沒有鐵磁心的傳感器，例如羅戈夫斯基線圈型傳感器。該線圈是纏繞在由非磁性材料制成的鐵心上的線圈，它圍繞有待測電流流過的初級導體。因此，提供至線圈的端子上的電壓與流過導體的電流的強度的導數成正比。

由于沒有可發生飽和的磁芯，因此動態測量范圍更寬。但是，由于難以提供干凈的輸出信號，并且輸出端的信號電平(即，在實際應用中是信噪比)極低，因此使用這種羅戈夫斯基線圈有更嚴重的缺點。

另外，羅戈夫斯基線圈常常難以制造，因為這種線圈需要以適當的方式把多個線圈組裝起來，以確保這些線圈完全纏繞在初級導體上，同時還要確保線圈之間的連續性，如專利FR2870350中所述；或者，這種線圈需要采用纏繞在導體上的復雜結構的環形線圈。

發明內容

為了克服這些缺點，本發明提供一種結構簡單、易于使用、即使在測量強電流時也具有良好的輸出信號線性度、并且能提供很高的信號電平的電流測量裝置。

為了實現這些目標以及通過下文中的說明變得明顯的其它目標，本發明的電流測量裝置包括至少一個線圈，該線圈沒有鐵磁心，并布置在有待測電流流過的導體的附近。本發明的主要特征在于，所述導體至少部分地圍繞所述線圈。

實際上，這種構造與常見的構造正相反。事實上，不是線圈圍繞初級導體，而是初級導體圍繞線圈。本發明的主要優點是能顯著改善信噪比，使得信噪比明顯高于羅戈夫斯基線圈能實現的信噪比。

此電流測量裝置僅包括布置在絕緣殼架上的單個線圈。因此，不再需要組裝多個線圈以制造測量傳感器。使用單個線圈和單個殼架的優點是，能夠避免上文所述的任何飽和危險。因此，由于不存在可能發生飽和的鐵磁心，因而不論待測電流有多大，都能保持傳感器輸出信號的線性特征。

比較有利的方式是，線圈在單位長度上包括恒定的匝數。更確切地說，它在單位長度上可包括恒定層數的匝數，匝間纏繞節距是恒定的。因此，這是一種標準線圈，制造起來很簡單，對原料的要求不高，因而相當經濟。

線圈各匝的線密度的這種有規律性還能避免對輸出信號的潔凈度的任何影響，即，能避免流過初級導體的電流的任何圖像失真。

根據本發明，導體優選是環繞線圈的環的形式。

例如，導體由包括下列部分的金屬板制成：

-中央部分，分為多個臂，以形成環繞線圈的環；

-由接線端子構成的第一端和第二端。

根據第一種可能的構造，導體的中央部分可由連接至第一端和第二端之一并且環繞線圈的至少一半的主分支構成，該主分支變寬，并分兩個臂，這兩個臂沿主分支的兩側伸展，并在第一端和第二端中的另一端結合在一起。

在一種可能的實施方式中，在主分支的變寬點，主分支的最大寬度可基本相當于線圈的長度。

可替代地，能夠構想出線圈長度比所述寬度小的方案，因此，在該方案中，當從軸向觀察時，兩個臂旋繞在線圈的兩側。

根據另一種可能的構造，臂和主分支在環的閉合點可以是共面的。應說明的是，上述的特征要素可由用戶隨意組合或不組合，因為它們是獨立的，并且實際上是完全獨立的設計選擇。

可替代地，在另一個版本中，所述兩個臂為“S”形形式，該S形的反向弧之一封閉環繞線圈的環，而另一個反向弧終止在一端的連接端子的高度處。

可選地，中央部分可包括旁路，該旁路連接至所述臂或主分支，并圍繞線圈，從而在線圈周圍產生第二環。線圈周圍的初級導體的匝數越多，線圈的輸出信號電平就越高，而這能提高電流測量精度。