專利名稱：基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電流互感器。
背景技術(shù)：
以Rogowski線圈為傳感頭的電流互感器,是一種特殊結(jié)構(gòu)的空心線圈，具有體積小、重量輕、造價(jià)低；與被測(cè)電流無(wú)直接電的聯(lián)系，無(wú)磁飽和與鐵心振蕩等問(wèn)題；動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大、測(cè)量范圍寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)及損耗小等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的Rogowski線圈是將導(dǎo)線緊密繞制在二次側(cè)環(huán)形的非導(dǎo)磁材料的骨架上， 形成空心螺線圈，二次側(cè)感應(yīng)電壓e(t)與一次側(cè)被測(cè)電流i(t)滿足e(t) = -M
di其中M為線圈的互感系數(shù)。Rogowski線圈主要適用于測(cè)量大電流或是脈沖電流,對(duì)于測(cè)量IOOA以下的電流較為困難，其原因主要在于線圈的互感系數(shù)難以提高，導(dǎo)致二次側(cè)感應(yīng)電壓很微弱，并且極易受到周圍電磁干擾的影響。傳統(tǒng)的Rogowski線圈主要是手工繞制，其精確度不高，通常設(shè)計(jì)精確度最高達(dá)
O.1%，而實(shí)際應(yīng)用為1°/Γ3%，工業(yè)批量生產(chǎn)時(shí)線圈的分布參數(shù)一致性難以保證，從而阻礙了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。PCB型的Rogowski線圈利用PROTEL等軟件繪制印制電路板(printed circuitboard, PCB)，利用電路板上的印制導(dǎo)線代替線圈，均勻地布置在印制電路板上，數(shù)字加工技術(shù)在工藝上能保證線圈均勻繞制、每匝線圈橫截面相等；線圈的制作只需在電腦上繪制其布線圖，操作快捷簡(jiǎn)便；線圈由數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)，避免了繁瑣的繞制過(guò)程，縮短了加工周期，提高了生產(chǎn)效率。PCB型的Rogowski線圈不僅克服了傳統(tǒng)羅氏線圈線匝不均勻、參數(shù)分散性大等缺點(diǎn)，而且靈敏度、測(cè)量精確度以及性能方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的銅線繞制的線圈。目前，有一種雙面對(duì)稱布線PCB型Rogowski線圈，如圖I所示，其中標(biāo)記A為端子，采用的是在PCB板的頂層和底層雙面以環(huán)心為中心成放射狀均勻密布導(dǎo)線，兩層之間通過(guò)外徑處的過(guò)孔B用一小段導(dǎo)線連通，頂層和底層呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，形成垂直于線圈截面的線匝；由于現(xiàn)有加工工藝的限制，PCB電路板的厚度一般只有幾個(gè)毫米，為了滿足實(shí)際要求，通常采用將幾塊電路板串聯(lián)使用，如圖I所示，印制電路板PCBl和PCB2通過(guò)一導(dǎo)線相連接。為了使測(cè)量具有更高的準(zhǔn)確度，線圈采用偶數(shù)塊串聯(lián)，并且相鄰兩個(gè)線圈的繞線方向相反，使流過(guò)線圈內(nèi)部的電流產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相疊加，使輸出的電勢(shì)加倍，增加了線圈信號(hào)采集的能力，提高了傳感頭的信噪比；能夠有效地抑制垂直于PCB板面磁場(chǎng)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，線圈外部電場(chǎng)在線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓相互抵消，消除了外界磁場(chǎng)的干擾。PCB型Rogowski線圈不含鐵心，則其互感系數(shù)很小，測(cè)量電流時(shí)感應(yīng)出的電壓信號(hào)非常微弱且極易受到外界的干擾，因此需要增大線圈的互感系數(shù)，通常采用的方式是增加線圈的高度，或是增大線圈匝數(shù)的密度，但受數(shù)字機(jī)床加工工藝的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系數(shù)的空間很??；布線時(shí)銅線太細(xì)容易導(dǎo)致斷裂，線圈匝數(shù)的密度也隨著線圈內(nèi)外徑的確定而確定下來(lái)?，F(xiàn)有的另一種方案Rogowski線圈同樣PCB板設(shè)計(jì),每層PCB板上用導(dǎo)線繪制4個(gè)尺寸相同螺旋線圈，圍繞同一中心均勻?qū)ΨQ分布，每層相鄰的線圈依次串聯(lián)而成，每個(gè)螺旋線圈的頂層和底層通過(guò)過(guò)孔連接，螺旋線圈可以看成是一個(gè)平面，載流導(dǎo)體緊貼在PCB的頂層，圍繞不相鄰的螺旋線圈構(gòu)成一砸回路，與PCB板面電氣絕緣。為了提高線圈的抗電磁干擾性能，在PCB板上覆銅，起到濾除高頻干擾的目的。圖2和圖3為PCB型Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)示意圖，其中標(biāo)號(hào)廣4為螺旋線圈，標(biāo)號(hào)51為PCB板的過(guò)孔。當(dāng)交流電流i(t)通過(guò)如圖2所示路徑時(shí)，由于線圈對(duì)稱分布，在螺旋線圈1、3上 產(chǎn)生的磁鏈相同，且方向均是垂直于PCB板面向外,在螺旋線圈2、4上產(chǎn)生的磁鏈相同,方向垂直于PCB板面向里。