專利名稱：一種分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器，所屬技術(shù)領(lǐng)域為電力系統(tǒng)中的測量和保護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，電力系統(tǒng)中使用的電磁式電流互感器一般為母線式或穿心式，具有笨重的鐵芯結(jié)構(gòu)，其鐵芯一般為封閉的圓環(huán)形或方形，整個互感器不僅體積龐大，重量重，而且必須在斷電后才能進(jìn)行安裝或拆除等作業(yè)，使供電系統(tǒng)不能正常運行，影響用戶正常用電。此外，電磁式互感器的鐵芯飽和也易導(dǎo)致測量的不準(zhǔn)確。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種體積小，結(jié)構(gòu)簡單，測量精度高，抗干擾能力強(qiáng)等，適合于大規(guī)模批量生產(chǎn)，采用分裂式結(jié)構(gòu)，可在不拆卸母線的情況下帶電安裝或拆除電流互感器，從而保證電力系統(tǒng)的正常運行。
本實用新型的工作原理是電流母線穿過空芯線圈，空芯線圈感應(yīng)出與電流母線中的電流有固定關(guān)系的電壓信號，此電壓信號經(jīng)雙層屏蔽絞線傳遞到信號采集處理單元并按固定規(guī)律轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號由數(shù)字接口通過以太網(wǎng)傳輸給測量和微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)，并且就地由模擬接口輸出模擬信號。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實用新型一種分裂式印刷電路板空芯線圈電流互感器是由印制電路板空芯線圈、傳輸雙層屏蔽絞線，信號采集處理單元，數(shù)字接口和模擬接口等組成，其特征是分裂式印制電路板空芯線圈由兩塊鏡像印制電路板構(gòu)成，兩塊鏡像印制電路板之間采用回繞線連接端子和線圈連接端子相互連接，每塊電路板采用三層印制電路板結(jié)構(gòu)制作，在其頂層和底層沿圓周均勻布線，頂層導(dǎo)線和底層導(dǎo)線經(jīng)過孔連接形成線圈，線圈匝數(shù)為200～300匝，線圈回繞線布置在印制電路板的中間層，其位置為線圈截面的幾何中心。
所述的信號采集處理單元是由信號調(diào)理部分、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件FPGA、電光轉(zhuǎn)換器、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，并按照信號流向采用導(dǎo)電布線順序連接制成的印刷電路板。
所述的信號還原的數(shù)字積分是由可編程邏輯控制器FPGA完成。
本實用新型的有益效果是本實用新型采用了印制電路板的空芯線圈，加工簡單，易于工業(yè)批量生產(chǎn)，避免手工或半手工繞制空芯線圈造成的性能分散性，能保證工業(yè)批量生產(chǎn)的空芯線圈性能穩(wěn)定和一致性，大大提高了電流互感器的測量精度；同時，采用分裂式的結(jié)構(gòu)可在不拆卸母線的情況下帶電安裝或拆除電流互感器，從而保證了電力系統(tǒng)的正常運行。該實用新型能夠有效地解決傳統(tǒng)電磁式互感器在絕緣和信號傳輸方面的不足和隱患，同時也克服了一般空芯線圈由于制作時容易產(chǎn)生誤差而造成的測量精度不高和性能分散問題。


以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明圖1為本實用新型分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型分裂式印制電路板空芯線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為用于測量零序電流的分裂式印制電路板空芯線圈結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為本實用新型分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器實施例示意圖。
圖中零部件、部位及編號1電流母線2分裂式印制板空芯線圈3雙層屏蔽絞線4信號采集處理單元5模擬接口6數(shù)字接口7線圈信號輸出端 8線圈接地端 9頂層導(dǎo)線10底層導(dǎo)線 11回繞線 12過孔13印制板基板 14線圈固定螺孔 15回繞線連接端子16線圈連接端子 17信號調(diào)理部分 18A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器
19可編程邏輯器件FPGA20電光轉(zhuǎn)換器21D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器具體實施方式
本實用新型如圖1所示，當(dāng)高壓電流母線(1)流過電流時，分裂式印制電路板空芯線圈(2)中感應(yīng)出與該電流信號有固定關(guān)系的電壓信號，傳輸雙層屏蔽絞線(3)將該信號傳輸?shù)叫盘柌杉幚韱卧?4)進(jìn)行處理；經(jīng)過處理后的數(shù)字信號由數(shù)字接口(6)傳輸?shù)诫娏ο到y(tǒng)的以太網(wǎng)總線，同時模擬信號由模擬接口(5)輸出。
