一种电流互感器中的互感线圈制造技术

本发明专利技术提供了一种电流互感器中的互感线圈，该互感线圈为由至少三个独立线圈首尾相接构成的多边形线圈；其中，相邻两个独立线圈的两端相互重叠，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度。本发明专利技术能够减少受外界干扰的影响和对被测量导体位置的敏感性，提高电流互感器的测量精度。并且降低了绕线难度，特别在要求电流互感器的体积很小时，优点更加突出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流测量
，特别涉及一种电流互感器中的互感线圈。
技术介绍
目前，对塑壳断路器(MCCB，Molded Case Circuit Breaker)的要求逐渐朝着节电 和高精度的方向发展，对于具有单一保护功能的MCCB已经不能够满足快速发展的市场需 求，新型的MCCB同时具备保护功能和电流质量分析的MCCB具备更强的竞争力。对于电流质量分析功能，高精度的电流测量对于MCCB是必须的，在现有的MCCB产 品中，铁芯电流互感器是进行电流测量的主流，其具有结构简单和低成本的优势，如图1所 示，该铁芯电流互感器由四个独立的线圈围成的方形线圈构成，这些线圈是导线缠绕在铁 芯上形成的，被测量导体位于方形线圈中间。但是其缺点是电流测量范围小以及测量精度 低。其中，测量精度低主要体现在两个方面抗外界干扰能力差以及对被测导体位置的敏感 性。针对测量精度低的问题，现有技术中提出在电流互感器中采用完全闭合的圆形线 圈，由于测量精度低是独立线圈两端之间的不连续性造成的，当仅采用一个闭合的圆形线 圈时，能够提高抗外界干扰能力和对被测导体位置的敏感性，从而提高测量精度。但是，闭 合的圆形线圈对于绕线工艺带来了较大的困难，特别在要求电流互感器的体积很小时困难 更加突出。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种电流互感器中的互感线圈，以便于提高电流互感器 的测量精度。一种电流互感器中的互感线圈，该互感线圈为由至少三个独立线圈首尾相接构成 的多边形线圈；其中，相邻两个独立线圈的两端相互重叠，每个独立线圈中与其它独立线圈相重 叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度。较优地，所述独立线圈为罗可夫斯基线圈。另外，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度恒定，非重叠部分 的绕线密度恒定。在上述结构中，所述多边形线圈的结构对称。更进一步地，当所述互感线圈由偶数个独立线圈构成时，所述独立线圈分别设置 在印刷电路板的两侧，每侧任意两个独立线圈在所述多边形线圈中互不相邻。较优地，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度与非重叠部分的 绕线密度比值为0. 43和0. 54之间的值。特别地，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度与非重叠部分的 绕线密度比值具体为0.5。由以上描述可以看出，本专利技术提供的互感线圈由至少三个独立线圈首尾相接构成 多边形线圈，其中相邻两个独立线圈的两端相互重叠，保证构成的线圈环路的连续性，并且 每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度，保证 线圈环路的绕线均勻性，降低了受外界干扰的影响和对被测量导线的位置的敏感性，从而 提高电流互感器的测量精度。并且，该互感线圈由多个独立线圈首尾相接构成，在绕线时针对各独立线圈分别 进行，降低了绕线难度，容易实现，特别在要求电流互感器的体积很小时，优点更加突出。附图说明图1为现有技术中电流互感器中的互感线圈示意图。图2为本专利技术提供的互感线圈示意图。图3为本专利技术提供的互感线圈的设置示意图。图4为本专利技术中提供的三个互感线圈并列排放的示意图。图5为本专利技术中提供的受外界干扰影响的一个误差仿真图。图6为本专利技术中提供的受外界干扰影响的另一个误差仿真图。图7为本专利技术中提供的受被测量导体位置影响的一个误差仿真图。图8为本专利技术中提供的受被测量导体位置影响的另一个误差仿真图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对 专利技术进行详细描述。本专利技术提供的电流互感器中的互感线圈为由至少三个独立线圈首尾相接构成的 多边形线圈；其中，相邻两个独立线圈的两端相互重叠，每个独立线圈中与其它独立线圈相 重叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度。