电流传感器和用于测量电流的装置制造方法及图纸

一种罗氏型电流传感器，包括围绕电流导体(10)的两个线圈层(2、3)，每个线圈层包括缠绕在多个轴线上的多个绕组，所述轴线形成布置在平行平面(P1、P2)上的相同形式的多边形轮廓，并且彼此面对地布置，使得第一多边形的每个角区域(201、202、203、204)面向第二多边形(31、32、33、34)的相应角区域，并且使得在每个角区域中，第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝具有与第二层线圈(3)的绕组的匝不同的取向。

【技术实现步骤摘要】
电流传感器和用于测量电流的装置
本专利技术涉及一种用于测量电导体中的电流的传感器。它更具体地适用于工业环境中的交流电流的测量。本专利技术还涉及一种用于测量电功率或能量的装置，或者涉及一种用于保护或控制配电电路的装置(例如断路器或接触器)，其包括至少一个这样的电流传感器。
技术介绍
电流传感器使用在用于测量电流、功率或能量的装置中，以及用于保护或控制配电设备的装置(诸如断路器、接触器、开关)中。在电流传感器中，Rogowski型感应传感器的使用在文献中被广泛描述。Rogowski型的电流传感器包括由磁性材料制成的支撑件，其围绕也被称为电流线的电导体，待测电流在其中流动。导线缠绕在支撑件上以形成次级绕组。整体形成变压器，其中所述电流线构成初级绕组，并且所述次级绕组提供测量信号，该测量信号表示在电流线中流动的电流的导数。不存在冒着被电流线中的电流产生的磁场饱和的风险的任何磁芯允许传感器在初级电流的宽动态范围上具有非常好的线性响应。这种质量在电流测量中是非常有益的。另一方面，由在电流线中流动的电流在次级绕组中产生的磁场比传感器包括磁路的情况弱得多，从而使得罗氏传感器对外部电磁干扰更敏感，例如对由在传感器附近放置在支撑件外部的另一电流线产生的场。在主导体中测量的电流越低，对外部干扰的敏感性就越显著，在这种情况下信噪比同样越低。此外，对于在通常为平行六面体形状的测量装置中的安装，多边形形状，特别是矩形或正方形比罗氏传感器中的常规圆形形状更合适，因为空间被更好地填充。罗氏圆环的增益与匝数和每匝的面积成比例，能够使多边形形状的传感器的增益最大化：-通过使用矩形或正方形的匝截面，每匝的面积将大于直径等于等效正方形或矩形的边的圆形匝的面积，-通过使用正方形或矩形支撑件，传感器的平均周长将大于等效体积的圆形支撑件的周长，因此，对于等效的卷绕厚度，可以在正方形或矩形支撑件上卷绕更大数量的匝。然而，对于诸如这样的多边形传感器，不再可能在拐角中保持每单位长度的匝数恒定，因为它们表示高不连续点，并且已知为了最小化外部电磁场的影响，卷绕间距在绕组的整个长度上必须是恒定的。旨在解决这种困境的各种实施例是已知的：专利EP1596206描述了一种电流测量装置，其包括由至少三个线圈形成的次级绕组，其中至少一个的端部的局部电感大于朝向线圈中心部分的局部电感。专利EP0838686描述了一种电流测量装置，其包括由至少四个线圈形成的次级绕组。通过以这样的方式布置四个线圈来补偿拐角中的缺失匝，使得每个线圈端部由与其相邻的线圈部分地或全部地重叠。这些解决方案不能完全解决与外部通量对电流测量的影响有关的问题，特别是在三相电气设备被单相负载高度不平衡的情况下，并且更具体地不能完全解决与在测量初级导体中的低电流的情况下获得增加的测量精度有关的问题。
技术实现思路
