基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器制造技术

基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器，涉及一种电流互感器。它是为了解决现有电流互感器测量的精确度受限，并且无法直接安装在接线端不能断开的电气设备上的问题。其两组导电条分别固定在两块圆环形PCB板上，每组导电条中导电条的数量为N；N块印制有Rogowski线圈的电路板以两块圆环形PCB板的中轴线为轴呈放射性分布；每块印制线圈的电路板均为多层板，层数为S；每块圆环形PCB板上均开有N个通孔；N块印制有Rogowski线圈的电路板的一端分别穿过一块圆环形PCB板上的N个通孔与一个导电条电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板的另一端分别穿过另一块圆环形PCB板上的N个通孔与一个导电条电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板串联连接。本实用新型专利技术适用于测量流过电气设备的电流。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电流互感器。
技术介绍
以Rogowski线圈为传感头的电流互感器,是一种特殊结构的空心线圈，具有体积小、重量轻、造价低；与被测电流无直接电的联系，无磁饱和与铁心振荡等问题；动态响应范围大、测量范围宽、抗电磁干扰能力强及损耗小等优点。传统的Rogowski线圈是将导线紧密绕制在二次侧环形的非导磁材料的骨架上， 形成空心螺线圈，二次侧感应电压e(t)与一次侧被测电流i(t)满足e(t) = -M di其中M为线圈的互感系数。Rogowski线圈主要适用于测量大电流或是脉冲电流,对于测量IOOA以下的电流较为困难，其原因主要在于线圈的互感系数难以提高，导致二次侧感应电压很微弱，并且极易受到周围电磁干扰的影响。传统的Rogowski线圈主要是手工绕制，其精确度不高，通常设计精确度最高达O.1%，而实际应用为1°/Γ3%，工业批量生产时线圈的分布参数一致性难以保证，从而阻碍了其产业化发展。PCB型的Rogowski线圈利用PROTEL等软件绘制印制电路板(printed circuitboard, PCB)，利用电路板上的印制导线代替线圈，均匀地布置在印制电路板上，数字加工技术在工艺上能保证线圈均匀绕制、每匝线圈横截面相等；线圈的制作只需在电脑上绘制其布线图，操作快捷简便；线圈由数控机床生产，避免了繁琐的绕制过程，缩短了加工周期，提高了生产效率。PCB型的Rogowski线圈不仅克服了传统罗氏线圈线匝不均匀、参数分散性大等缺点，而且灵敏度、测量精确度以及性能方面都优于传统的铜线绕制的线圈。目前，有一种双面对称布线PCB型Rogowski线圈，如图I所示，其中标记A为端子，采用的是在PCB板的顶层和底层双面以环心为中心成放射状均匀密布导线，两层之间通过外径处的过孔B用一小段导线连通，顶层和底层呈对称结构，形成垂直于线圈截面的线匝；由于现有加工工艺的限制，PCB电路板的厚度一般只有几个毫米，为了满足实际要求，通常采用将几块电路板串联使用，如图I所示，印制电路板PCBl和PCB2通过一导线相连接。为了使测量具有更高的准确度，线圈采用偶数块串联，并且相邻两个线圈的绕线方向相反，使流过线圈内部的电流产生的感应电压相叠加，使输出的电势加倍，增加了线圈信号采集的能力，提高了传感头的信噪比；能够有效地抑制垂直于PCB板面磁场产生的感应电动势，线圈外部电场在线圈上产生的感应电压相互抵消，消除了外界磁场的干扰。PCB型Rogowski线圈不含铁心，则其互感系数很小，测量电流时感应出的电压信号非常微弱且极易受到外界的干扰，因此需要增大线圈的互感系数，通常采用的方式是增加线圈的高度，或是增大线圈匝数的密度，但受数字机床加工工艺的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系数的空间很小；布线时铜线太细容易导致断裂，线圈匝数的密度也随着线圈内外径的确定而确定下来。现有的另一种方案Rogowski线圈同样PCB板设计,每层PCB板上用导线绘制4个尺寸相同螺旋线圈，围绕同一中心均匀对称分布，每层相邻的线圈依次串联而成，每个螺旋线圈的顶层和底层通过过孔连接，螺旋线圈可以看成是一个平面，载流导体紧贴在PCB的顶层，围绕不相邻的螺旋线圈构成一砸回路，与PCB板面电气绝缘。为了提高线圈的抗电磁干扰性能，在PCB板上覆铜，起到滤除高频干扰的目的。图2和图3为PCB型Rogowski线圈的结构示意图，其中标号广4为螺旋线圈，标号51为PCB板的过孔。当交流电流i(t)通过如图2所示路径时，由于线圈对称分布，在螺旋线圈1、3上 产生的磁链相同，且方向均是垂直于PCB板面向外,在螺旋线圈2、4上产生的磁链相同,方向垂直于PCB板面向里。从顶层看，线圈1、3产生的感应电动势方向为逆时针，在线圈2、4上产生的感应电动势的方向为顺时针，螺旋线圈依次串联连接，使得整个二次线圈中产生的感应电动势方向相同，因此产生的感应电动势为各个线圈的感应电动势相叠加之和。现有PCB型Rogowski线圈存在的缺点其一，受数字机床加工工艺的限制，其骨架尺寸有一定的限制，增大互感系数的空间很小，测量的精确度受到限制；其二，现有的PCB型Rogowski线圈的每片线圈的绕线匝数受限制，为了提高互感系数，需由偶数块印制电路板串联，多块线圈进行串联后将导致线圈体积会很大；其三，在一些特定场合(如检测流过电气设备的泄漏电流)，电气设备的接线端无法断开，则现有的Rogowski线圈无法安装在设备的接线上，便无法进行检测。
