大電流傳感器制造技術

本發明專利技術提出一種大電流傳感器，包括初級線圈和次級線圈，所述初級線圈呈螺旋狀并形成腔室，所述次級線圈設置在所述腔室中，用于當所述初級線圈中通以初級電流時感應出次級電壓。本發明專利技術大電流傳感器具有結構簡單，操作安全可靠，輸出信號具有高線性度和高精確度，并且能夠為電子脫扣器供電的優點。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電流測量裝置，特別涉及大電流傳感器。
技術介紹
電子脫扣器(Electronic Trip Unit, ETU )現在被廣泛應用于智能低 壓斷路器(Low Voltage Circuit Breaker, LVCB)中，當發生故障電流時， 電子脫扣器必須能夠發出脫扣信號來斷開電路，以保護電力線和電子設備。為了實現電子脫扣器的上述保護功能，必須借助大電流測量裝置在不管 是電子設備的正常工作期間或者是發生故障時，都能準確測量到電力線中的 電流，其中，電流大小可能在一個很大的范圍內變化。因為電子脫扣器將應 用測量信號來計算精確的脫扣時間以更好地保護電力線和電子設備，因此所 述大電流測量裝置的測量必須非常精確。為了防止電子脫扣器的電路在正常 工作期間不受到外部干擾，測量的時候還需要進行電隔離。同時，在應用于 低壓斷路器，如塑殼斷路器(Moulded Case Circuit Breaker, MCCB)或者 空氣斷i 各器(Air Circuit Breaker, ACB)中時，所述大電流測量裝置必須 能夠通過電力線為電子脫扣器進行供電。參見圖1至圖3，現有技術中存在幾種常用的大電流測量裝置。圖1示出了一種電流互感器(Current Transformer, CT)的結構。電 流互感器是一種廣泛應用于低壓斷路器中用來測量大電流和為電子脫扣器 供電的裝置。如圖所示，該電流互感器包括初級線圈1，次級線圏2，和鐵 磁環3;所述初級線圈1為單匝或者復數匝結構，其從鐵》茲環3中穿過，并 且其中通有大電流；所述次級線圈為復數匝結構(通常為幾百匝或者更多)，3并且纏繞在所述鐵磁環3上。根據法拉第電磁感應定律，初級線圈l產生的 磁通在鐵磁環3中變化，引起次級線圏2中產生感應電動勢，當在次級線圏 2中連接負載時，其輸出電流通過下式確定其中，/,是初級線圏電流，/2是次級線圏電流，iV,是初級線圈匝數，7V2 是次級線圈匝數。可見，次級線圏電流與初級線圈電流成比例，其轉換比例由初級線圈和 次級線圈的匝數比決定。因此，當選擇合適的轉換比例后，就可以將初級線 圈中的大電流成比例地轉換為次級線圈中的小電流。應用在低壓斷路器中的電流互感器在特定的電流范圍中，如小于6倍額 定電流時，可以獲得較好的精確度，但是在更高的電流范圍中時，其鐵磁環 會出現飽和并導致較差的線性度。為了提高線性度， 一種可行的方法是增大 鐵^磁環的橫截面積，但這將導致使用更多的材料，增加電流互感器的體積和 制造成本。這種電流互感器的另外一個缺點是，當次級線圈處于開環狀態時， 其輸出端的高電壓有可能會危及操作人員的生命安全，因此必須采用特定的 措施，如接地等，來保證操作的安全。圖2示出了 一種霍爾效應電流變換器(Hall Effect Current Transducer)的原理。如圖所示，當導體材料薄片在縱向通以控制電流Ic 時，該電流的可動電荷載流子受到由于外部^t通B產生的垂直于電流方向的 洛侖茲力的影響而發生偏轉，當越來越多的發生偏轉的載流子聚集在導體材 料薄片的橫向一側時，產生了稱為霍爾電壓Vw的電勢差。眾多的專利文獻， 如US Pat. Nos. 6, 628, 495、 6, 005,383、 6,429,639、 5, 923,162、 5， 615， 075 等，公開了基于上述效應的電流變換器。霍爾效應電流變換器具有較好的線性度，較高的精確度和較寬的帶寬，4但是其價格過于昂貴，體積較大，對周圍環境的變化較為敏感，非常容易受到外部電磁的干擾，而且其較窄的應用電流范圍限制了其在低壓斷路器中的應用，如即使是一種較好的霍爾效應電流變換器也只能應用在小于3倍額定電流的情況，遠小于低壓斷路器要求其電子脫扣器的大電流測量裝置能夠測量的電流范圍。