本實用新型的空芯線圈結(jié)構(gòu)如圖2所示本實用新型的空芯線圈采用了分裂式結(jié)構(gòu)，整個線圈由鏡像的兩個線圈構(gòu)成，兩部分之間采用回繞線連接端子(15)和線圈連接端子(16)相互連接；每個線圈的主要特征為印制板基板(13)為印制電路板基板，采用三層印制板結(jié)構(gòu)；在其頂層線圈和底層線圈均勻布線，頂層導(dǎo)線(9)和底層導(dǎo)線(10)(在圖中分別用實線和虛線表示)經(jīng)過孔(12)相連，形成的線圈為200～300匝；印制板中間層導(dǎo)線(11)為線圈的回繞線，用于消除外界磁場的干擾?；ジ衅鞯男盘柼幚韱卧慕Y(jié)構(gòu)如圖4所示，其中雙層屏蔽絞線(3)用于將空芯線圈(2)的電壓信號傳遞至信號處理單元；信號調(diào)理部分(17)用于輸入信號的調(diào)理、放大；A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(18)則將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；可編程邏輯器件FPGA(19)作為信號處理單元的控制核心，完成A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換控制、數(shù)字積分等任務(wù)；D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器(20)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，以供現(xiàn)場測試用；電光轉(zhuǎn)換器(21)將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為光信號，經(jīng)光纖傳遞出去。
本實用新型的最佳實施例如圖4所示。圖中電流母線(1)中流過電流，空芯線圈(2)感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號；空芯線圈(2)由兩個鏡像的印制電路板通過回繞線連接端子(15)和線圈連接端子(16)串接構(gòu)成，每個電路板采用三層板結(jié)構(gòu)，并在電路板的頂層和底層均勻布線，用過孔連接，形成線圈300匝，印制電路板的中間層布置了導(dǎo)線體構(gòu)成線圈回繞線，該回繞線放置于空芯線圈環(huán)繞截面的幾何中心線處，消除外界磁場干擾；連接的電纜(3)為工業(yè)級的雙層屏蔽絞線；將該信號傳輸?shù)叫盘栒{(diào)理部分(17)進(jìn)行濾波并放大到模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D(18)的測量范圍；可編程邏輯控制器FPGA(19)控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器(18)采樣(17)的輸出信號，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后送入FPGA(19)中；FPGA內(nèi)的數(shù)字積分電路對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行積分，將電壓信號還原成與母線(1)電流同相位的數(shù)字信號；可編程邏輯控制器FPGA(19)將積分后的數(shù)字信號由電光轉(zhuǎn)換器(21)變?yōu)楣庑盘柡蠼?jīng)與數(shù)字接口(6)相連的光纖傳輸?shù)揭蕴W(wǎng)總線；同時也可將FPGA(19)積分后的信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(20)轉(zhuǎn)換為模擬信號由模擬接口(5)輸出。信號調(diào)理芯片(17)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(18)，可編程邏輯控制器FPGA(19)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A(20)，電光轉(zhuǎn)換器(21)，數(shù)字接口(6)均為工業(yè)級通用芯片。
權(quán)利要求1.一種分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器是由分裂式印制電路板空芯線圈(2)，雙層屏蔽絞線(3)，信號采集處理單元(4)，模擬接口(5)和數(shù)字接口(6)組成，其特征是分裂式印制電路板空芯線圈由兩塊鏡像印制電路板構(gòu)成，兩塊鏡像印制電路板之間采用回繞線連接端子(15)和線圈連接端子(16)相互連接，每塊電路板采用三層印制電路板結(jié)構(gòu)制作，在其頂層和底層沿圓周均勻布線，頂層導(dǎo)線(9)和底層導(dǎo)線(10)經(jīng)過孔(12)連接形成線圈，線圈匝數(shù)為200～300匝，線圈回繞線(11)布置在印制電路板的中間層，其位置為線圈截面的幾何中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分裂式印制電路板空芯線圈電流互感器，其特征是信號采集處理單元(4)是由信號調(diào)理部分(17)、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器(18)、可編程邏輯器件FPGA(19)、電光轉(zhuǎn)換器(20)、D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換器(21)構(gòu)成，并按照信號流向采用導(dǎo)電布線順序連接制成的印刷電路板。
專利摘要本實用新型屬于電力系統(tǒng)的測量和保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種分裂式的印制電路板空芯線圈電流互感器。這種分裂式印制板空芯線圈采用兩塊鏡像的印制電路板實現(xiàn)，每塊電路板采用三層印制電路板結(jié)構(gòu)制作，在其頂層和底層沿圓周均勻布線，頂層導(dǎo)線和底層導(dǎo)線經(jīng)過孔連接形成線圈，兩塊鏡像印制電路板之間采用回繞線連接端子和線圈連接端子相互連接。信號處理部分采用可編程邏輯器件FPGA作為控制核心，完成對信號的調(diào)理、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字積分和電光轉(zhuǎn)換。本實用新型避免手工或半手工繞制空芯線圈造成的性能分散性，能保證工空芯線圈性能穩(wěn)定和一致性；可在不拆卸母線的情況下帶電安裝或拆除電流互感器，保證了電力系統(tǒng)的正常運行。
文檔編號G01R15/00GK2836201SQ200520034968
公開日2006年11月8日 申請日期2005年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者方春恩, 李偉 申請人:西華大學(xué)