技术实现思路
本技术是为了解决现有电流互感器测量的精确度受限，并且无法直接安装在接线端不能断开的电器设备上的问题，从而提供一种基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器。基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器,它包括两块圆环形PCB板,所述两块圆环形PCB板均水平设置，且块圆环形PCB板同轴设置；它还包括N块印制有Rogowski线圈的电路板和两组导电条,所述两组导电条分别固定在两块圆环形PCB板上，每组导电条中导电条的数量为N个；N块印制有Rogowski线圈的电路板以两块圆环形PCB板的中轴线为轴呈放射性分布；每块圆环形PCB板上均开有N个通孔；N块印制有Rogowski线圈的电路板的一端分别穿过一块圆环形PCB板上的N个通孔与一个导电条电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板的另一端分别穿过另一块圆环形PCB板上的N个通孔与一个导电条电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板串联连接；N为偶数。每块印制有Rogowski线圈的电路板由六个螺旋线圈串联而成。本技术提出一种新型的PCB型Rogowski线圈，基于该线圈的电流互感器,可直接安装于电气设备的接线处，无需改变电气设备的原有接线方式；并且能够根据需要增加每片线圈的螺旋线圈的层数，有效地增大互感系数，有效提高电流互感器的测量灵敏度和精确度。并且，本技术无磁饱和现象，与一次侧高压端无直接电的联系，保证操作人员在二次侧的人身安全。附图说明图I是
技术介绍
中双面对称布线PCB型Rogowski线圈的结构示意图；图2是
技术介绍
中现有PCB型Rogowski线圈的顶层结构示意图；图3是
技术介绍
中现有PCB型Rogowski线圈的底层结构示意图；图4是本技术的结构示意图；图5是图4的俯视图；图6是图4的仰视图；图7是一个电路板的结构示意图；图8是Rogowski线圈设计原理图；图9是一层Rogowski线圈的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一、结合图4至9说明本具体实施方式,基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器，它包括两块圆环形PCB板11，所述两块圆环形PCB板11均水平设置，且块圆环形PCB板11同轴设置；它还包括N块印制有Rogowski线圈的电路板13和两组导电条，所述两组导电条分别固定在两块圆环形PCB板11上，每组导电条中导电条14的数量为N个；N块印制有Rogowski线圈的电路板13以两块圆环形PCB板11的中轴线为轴呈放射性分布；每块圆环形PCB板11上均开有N个通孔；N块印制有Rogowski线圈的电路板13的一端分别穿过一块圆环形PCB板11上的N个通孔与一个导电条14电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板13的另一端分别穿本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于PCB型Rogowski线圈的电流互感器，它包括两块圆环形PCB板（11），所述两块圆环形PCB板（11）均水平设置，且块圆环形PCB板（11）同轴设置；其特征是：它还包括N块印制有Rogowski线圈的电路板（13）和两组导电条，所述两组导电条分别固定在两块圆环形PCB板（11）上，每组导电条中导电条（14）的数量为N个；N块印制有Rogowski线圈的电路板（13）以两块圆环形PCB板（11）的中轴线为轴呈放射性分布；每块圆环形PCB板（11）上均开有N个通孔；N块印制有Rogowski线圈的电路板（13）的一端分别穿过一块圆环形PCB板（11）上的N个通孔与一个导电条（14）电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板（13）的另一端分别穿过另一块圆环形PCB板（11）上的N个通孔与一个导电条（14）电连接；N块印制有Rogowski线圈的电路板（13）串联连接；N为偶数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：魏新劳，朱博，刘通，刘智宏，李锐海，王国利，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：