電流分流器(Current Shunt)也是一種較常用的大電流測量裝置，其是串聯于主電路中的電阻，當電流流過該電阻時，該電阻引起的電壓降可以通過連接在該電阻兩端的電壓表測量得到。錳鎳銅電流分流器(Manganin Shunt)經常被應用于小電流，如小于200A的電流測量中，在這個電流范圍中，錳鎳銅電流分流器提供了良好的成本效益在較低的成本的基礎上提供了較高的線性度和精確度。但是串聯的連接方式限制了錳鎳銅電流分流器在大電流測量中的應用，而且其不具備電氣絕緣，在高頻的情況下，還必須考慮由于分流器自感應引起的相位變化給測量結果帶來的影響。圖3示出了一種Rogowski線圏的結構。如圖所示，Rogowski線圏纏繞在非>磁性框架上，當通有電流的導體穿過Rogowski線圏時，該Rogowski線圏中產生與其互感(Mu tua 1 Inductance )值M以及電流的時間變化率，成比例的電壓信號e0(,) = M+，其中，/(0為初級電 流。得到電流M J眾多的專利文獻，如US Pat. Nos. 7,106,162、 6， 064， 191、 6,018,239等公開了基于上述原理的大電流測量裝置。Rogowski線圈具有較好的線性度，較寬的帶寬，較寬的感應范圍和良好的電氣絕緣。但是，當初級電流較小的時候，Rogowski線圏的輸出信號較弱，其次級線圉的纏繞方式較為復雜且容易影響測量的精度，需要增加積分器來處理輸出信號，而且Rogowski線圈無法象電流互感器那樣為電子脫扣器提供電源。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術的目的是提供了一種結構簡單，操作安全可靠，輸出信號具有高線性度和高精確度，并且能夠為電子脫扣器供電的大電流傳感器。為實現上述目的，本專利技術提出一種大電流傳感器，包括初級線圏和次級線圈，所述初級線圏呈螺旋狀并形成腔室，所述次級線圈設置在所述腔室中，用于當所述初級線圈中通以初級電流時感應出次級電壓。根據本專利技術的一個方面，所述初級線圈的一端設置快速飽和電流互感器。根據本專利技術的一個方面，所述腔室沿所述螺旋狀初級線圏的螺旋軸線方向延伸。才艮據本專利技術的一個方面，所述螺旋狀初級線圏由銅母線排扭曲形成。根據本專利技術的一個方面，所述初級線圏為單匝或復數匝線圏。根據本專利技術的一個方面，所述次級線圏為復數匝線圏。根據本專利技術的一個方面，所述次級線圈為空芯線圏，或者為纏繞在非鐵i茲芯上的線圏。本專利技術大電流傳感器通過上述的構造取得以下技術效果6-操作安全可靠。_能夠為電子脫扣器供電。-輸出信號在較寬初級電流范圍內均保持良好的線性度和精確度。-輸出信號的幅值滿足后續信號處理電路的要求，并可以通過調整次級線圈的匝數和負載電阻的阻值來調整輸出信號的幅值大小。-特別適合于大電流測量。附圖說明圖1-3是現有的幾種大電流測量裝置的示意圖4是本專利技術大電流傳感器的初級線圈的結構示意圖5是圖4的初級線圏通電時其內部/磁通的方向和分布的示意圖6是本專利技術大電流傳感器的 一 個具體實施例的結構示意圖7是測試本專利技術大電流傳感器的信號線性度和精確度的電路原理圖8是應用圖7電路進行的，測試本專利技術大電流傳感器的信號線性度的各組測試的初級電流-次級電壓圖9是圖8中的在負載電阻為1004 Ohm條件下的各次測試的初級電流-次級電壓圖IO是圖8中的在負載電阻為75. 1 Ohm條件下的各次測試的初級電流-次級電壓圖11是圖8中的在次級線圏的臣數為600圏的條件下本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種大電流傳感器（１００），包括初級線圈（２００）和次級線圈（３００），其特征在于，所述初級線圈（２００）呈螺旋狀并形成腔室（２１０），所述次級線圈（３００）設置在所述腔室（２１０）中，用于當所述初級線圈（２００）中通以初級電流時感應出次級電壓。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：馮曉東，卓越，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：DE[]