從頂層看，線圈1、3產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向?yàn)槟鏁r(shí)針，在線圈2、4上產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向?yàn)轫槙r(shí)針，螺旋線圈依次串聯(lián)連接，使得整個(gè)二次線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)方向相同，因此產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為各個(gè)線圈的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相疊加之和?，F(xiàn)有PCB型Rogowski線圈存在的缺點(diǎn)其一，受數(shù)字機(jī)床加工工藝的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系數(shù)的空間很小，測(cè)量的精確度受到限制；其二，現(xiàn)有的PCB型Rogowski線圈的每片線圈的繞線匝數(shù)受限制，為了提高互感系數(shù)，需由偶數(shù)塊印制電路板串聯(lián)，多塊線圈進(jìn)行串聯(lián)后將導(dǎo)致線圈體積會(huì)很大；其三，在一些特定場(chǎng)合(如檢測(cè)流過(guò)電氣設(shè)備的泄漏電流)，電氣設(shè)備的接線端無(wú)法斷開(kāi)，則現(xiàn)有的Rogowski線圈無(wú)法安裝在設(shè)備的接線上，便無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為了解決現(xiàn)有電流互感器測(cè)量的精確度受限，并且無(wú)法直接安裝在接線端不能斷開(kāi)的電器設(shè)備上的問(wèn)題，從而提供一種基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器?；赑CB型Rogowski線圈的電流互感器,它包括兩塊圓環(huán)形PCB板,所述兩塊圓環(huán)形PCB板均水平設(shè)置，且塊圓環(huán)形PCB板同軸設(shè)置；它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板和兩組導(dǎo)電條,所述兩組導(dǎo)電條分別固定在兩塊圓環(huán)形PCB板上，每組導(dǎo)電條中導(dǎo)電條的數(shù)量為N個(gè)；N塊印制有Rogowski線圈的電路板以兩塊圓環(huán)形PCB板的中軸線為軸呈放射性分布；每塊圓環(huán)形PCB板上均開(kāi)有N個(gè)通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的一端分別穿過(guò)一塊圓環(huán)形PCB板上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的另一端分別穿過(guò)另一塊圓環(huán)形PCB板上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板串聯(lián)連接；N為偶數(shù)。每塊印制有Rogowski線圈的電路板由六個(gè)螺旋線圈串聯(lián)而成。本實(shí)用新型提出一種新型的PCB型Rogowski線圈，基于該線圈的電流互感器,可直接安裝于電氣設(shè)備的接線處，無(wú)需改變電氣設(shè)備的原有接線方式；并且能夠根據(jù)需要增加每片線圈的螺旋線圈的層數(shù)，有效地增大互感系數(shù)，有效提高電流互感器的測(cè)量靈敏度和精確度。并且，本實(shí)用新型無(wú)磁飽和現(xiàn)象，與一次側(cè)高壓端無(wú)直接電的聯(lián)系，保證操作人員在二次側(cè)的人身安全。

圖I是背景技術(shù)中雙面對(duì)稱布線PCB型Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是背景技術(shù)中現(xiàn)有PCB型Rogowski線圈的頂層結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是背景技術(shù)中現(xiàn)有PCB型Rogowski線圈的底層結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4的俯視圖；圖6是圖4的仰視圖；圖7是一個(gè)電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是Rogowski線圈設(shè)計(jì)原理圖；圖9是一層Rogowski線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖4至9說(shuō)明本具體實(shí)施方式
,基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，它包括兩塊圓環(huán)形PCB板11，所述兩塊圓環(huán)形PCB板11均水平設(shè)置，且塊圓環(huán)形PCB板11同軸設(shè)置；它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板13和兩組導(dǎo)電條，所述兩組導(dǎo)電條分別固定在兩塊圓環(huán)形PCB板11上，每組導(dǎo)電條中導(dǎo)電條14的數(shù)量為N個(gè)；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13以兩塊圓環(huán)形PCB板11的中軸線為軸呈放射性分布；每塊圓環(huán)形PCB板11上均開(kāi)有N個(gè)通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13的一端分別穿過(guò)一塊圓環(huán)形PCB板11上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條14電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13的另一端分別穿過(guò)另一塊圓環(huán)形PCB板11上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條14電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板13串聯(lián)連接；N為偶數(shù)。本實(shí)施方式中，N的值取12，S的值取6為例，。每塊印制有Rogowski線圈的電路板13的上Rogowski線圈層數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置。
具體實(shí)施方式
二、本具體實(shí)施方式
與具體實(shí)施方式
一所述的基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器的區(qū)別在于，每塊印制有Rogowski線圈的電路板13由六個(gè)螺旋線圈串聯(lián)而成。本實(shí)用新型中的PCB型Rogowski線圈是利用PROTEL等軟件繪制印制電路板，線圈的布線圖是通過(guò)電腦繪制的，由N個(gè)如圖7所示的電路板小片組成，每片電路板為六層螺旋線圈繞線而成，即每片電路板由6個(gè)螺旋線圈串聯(lián)而成，N個(gè)電路板線圈之間是通過(guò)圖5和圖6所示進(jìn)行連接。通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖可以清晰的看到，本實(shí)用型的PCB型Rogowski線圈可以進(jìn)行拆裝，滿足了在不改變電氣設(shè)備的原有接線的情況下，對(duì)流過(guò)電氣設(shè)備的電流進(jìn)行測(cè)量。本文所發(fā)明的新型實(shí)用型的電流互感器為了滿足不同的測(cè)量需求，可以通過(guò)增加圓盤的面積和電路板小片的數(shù)量來(lái)滿足更高測(cè)量精確度的需求。圖8是Rogowski線圈設(shè)計(jì)原理圖，其中a、b和h為Rogowski線圈的內(nèi)、夕卜半徑和高度。由全電流定律可知f Hdl=i求得
權(quán)利要求1.基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器,它包括兩塊圓環(huán)形PCB板(11),所述兩塊圓環(huán)形PCB板(11)均水平設(shè)置，且塊圓環(huán)形PCB板(11)同軸設(shè)置；其特征是它還包括N塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)和兩組導(dǎo)電條,所述兩組導(dǎo)電條分別固定在兩塊圓環(huán)形PCB板(11)上，每組導(dǎo)電條中導(dǎo)電條(14)的數(shù)量為N個(gè)； N塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)以兩塊圓環(huán)形PCB板(11)的中軸線為軸呈放射性分布； 每塊圓環(huán)形PCB板(11)上均開(kāi)有N個(gè)通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)的一端分別穿過(guò)一塊圓環(huán)形PCB板(11)上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條(14)電連接； N塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)的另一端分別穿過(guò)另一塊圓環(huán)形PCB板(11)上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條(14)電連接； N塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)串聯(lián)連接； N為偶數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，其特征在于每塊印制有Rogowski線圈的電路板(13)由六個(gè)螺旋線圈串聯(lián)而成。
專利摘要基于PCB型Rogowski線圈的電流互感器，涉及一種電流互感器。它是為了解決現(xiàn)有電流互感器測(cè)量的精確度受限，并且無(wú)法直接安裝在接線端不能斷開(kāi)的電氣設(shè)備上的問(wèn)題。其兩組導(dǎo)電條分別固定在兩塊圓環(huán)形PCB板上，每組導(dǎo)電條中導(dǎo)電條的數(shù)量為N；N塊印制有Rogowski線圈的電路板以兩塊圓環(huán)形PCB板的中軸線為軸呈放射性分布；每塊印制線圈的電路板均為多層板，層數(shù)為S；每塊圓環(huán)形PCB板上均開(kāi)有N個(gè)通孔；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的一端分別穿過(guò)一塊圓環(huán)形PCB板上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板的另一端分別穿過(guò)另一塊圓環(huán)形PCB板上的N個(gè)通孔與一個(gè)導(dǎo)電條電連接；N塊印制有Rogowski線圈的電路板串聯(lián)連接。本實(shí)用新型適用于測(cè)量流過(guò)電氣設(shè)備的電流。
文檔編號(hào)H01F38/30GK202749218SQ20122049022
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者魏新勞, 朱博, 劉通, 劉智宏, 李銳海, 王國(guó)利 申請(qǐng)人:哈爾濱理工大學(xué), 南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司