电流互感器及其线圈绕制方法技术

本发明专利技术提供了一种电流互感器及其线圈绕制方法，所述电流互感器包括磁芯，所述磁芯外绕制有次级线圈，所述次级线圈包括第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈绕制在磁芯外，所述第一次级线圈至少绕制一层；所述第二次级线圈反向绕制在第一次级线圈外，所述第二次级线圈至少绕制一层；所述第一次级线圈的首端和第二次级线圈的首端相连接，所述第一次级线圈的末端和第二次级线圈的末端为所述次级线圈的两个输出端。采用以上设计后电流互感器初级线圈与次级线圈之间产生的寄生电容相对较平衡，电流互感器抗干扰能力强，提高了电能表的测量精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流互感器，尤其涉及一种可用于高精度电能表的电流互感器及其线圈绕制方法。
技术介绍
电能表是用于计量用电设备电能消耗的仪表，是生活及工业中必不可少的应用仪表，因此需要电能表的测量精度尽可能的高，以减少因为测量误差导致的多付电费或少缴电费带来的各种经济问题。目前，三相电能表通常采用电流互感器进行电流转换，而电流互感器次级线圈的绕制方法均为使用一根导线从内到外依次绕制，从导线首端到末端方向，导线层依次是1，2，……，n，导线的首端和末端分别作为次级线圈的两个输出端。在n为偶数时，次级线圈的中心层位置是n/2，导线中心点位于次级线圈中心层，设导线层n/2+1，……，n到初级线圈的平均距离是L1，导线层1，2，……，n/2到初级线圈的平均距离是L2；n为奇数时，中心层位置是(n+1)/2，导线层(n+1)/2+1，……，n到初级线圈的平均距离是L1，导线层1，2，……，(n+1)/2到初级线圈的平均距离是L2，在现有的电流互感器中L1远远小于L2。电能表中电流转换原理示意图如附图1所示，电流互感器的结构决定在其初级线圈和次级线圈之间会产生分布电容，将次级线圈中线圈中心层至第n层与初级线圈之间产生的分布电容等效为寄生电容C1，将次级线圈中第1层至线圈中心层与初级线圈之间产生的分布电容等效为寄生电容C2，C1与C2的大小分别取决于L1，L2。由于电容通交流的特性，当电流互感器初级线圈和次级线圈之间存在电压差时，干扰源U就会通过等效寄生电容C1、C2和采样电阻R1、R2形成通路。电流互感器次级线圈的匝数通常较多，用于高精度计量时，匝数会更多，工作时线圈阻抗也较大。由于L1远远小于L2，此时电流互感器中形成的分布电容的趋势是从外到内依次减小的如图3所示，则等效寄生电容C1大于C2，C1和C2严重不平衡，则会引起流经R1和R2的方向相反的干扰电流I1和I2不相等，即I1≠I2。那么，在R1＝R2时，采样信号R1(I0+I1)+R2(I0－I2)≠(R1+R2)I0，电能表测量出来的采样信号与理论值存在偏差，进而造成计量误差，尤其是在计量小电流时，有用信号本身就很小，此时干扰信号的影响就会凸显，对电能表计量精度产生较大影响。
技术实现思路
本专利技术提供了一种可用于高精度电能表的电流互感器及其线圈绕制方法。本专利技术所采取的技术方案是：一种电流互感器，包括磁芯，所述磁芯外绕制有次级线圈，所述次级线圈包括第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈绕制在磁芯外，所述第一次级线圈至少绕制一层；所述第二次级线圈绕制在第一次级线圈外，所述第二次级线圈至少绕制一层；所述第一次级线圈的首端和第二次级线圈的首端相连接，所述第一次级线圈的末端和第二次级线圈的末端为所述次级线圈的两个输出端。本专利技术还提供了一种电流互感器线圈的绕制方法，包括如下步骤，S1、将第一导线绕制在磁芯外形成第一次级线圈，所述第一导线至少绕制一层，所述第一导线的首端留在所述第一次级线圈的内侧，所述第一导线的末端留在所述第一次级线圈的外侧；S2、将第二导线反向绕制在第一次级线圈外形成第二次级线圈，所述第二导线至少绕制一层；所述第二导线的首端留在所述的第二次级线圈的内侧，所述第二导线的末端留在所述第二次级线圈的外侧；S3、将所述第一导线的首端与第二导线的首端相连接；S4、所述第一导线的末端和第二导线的末端为所述次级线圈的两个输出端。采用以上设计后，本专利技术与现有技术相比具有以下优点：所述第一次级线圈的首端和第二次级线圈的首端相连接，所述第一次级线圈的末端和第二次级线圈的末端为所述次级线圈的两个输出端，如此相当于将次级线圈整体导线的中心点向内层移动了，而两个输出端所在的导线层处于外层及靠近外层，以此来抵消靠内层线圈的距离差，使得L1和L2大小接近，L1与L2大小越接近，此时产生的C1、C2就会相对越平衡，干扰电流I1和I2的大小也就越接近，电能表测量的采样信号实际值也就越接近理论值，电能表的精度较高。