由于铁芯在大电流情况下的饱和特性会使得电流互感器的测量量程受到影响，为 了扩大电流互感器的测量量程，线轴可以采用绝缘材料，即每个独立的线圈均采用罗可夫 斯基线圈(Rogowski coil)。为了使上述互感线圈的结构更加清楚，下面以四个独立线圈首尾相接构成四边形 线圈为例进行详细描述。电流互感器的测量原理基于安培环路定律，即磁感应强度沿任何环路的线积分正 比于穿过该环路所有电流强度的代数和。因此可以看出，环路的形状、穿过环路电流的空间 分布以及没有穿过环路的任何电流均不会电流测量产生影响，但为了保证测量精度，需要 互感线圈构成环路，即相邻的独立线圈不能够出现不连续现象，且需要环路的缠绕密度尽 量保持恒定，即构成环路的互感线圈单位长度的绕线匝数尽量恒定。为了满足测量原理的要求，可以将四个独立线圈首尾相接构成四边形线圈作为互 感线圈，且相邻两个线圈的两端相互重叠保证各独立线圈之间没有间隙，即保证连续性，如 图2所示。另外，为了尽量保持整个互感线圈的缠绕密度恒定，对于重叠部分的线圈绕线密 度需要小于非重叠部分的绕线密度，如果绕线工艺的精准程度达到理想程度，则各独立线圈中重叠部分的绕线密度应为非重叠部分的绕线密度的*。但是，由于实际中的绕线工艺并不能达到理想程度，因此，通常可以保持独立线圈中重叠部分的绕线密度与非重叠部分 的绕线密度比值在0. 43和0. 54之间，实验测得比值在此之间的测量误差仍能保持在0. 1% 以内。具体地，可以采用完全相同的四个独立线圈，该独个独立线圈可以为罗可夫斯基 线圈，其构成的四边形最好满足对称性。另外，在进行绕线时，尽量保证各独立线圈中重叠 部分的绕线密度恒定，非重叠部分的绕线密度恒定。为了保证相邻两个独立线圈两端能够重叠保证没有物理上的间隙，在进行线圈固 定时，可以将独立线圈分别设置在印刷电路板(PCB)的两侧，每侧上任意两个独立线圈互 不相邻。仍以四个为例，如图3所示，其中两个独立线圈位于PCB的一侧，另外两个独立线 圈位于PCB的另一侧，也就是说，相邻两个独立线圈分别位于PCB的两侧，在PCB的两侧重叠。下面按照一个标准的规格对本专利技术提供的上述互感线圈进行验证。如果电流互感 器中存在三个上述互感线圈，如图4所示，各互感线圈中的被测量导体之间的距离为35mm， 被测量导体的可移动范围为士 1. 5mm之内，标识为A的互感线圈受标识为B的互感线圈的 影响如图5所示，最大绝对测量误差小于0. 003% ；标识为A的互感线圈受标识为C的互感 线圈的影响如图6所示，最大绝对测量误差小于0. 001% ；标识为A的互感线圈受外界影响 的总误差为 0. 003% +0. 001%= 0. 004% ο如果被测量导体的可移动范围在3X3mm2之内，则互感线圈受被测量导体的位置 影响可以如图7所示，最大绝对测量误差小于0. 0042% ；如果被测量导体的可移动范围在 9X9mm2之内，则互感线圈受被测量导体的位置影响可以如图8所示，最大绝对测量误差小 于 0. 05%。由以上描述可以看出，本专利技术提供的互感线圈具备以下优点1)该互感线圈由至少三个独立线圈首尾相接构成多边形线圈，其中相邻两个独立 线圈的两端相互重叠，保证构成的线圈环路的连续性，并且每个独立线圈中与其它独立线 圈相重叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度，保证线圈环路的绕线均勻性，从而 提高电流互感器的测量精度。该优点已经从上述实验数据中得到验证，受到外界干扰和被 测量导线的位置影响较小本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电流互感器中的互感线圈，其特征在于，该互感线圈为由至少三个独立线圈首尾相接构成的多边形线圈；其中，相邻两个独立线圈的两端相互重叠，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度。

【技术特征摘要】
1.一种电流互感器中的互感线圈，其特征在于，该互感线圈为由至少三个独立线圈首 尾相接构成的多边形线圈；其中，相邻两个独立线圈的两端相互重叠，每个独立线圈中与其它独立线圈相重叠部 分的绕线密度小于非重叠部分的绕线密度。2.根据权利要求1所述的互感线圈，其特征在于，所述独立线圈为罗可夫斯基线圈。3.根据权利要求1所述的互感线圈，其特征在于，每个独立线圈中与其它独立线圈相 重叠部分的绕线密度恒定，非重叠部分的绕线密度恒定。4.根据权利要求1所述的互感线圈，其特征在于，所述多边形线圈的结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜峰，张先刚，卓越，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]