專利名稱：帶磁芯的空心線圈電流傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電工技術中電流測量設備，用于交流及暫態(tài)電流測量。
背景技術：
專利申請?zhí)?00410038299.6的發(fā)明專利申請“電磁式電流互感器鐵心在線祛磁方法”，是將祛磁裝置接在電磁式電流互感器的副邊并和負荷串聯(lián)，其祛磁裝置是由電力電子開關器件雙向可控硅及其控制電路和電流傳感器組成，定時(如每年一次)或運行人員根據(jù)電路電流情況操動；但在電磁式電流互感器的副邊串聯(lián)或并聯(lián)有源電力電子開關器件或無源器件，一旦器件失效或損壞，特別是串聯(lián)式祛磁方法，電流互感器副邊有可能開路，則會產生高電壓，造成危險后果；因此它們存在不可忽視的可靠性問題。專利申請?zhí)?00410042701.8的發(fā)明專利申請“量計型電磁式電流互感器剩磁在線抑制方法”，是在電磁式電流互感器的副邊和負荷之間并接剩磁抑制裝置。電流互感器副邊的輸出電壓被限制到預設水平，鐵心中的磁通將受到限制不會大幅增大，在電流中止后鐵心中剩磁將被限制；但在該申請中，并聯(lián)器件使用反向串聯(lián)的穩(wěn)壓或整流二極管、瞬變電壓抑制二極管或金屬氧化物變阻器，它們與負載并聯(lián)，這些器件在長期使用中由于溫度變化，時間變化，有可能性能漸變，如漏電流增大，則增大了負載的測量誤差，對于量計型互感器這是特別值得關注的問題。
專利號ZL 03224089.9的實用新型專利“空心線圈電流互感器”，包括電流信號傳感頭和電流感應信號處理電路。電流信號傳感頭包括環(huán)形的非磁性支撐骨架和電磁導線繞成的信號感應線圈，該線圈繞在非磁性支撐骨架上，并與該骨架構成感應體。這種裝置屬于傳統(tǒng)的空心線圈電流互感器，它不存在鐵磁飽和及剩磁問題，測量頻帶寬，重量輕；但由于空心互感器沒有鐵心，互感不可能很大，空心線圈感應信號也不可能很大，信噪比不高，不可能長距離傳輸電壓弱信號，往往需要有源積分器就近聯(lián)接對信號積分放大，屬有源傳感器，使用中受到很多限制。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種帶磁芯的空心線圈電流傳感器，克服磁飽和及剩磁問題，以準確傳感交流及暫態(tài)電流，其波形不失真、測量頻帶寬、屬無源傳感器、高可靠性運行的結構，可廣泛用于電力系統(tǒng)、電工技術領域中。
本發(fā)明帶磁芯的空心線圈電流傳感器，由傳感頭和電阻、電容組成的積分電路組成，其特征在于(1)所述傳感頭結構為在環(huán)形磁芯上，均勻雙線并繞有結構和參數(shù)相同的第一檢測線圈和第二檢測線圈，在檢測線圈外設置銅或鋁屏蔽層；所述環(huán)形磁芯由磁性粒子投入液態(tài)可固化絕緣材料中，再加入添加劑，攪拌均勻后倒入環(huán)形模具中，固化成型構成；
(2)所述電阻、電容組成RC積分電路；所述第一檢測線圈的同名端、非同名端和第二檢測線圈的同名端、非同名端并聯(lián)連接，構成一個檢測線圈，雙同名端與RC積分電路電阻一端相連，電阻另一端與電容一端相連，第一檢測線圈和第二檢測線圈雙異名端與電容另一端相連；(3)自校時第一檢測線圈和第二檢測線圈的同名端和非同名端斷開，構成兩個結構和參數(shù)相同的線圈，以便自校。
所述的帶磁芯的空心線圈電流傳感器，其進一步特征在于環(huán)形磁芯中按重量百分比，磁性粒子為(0.1～99)％，其他為液態(tài)可固化絕緣材料和添加劑。