因此，本专利技术旨在通过提出一种用于测量电流的装置来补救现有技术的缺点，该装置能够传递适于精确测量电流的信号，对外部电磁干扰非常不敏感，并且其形状适于安装在紧凑型工业设备中。根据本专利技术的电流传感器包括围绕电流导体的至少两线圈层，以便执行在所述导体中流动的电流的测量：-第一层线圈包括连接在一起的多个绕组，每个绕组具有布置在第一平面中的纵向卷绕轴线，所述轴线的交叉形成对应于第一多边形的顶点的角区域，每个卷绕轴线形成所述第一多边形的一侧，-第二层线圈包括连接在一起的多个绕组，每个绕组具有布置在平行于第一平面的第二平面中的纵向卷绕轴线，所述轴线的交叉形成对应于第二多边形的顶点的角区域，每个卷绕轴线形成所述第二多边形的一侧。每个绕组层的每个绕组由基本上垂直于卷绕轴线定向的匝组成。第一多边形包括多个角区域，每个角区域由多边形的顶点形成。第二多边形具有与第一多边形相同的形状，并且同样包括多个角区域，每个角区域由第二多边形的顶点形成。第一和第二多边形彼此面对放置，使得第一多边形的每个角区域分别面向第二多边形的每个对应角区域。在每个角区域中，第一层线圈的绕组的匝的取向不同于面对的角区域中的第二层线圈的绕组的匝的取向。每个角区域被单个绕组的端部占据，并且相邻绕组的端部基本上延伸到占据所述角区域的绕组的一侧。第一多边形包括多个基本上直线的区域，每个直线区域由所述多边形的一侧形成。以相同的方式，第二多边形也包括多个基本上直线的区域，每个直线区域由第二多边形的一侧形成。第一层线圈的每个直线区域分别面向第二层线圈的相应直线区域。在第一支撑件的每个直线区域中的第一层线圈的绕组的卷绕轴线平行于在第二支撑件的相对直线区域中的第二层线圈的绕组的卷绕轴线。电流传感器的第一层线圈和第二层线圈的绕组各自缠绕在非磁性类型的支撑件上。第一层线圈的绕组和第二层线圈的绕组的线圈节距基本上是恒定的。第一层线圈的绕组串联连接，第二层线圈的绕组串联连接。第一层线圈的绕组的卷绕方向优选相对于第二层线圈的绕组的卷绕方向反转。第一和第二多边形的形状优选地是矩形或正方形。根据该实施例，在每个角区域中，第一层线圈的绕组的匝相对于在面对角区域中的第二层线圈的绕组的匝大致成直角。电流传感器的线圈可以根据印刷电路技术，根据基于丝网印刷或者基于三维印刷在绝缘支撑件上沉积导电材料的技术来制造，该列表是非限制性的。根据本专利技术，用于测量电功率或能量的装置，例如电流表或功率表，包括至少一个电流传感器。优选地，第一层线圈的第一端连接到测量装置的参考电位，第一层线圈的第二端连接到优选为差分放大器类型的放大器的第一输入端，第一端的第二层线圈的第一端连接到测量装置的所述参考电势，并且第二层线圈的第二端连接到放大器的第二输入端。至少一个处理电路连接到至少一个电流传感器，所述处理电路适于执行对表示在电流导体中流动的电流的信号的测量。根据本专利技术的电跳闸单元包括至少一个电流传感器和连接到所述电流传感器的至少一个处理电路，以便接收表示在电流导体中流动的电流的至少一个信号。开关装置包括电跳闸单元，该跳闸单元包括根据本专利技术的至少一个传感器、用于打开电触点的机构、电跳闸单元连接到断开机构以打开开关装置的触点。附图说明从以下通过非限制性示例给出并且在附图中给出的本专利技术的具体实施例的以下描述中，将更清楚地显现其它优点和特征，其中：-图1表示根据优选实施例的传感器的透视图；-图2A和2B表示传感器的优选多边形形状。-图3A和3B表示在两个面对的角区域中的传感器的两线圈层的匝的安装的俯视图；-图3C和3D表示在两个面对的角区域中的传感器的两线圈层的匝的安装的变体的俯视图；-图4A和4B表示从上方观察的第一和第二层线圈的第一实施例；-图5A和5B表示从上方观察的第一和第二层线圈的第二实施例；-图6表示集成根据本专利技术的电流传感器的测量装置的框图；-图7表示根据本专利技术的集成多个电流传感器的开关装置的框图。具体实施方式根据本专利技术的优选实施例，如图1所示，电流传感器1包括第一层线圈2和布置在电流线10周围的第二层线圈3。待测量的电流在电流线10中流动。第一层线圈2包括通过在支撑件25上卷绕导线而产生的多个绕组21、22、23、24。所述绕组电串联连接。绕组21沿着轴线X1卷绕，绕组22沿着轴线X2卷绕，绕组23沿着轴线X3卷绕，绕组24沿着轴线X4卷绕。轴线X1、X2、X3、X4布置在同一个平面P1中。