作为改进，所述第二次级线圈绕制一层，二层或者三层，根据不同的需要对第二次级线圈导线层数进行调整。作为改进，所述次级线圈外围包裹有绝缘层。绝缘层可采用加厚绝缘层，绝缘层可拉开初级线圈和次级线圈的间距，减小整体的寄生电容，从而减小干扰电流的幅值，削弱寄生电容不平衡时的影响量。附图说明图1为电流转换原理示意图图2为电流互感器线圈内部结构示意图图3为现有技术中电流互感器分布电容趋势示意图图4为本专利技术中电流互感器分布电容趋势示意图图中所示：1、次级线圈，1.1、第一次级线圈，1.2、第二次级线圈，1.3第一导线的首端，1.4、第一导线的末端，1.5、第二导线的首端，1.6、第二导线的末端，2、初级线圈，2.1、初级线圈的首端，2.2、初级线圈的末端，3、磁芯。具体实施方式如图1所示，R1和R2为采样电阻，通常R1＝R2，Vi为计量芯片前端采样信号，电流互感器初级线圈和次级线圈之间会产生分布电容，将这些分布电容等效为两个寄生电容C1和C2。当电流互感器初级线圈和次级线圈之间存在电压差时，就会形成干扰源U，由于等效寄生电容可通交流，因此干扰源U会通过C1、C2、R1、R2形成闭合通路，I0表示经过电流互感器转换后的采样电流，I1和I2表示流经R1和R2的干扰电流且I1和I2方向相反，采样信号理论值Vi＝(R1+R2)I0，实际值Vi′＝R1(I0+I1)+R2(I0－I2)，当C1＝C2时，则I1＝I2，那么采样信号Vi′＝Vi。因此C1与C2的差值是直接影响电能表测量精度的关键因素，而C1、C2的值取决于L1、L2，L1与L2大小越相近，C1与C2越平衡。如图2所示，电流互感器从外到内依次包括：初级线圈2，绝缘层，次级线圈1，磁芯3。所述磁芯为实心的闭合磁芯，次级线圈绕制在磁芯上，绝缘层绕制在次级线圈上，初级线圈绕制在绝缘层外。所述电流互感器线圈的绕制方法，包括如下步骤，S1、导线静止不动的一端为首端，缠绕的一端为末端。将第一导线绕制在磁芯外形成第一次级线圈1.1，将第一导线的首端1.3预留在第一次级线圈1.1的内侧，根据次级线圈1的匝数和磁芯3的周长及所选用导线的直径等数据计算出次级线圈的导线需要绕制的总层数A、第一次级线圈绕制层数B及第二次级线圈绕制层数C，A、B、C之间满足A＝B+C，将第一导线绕制在磁芯3上，第一导线绕制的层数为B；将第一导线的末端1.4预留在第一次级线圈1.1的外侧；S2、将第二导线反向绕制在第一次级线圈1.1外形成第二次级线圈1.2，将第二导线的首端1.5预留在第二次级线圈的内侧，第二导线绕制的层数为C，根据实际生产经验，C一般取值1、2、3，将第二导线的末端1.6预留在第二次级线圈的外侧；S3、将第一导线的首端1.3与第二导线的首端1.5相连接；S4、第一导线的末端1.4和第二导线的末端1.6作为次级线圈1的两个输出端；S5、在次级线圈1的外围使用绝缘胶纸包裹形成绝缘层，次级线圈的两个输出端预留在绝缘层外；S6、在绝缘层的外围绕制初级线圈2，当初级线圈匝数较少，只需绕制一层时，可直接选用带有绝缘层的导线绕制在次级线圈外侧，初级线圈的首端2.1和初级线圈的末端2.2作为初级线圈2的两个输入端。当初级线圈匝数较多，需绕制层数较多时，其绕制方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流互感器，包括磁芯，所述磁芯外绕制有次级线圈，其特征在于：所述次级线圈包括第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈绕制在磁芯外，所述第一次级线圈至少绕制一层；所述第二次级线圈绕制在第一次级线圈外，所述第二次级线圈至少绕制一层；所述第一次级线圈的首端和第二次级线圈的首端相连接，所述第一次级线圈的末端和第二次级线圈的末端为所述次级线圈的两个输出端。

【技术特征摘要】
1.一种电流互感器，包括磁芯，所述磁芯外绕制有次级线圈，其特征在于：所述次级线圈包括第一次级线圈和第二次级线圈，所述第一次级线圈绕制在磁芯外，所述第一次级线圈至少绕制一层；所述第二次级线圈绕制在第一次级线圈外，所述第二次级线圈至少绕制一层；所述第一次级线圈的首端和第二次级线圈的首端相连接，所述第一次级线圈的末端和第二次级线圈的末端为所述次级线圈的两个输出端。2.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于：所述第二次级线圈绕制一层，二层或者三层。3.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于：所述次级线圈外围包裹有绝缘层。4.一种电流互感器线圈的绕制方法，其特征在于：包...

【专利技术属性】
技术研发人员：明晋平，周伟光，金海波，
申请(专利权)人：宁波三星医疗电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33