所述的帶磁芯的空心線圈電流傳感器，所述環(huán)形磁芯中磁性粒子可以為Fe、Co、Ni、FeCo、NiFe、Fe3O4、Fe2O3，添加劑可以為胺類固化劑、乙二胺、二丁脂，液態(tài)可固化絕緣材料為樹脂、改性樹脂。
本發(fā)明既具有專利申請?zhí)?00410042701.8“量計型電磁式電流互感器剩磁在線抑制方法”的鐵心電流互感器的優(yōu)點，屬于無源電流傳感器，不需向傳感器提供電源、可靠性高、抗干擾能力強、使用方便；同時也具有專利號ZL 03224089.9“空心線圈電流互感器”的空心電流互感器的優(yōu)點，不存在磁飽和及剩磁問題、測量頻帶寬、結構簡單、體積小、重量輕?？蓮V泛用于電力系統(tǒng)、電工技術領域中。


圖1本發(fā)明的傳感頭外型圖；圖2本發(fā)明的傳感頭截面圖；圖3本發(fā)明的電路連接圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結合附圖對本發(fā)明進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的傳感頭外型為圓環(huán)狀，其截面如圖2所示環(huán)形磁芯C1是將磁性粒子，如Fe、CO、Ni、FeCo、NiFe、Fe3O4、Fe2O3等，投入到液態(tài)可固化絕緣材料如樹脂或改性樹脂中，加入一定量的添加劑，如胺類固化劑、乙二胺、二丁脂等，攪拌均勻后倒入環(huán)形模具中，固化成形的磁芯。在環(huán)形磁芯C1外，雙線并聯(lián)繞上第一檢測線圈W21和第二檢測線圈W22，在檢測線圈外設置銅屏蔽層E。
例如，選用重量百分比為0.1％的Fe粉粒，投入到改性樹脂中，加入胺類固化劑，攪拌均勻后倒入環(huán)形模具中，固化成形為磁芯。也可選用重量百分比為99％的Fe3O4粉粒，投入到樹脂中，加入乙二胺、二丁脂添加劑，攪拌均勻后倒入環(huán)形模具中，固化成形為磁芯。
圖3所示的一次繞組W1即傳輸被測交流及暫態(tài)電流i的母線，通常W1＝1即母線為1匝，從如圖1所示的傳感頭中心圓孔穿過。
圖3給出了帶特殊磁芯空心線圈電流傳感器的電路圖。傳感頭T中，雙線并繞的第一檢測線圈W21和第二檢測線圈W22的同名端1用導線相連，并連接到無源RC積分器的電阻R的一端，電阻R的另一端與電容C的一端相連，形成傳感器輸出電壓信號U2的一個端鈕。第一檢測線圈W21和第二檢測線圈W22的異名端2用導線相連，并連接到無源RC積分器的電容C的另一端，形成傳感器輸出電壓信號U2的另一個端鈕。
本傳感器投入測量運行后，母線W1(W1＝1)通過被測交流或暫態(tài)電流i，該電流i產生的磁場通過特殊環(huán)形磁芯C1的耦合，在并聯(lián)第一檢測線圈W21和第二檢測線圈W22的兩端1和2之間，產生互感電壓U1，且U1＝M·di/dt，式中M為互感系數(shù)。由于環(huán)形磁芯是將磁性粒子，如Fe、Co、Ni、FeCo、NiFe、Fe3O4，F(xiàn)e2O3等，投入到液態(tài)可固化的絕緣材料如樹脂中，加入一定量的添加劑，如胺類固化劑、乙二胺、二丁脂等，然后固化成型的磁芯。①它具有低磁導率、低磁感應強度、寬頻帶、寬磁場強度線性范圍的特性。第一檢測線圈W21及第二檢測線圈W22和傳統(tǒng)的空心線圈電流互感器類似，為電壓輸出的開路運行方式，故稱之為帶磁芯的空心線圈電流傳感器。由空心線圈互感公式M＝μ0NS/L可知，磁芯將空心線圈磁導率μ0提高到適度的μr，則互感M可相應提高，從而空心線圈感應電壓增大到幾伏到幾十伏的安全電壓，該電壓比噪聲干擾電壓大得多，信噪比高，信號可以在現(xiàn)場至控制室數(shù)百米距離內直接傳送；同時磁芯起到了更加有效約束被測電流磁場的作用。