轴线X1、X2、X本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种罗氏型电流传感器，包括能够围绕电流导体(10)的第一层线圈(2)和第二层线圈(3)，以便执行对所述导体中流动的电流的测量，‑第一层线圈(2)，包括连接在一起的多个绕组(21、22、23、24)，每个绕组具有布置在第一平面P1中的纵向轴线(X1、X2、X3、X4)，以及基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第一平面(P1)中的第一多边形(200)的顶点的角区域，‑第二层线圈(3)，包括连接在一起的多个绕组(31、32、33、34)，每个绕组具有布置在平行于所述第一平面P1的第二平面P2中的纵向轴线(Y1、Y2、Y3、Y4)，和基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第二平面(P2)中的第二多边形(300)的顶点的角区域，‑所述第一多边形(200)和所述第二多边形(300)彼此面对放置，使得所述第一多边形(200)的每个角区域分别定位为面向所述第二多边形(300)的每个对应的角区域，其特征在于在每个角区域(201、202、203、204)中，所述第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝的取向不同于所述第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)在面对的角区域(301、302、303、304)中的取向。...

【技术特征摘要】
2015.11.23 FR 15612281.一种罗氏型电流传感器，包括能够围绕电流导体(10)的第一层线圈(2)和第二层线圈(3)，以便执行对所述导体中流动的电流的测量，-第一层线圈(2)，包括连接在一起的多个绕组(21、22、23、24)，每个绕组具有布置在第一平面P1中的纵向轴线(X1、X2、X3、X4)，以及基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第一平面(P1)中的第一多边形(200)的顶点的角区域，-第二层线圈(3)，包括连接在一起的多个绕组(31、32、33、34)，每个绕组具有布置在平行于所述第一平面P1的第二平面P2中的纵向轴线(Y1、Y2、Y3、Y4)，和基本上垂直于所述轴线的匝，所述轴线的交叉形成对应于所述第二平面(P2)中的第二多边形(300)的顶点的角区域，-所述第一多边形(200)和所述第二多边形(300)彼此面对放置，使得所述第一多边形(200)的每个角区域分别定位为面向所述第二多边形(300)的每个对应的角区域，其特征在于在每个角区域(201、202、203、204)中，所述第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)的匝的取向不同于所述第二层线圈(3)的绕组(31、32、33、34)在面对的角区域(301、302、303、304)中的取向。2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，每个角区域(201、202、203、204、301、302、303、304)被单个绕组的端部占据，并且相邻绕组的端部基本上延伸到占据所述角区域的绕组的一侧。3.根据权利要求2所述的电流传感器，其特征在于，所述第一层线圈(2)的每个绕组(21、22、23、24)的沿着第一多边形的每个侧边(205、206、207、208)的轴线(X1、X2、X3、X4)平行于所述第二层线圈(3)的每个面对绕组(31、32、33、34)的沿着第二多边形(300)的每个侧边(305、306、307、308)的轴线(Y1、Y2、Y3、Y4)。4.根据前述权利要求中任一项所述的电流传感器，其特征在于，第一层线圈(2)的绕组(21、22、23、24)是串联连接的，并且第...

【专利技术属性】
技术研发人员：L乌兰卡，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR