专利名称：一种交流大电流传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种交流大电流传感器，特 别适用于电力系统交流大电流测量。
背景技术：
电力系统近年来发展迅速，其额定电流容量越来越大，过流冲击电流 也随之大幅度增大。对电力系统交流电流的测量，目前广泛使用的是电磁 感应式铁心电流互感器。电磁感应式电流互感器在额定及以下电流测量采 用铁心闭合式；过流冲击电流监测则采用铁心开口式。由于励磁电流的影 响，铁心开口式电流互感器会产生较大的比差和角差；在大电流冲击下闭 合铁心式使用的铁磁材料易饱和，饱和磁化后产生剩磁，由于剩磁的存在， 会产生磁滞现象，严重影响测量准确度。在常规的计量和过流保护时需使 用两个不同的电流互感器，体积大、成本高。随电流容量的增大，电磁感 应式铁心电流互感器的体积将进一步增大、成本更高。
为避免大电流下铁心饱和及保证测量准确度，对于交流电流的测量， 可采用无铁心的空心线圈方法。空心线圈具有无饱和，线性好的突出优点， 空心线圈的感应输出与线圈的匝数、面积及电流的变化成正比，对工频电 流而言，线圈的匝数、面积直接影响测量结果。现在典型的方法有线绕式 空心线圈和PCB型空心线圈，PCB型空心线圈有单板和多板结构。线绕式 空心线圈，其匝数和面积的一致性受制于加工工艺；PCB型空心线圈匝数 和面积的一致性好，易于大批量生产，但多板结构PCB型空心线圈实际应 用中受多方面的限制，很不方便。有人提出单板结构PCB型空心线圈，但 通有被测电流的导线必须按一定规定敷于电路板上(见文献(1〕周有庆， 等.PCB型空心线圈电流传感器，专利申请号200610032482.4)，其被测电 流范围大受限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种交流大电流传感器，该传感器为圆环形
PCB结构，其匝数和面积的一致性好，易于批量生产，被测电流增大不会 饱和，同时还具有体积小、安装使用方便等特点。
本发明提供的交流大电流传感器，其特征在于它包括圆环形传感器 和积分处理电路，圆环形传感器的输出端与积分处理电路的输入端连接； 圆环形传感器由"层圆环形PCB板构成，圆环形传感器的橫截面上带有 L"/2」个螺旋圈，"为大于等于2的正整数；螺旋圈由各层上的导线和层与 层之间的过孔组成，并在最底层通过导线依次串接；L"/2」表示将"/2向 下取整。
作为上述技术方案的改进，螺旋圈沿圆环形传感器的周向等距均匀分布。
作为上述技术的进一步改进，螺旋圈从起点环绕一周回到与起点相邻 处，然后在螺旋圈的最内圈或最外圈沿螺旋圈环绕的反方向印制一圈导线， 再次回到起点附近成为终点，终点与起点作为圆环形传感器的一对输出端。
本发明的技术效果
1) 无铁心，线性好，不饱和，特别适合交流大电流测量；
2) 采用了多层螺旋圈结构提高灵敏度，可有效减小传感器的体积；
3) 螺旋圈等距均匀分布并与反向印制的一圈导线结合,可有效抵御邻近 电流和外磁场干扰；
4) 多个串联使用可进一步提高灵敏度，测量较小的电流。
5) 成本低， 一致性好，安装使用极方便。
图1为本发明交流大电流传感器的整体实现图。图2为本发明中圆环形传感器2的横截面结构示意图。 图3为本发明中圆环形传感器2的顶层结构示意图。 图4为本发明交流大电流传感器的抗干扰示意图。 图5为本发明传感器串联使用示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。 本发明交流大电流传感器包括圆环形传感器2和积分处理电路3,整体
实现如图1，通有被测电流/p的导体1从圆环中心穿过。
圆环形传感器2为n层PCB板，其横截面如图2所示，圆环形传感器
2的横截面上为L"/2」个螺旋圈，n为不小于2的正整数；螺旋圈由各层上
的导线4和层与层之间的过孔5组成，螺旋圈之间在最底层通过导线连接；
卜/2」表示将n/2向下取整。
本发明可以采用如下优选方案使其更有效地抵御邻近电流和外磁场干 扰如图3和图4所示，螺旋圈在圆环形PCB板上沿周向等距均匀分布。
螺旋圈从起点环绕一周回到与起点相邻处，然后在螺旋圈的最内圈或最外 圈沿螺旋圈环绕的反方向印制一圈导线6，再次回到起点附近成为终点，终 点与起点作为圆环形传感器2的一对输出端。
螺旋圈的匝数和层叠个数L"/2」与被测电流大小及要求的传感器输出 电压值有关。实际设计时应根据具体要求来确定， 一般匝数为数十匝至数 百匝，层叠个数为l至L"/2」个。圆环形传感器2上螺旋圈等距均匀分布并 与最内圈或最外圈反向印制的一圈导线串接，可有效抵御邻近电流7产生 的外磁场干扰影响，如图4。
本发明的工作过程如下
当导体1上流过被测交流电流/p时，圆环形传感器2内感应出电动势 K， Fo的大小正比于频率一定的交变电流的幅值，^的相位与被测电流/p 相差90度，经过积分处理电路3对Fc的积分处理可以获得被测电流的幅值大小和相位。被测电流*变化的允许范围可从数百安培达数百千安培，
圆环形传感器2上的螺旋圈匝数和层叠个数与被测电流的大小呈反比。本 发明的具体实现如图1所示，通有被测电流/p的导体1从圆环形传感器2 中穿过，圆环形传感器2的输出接积分处理电路3的输入，积分处理电路3 的输出电压与被测电流成正比，相位与被测电流/p相同。
提高螺旋簡的匝数和层叠个数能有效提高圆环形传感器2对被测电流 的响应灵敏度；PCB制造工艺可保证匝数的均匀一致和结构的对称性，因 此能提高测量的准确度。
上述结构圆环形传感器2可单个使用；在需要的情况下，也可将上述多 个单板(圆环形传感器2)首尾相连，串联使用，如图5所示。 实例如下
设被测电流的/p额定值为4kA，额定频率为50Hz，采用11=8层板，螺 旋圈层叠数为4，螺旋圈匝数为800时，圆环形传感器2输出电压为400mV， 积分处理电路3输出电压为200mV ，此时输出0.2mV对应被测电流1A。
图4为本发明交流大电流传感器的抗干扰示意图，邻近导线7所通电 流可能会在圆环形传感器2中产生感应电势影响测量结果，由于本发明中 有反向形成的圆环6，它与螺旋圈反向串联，邻近电流线7在螺旋圈和反向 圆环中形成的干扰电势大小相等，方向相反，相互抵消，对测量结果没有 影响。
权利要求
1、一种交流大电流传感器，其特征在于它包括圆环形传感器(2)和积分处理电路(3)，圆环形传感器(2)的输出端与积分处理电路(3)的输入端连接；圆环形传感器(2)由n层圆环形PCB板构成，圆环形传感器(2)的横截面上带有个螺旋圈，n为大于等于2的正整数；螺旋圈由各层上的导线(4)和层与层之间的过孔(5)组成，并在最底层通过导线依次串接；表示将n/2向下取整。
2、 根据权利要求1所述的交流大电流传感器，其特征在于螺旋圈沿 圆环形传感器(2)的周向等距均匀分布。
3、 根据权利要求1或2所述的交流大电流传感器，其特征在于螺旋圈从起点环绕一周回到与起点相邻处，然后在螺旋圈的最内圈或最外圈沿.螺旋圈环绕的反方向印制一圈导线(6)，再次回到起点附近成为终点，终点 与起点作为圆环形传感器(2)的一对输出端。
全文摘要
本发明公开了一种交流大电流传感器，它包括圆环形传感器和积分处理电路，圆环形传感器为n层环形的PCB板，其横截面上设置有n/2」个螺旋圈，相邻螺旋圈依次串接；螺旋圈由各层上的导线和层与层之间的过孔组成，螺旋圈之间在底层通过导线连接；螺旋圈沿圆环的周向等距均匀分布，在最内圈或最外圈上沿螺旋圈反向印制一圈导线，与螺旋圈共同构成两端输出，该输出联接到积分处理电路。本发明对被测电流及其变化敏感，被测电流增大不会饱和，线性好，安装使用方便，同时还能有效消除邻近电流的影响；可单个亦可多个串联使用。本发明适用于交流大电流测量，可以同时满足电力系统测量和保护的要求。
文档编号G01R19/00GK101477145SQ20091006074
公开日2009年7月8日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者垦 徐, 雁 徐, 朱明钧, 霞 肖 申请人:华中科技大学