②由互感M的公式可知，若保持互感M、空心線圈長度L、截面積S一定，由于μ0提高到μr，空心線圈匝數(shù)N可減少，從而減小了空心線圈寄生參數(shù)電感L0、電容C0、電阻R0，由空心線圈上限頻率公式f＝1/〔2π(L0C0)1/2〕可知，實現(xiàn)了寬頻帶的效果。③由于這種帶磁芯的空心線圈輸出電壓信號大幅度提高，線圈后面可直接連接無源RC積分器，當RC的值選擇較大，且R＞＞1/(ωC)時，與有源積分器一樣，無源積分器同樣可獲得比較理想的輸出效果，即U2＝-Mi/(RC)。因為互感M、電容C、電阻R都是常數(shù)，輸出電壓U2則正比于被測電流i，即可準確測出被測電流。
本發(fā)明將磁芯這一鐵心互感器具有的鐵心結構，與二次線圈開路運行的空心互感器原理相結合，構成帶磁芯的空心線圈電流傳感器，它具有空心互感器無磁路飽和及剩磁、失真度小、頻帶寬、結構簡單的特點，也具有鐵心互感器不需輔助電源、抗干擾能力強、使用靈活方便、無源傳感器的特征；因這種磁芯的磁性源是磁性微粒，在高頻段也可高效使用；由于磁芯磁場強度在很大的范圍內磁化曲線保持線性，從而保證了這種傳感器在測量交流及暫態(tài)電流時具有失真度小的特征。
權利要求
1.一種帶磁芯的空心線圈電流傳感器，由傳感頭和電阻、電容組成的積分電路組成，其特征在于(1)所述傳感頭結構為在環(huán)形磁芯上，均勻雙線并繞有結構和參數(shù)相同的第一檢測線圈和第二檢測線圈，在檢測線圈外設置銅或鋁屏蔽層；所述環(huán)形磁芯由磁性粒子投入液態(tài)可固化絕緣材料中，再加入添加劑固化成型構成；(2)所述電阻、電容組成RC積分電路；所述第一檢測線圈的同名端、非同名端和第二檢測線圈的同名端、非同名端并聯(lián)連接，構成一個檢測線圈，雙同名端與RC積分電路電阻一端相連，電阻另一端與電容一端相連，第一檢測線圈和第二檢測線圈雙異名端與電容另一端相連；(3)自校時第一檢測線圈和第二檢測線圈的同名端和非同名端斷開，構成兩個結構和參數(shù)相同的線圈，以便自校。
2.如權利要求1所述的帶磁芯的空心線圈電流傳感器，其特征在于環(huán)形磁芯中按重量百分比，磁性粒子為(0.1～99)％，其他為液態(tài)可固化絕緣材料和添加劑。
3.如權利要求1或2所述的帶磁芯的空心線圈電流傳感器，其特征在于所述環(huán)形磁芯中磁性粒子為Fe、Co、Ni、FeCo、NiFe、Fe3O4、Fe2O3，添加劑為胺類固化劑、乙二胺、二丁脂，液態(tài)可固化絕緣材料為樹脂、改性樹脂。
全文摘要
帶磁芯的空心線圈電流傳感器，屬于電流測量設備，用于交流及暫態(tài)電流測量，克服磁飽和及剩磁問題，以準確傳感交流及暫態(tài)電流。本發(fā)明(1)傳感頭結構為在環(huán)形磁芯上，均勻雙線并繞有結構和參數(shù)相同的第一檢測線圈和第二檢測線圈，在檢測線圈外設置銅或鋁屏蔽層；環(huán)形磁芯由磁性粒子投入液態(tài)可固化絕緣材料中，再加入添加劑固化成型構成；(2)第一檢測線圈和第二檢測線圈并聯(lián)連接，構成一個檢測線圈，雙同名端與RC積分電路電阻一端相連，電阻另一端與電容一端相連，第一檢測線圈和第二檢測線圈雙異名端與電容另一端相連。本發(fā)明波形不失真、測量頻帶寬、屬無源傳感器、高可靠性運行的結構，可廣泛用于電力系統(tǒng)、電工技術領域中。
文檔編號H01F38/32GK1847861SQ20061001906
公開日2006年10月18日 申請日期2006年5月15日 優(yōu)先權日2006年5月15日
發(fā)明者任士焱 申請人:華中科技大學