本實(shí)用新型涉及一種電流互感器，主要應(yīng)用于智能電表行業(yè)的電流測(cè)量。

背景技術(shù)：

目前，智能電能表行業(yè)的電流測(cè)量回路，通常采用錳銅分流器和電磁式電流互感器。

錳銅分流式電流傳感器成本低廉，其工作原理是電阻分壓，由于錳銅的阻值隨溫度的變化較小，但離散性比較大，因此，在2.0級(jí)的單相電能表中被普遍采用。對(duì)普通220V 5(60)A的電能表，其取樣電阻阻值約為250～500μΩ之間，發(fā)熱量約1～2W。

錳銅分流器的優(yōu)點(diǎn)是：加工簡(jiǎn)單、成本低廉、對(duì)直流分量和高次諧波都能測(cè)量。頻率特性從DC-1MHz信號(hào)都能穩(wěn)定傳輸(受電表計(jì)量回路采樣率限制，實(shí)際使用范圍通常在25kHz以下)。

錳銅分流器的缺點(diǎn)是：1、大電流時(shí)電阻發(fā)熱量大，如果端子裝配時(shí)螺絲壓接不牢固，或者散熱處理不當(dāng)，很容易燒壞電表。2、由于金屬成分和加工原因，導(dǎo)致電阻阻值離散性較大，阻值雖然隨溫度變化小，但還是受溫度不規(guī)則地變化，因此，不適合高精度計(jì)量。

由于電壓和電流信號(hào)公共端無(wú)法分離(見圖1)，不能直接被單相三線、兩相兩線、兩相三線、三相三線、三相四線等需要多路電流取樣測(cè)量的應(yīng)用環(huán)境中。

從圖1可以看出，采用錳銅分流器的電能表，火線L是作為計(jì)量回路的參考“地”使用的(計(jì)量芯片耐壓一般在5V以下，如果將電壓分壓輸入采用火線L，而以零線N作為地線，則計(jì)量芯片兩個(gè)模擬輸入的壓差將達(dá)到220VAC，芯片承受不了)，錳銅分流器是與火線“硬聯(lián)接”的。

電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。如圖2所示，電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成，它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測(cè)量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測(cè)量?jī)x表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時(shí)，它的二次回路始終是閉合的，因此測(cè)量?jī)x表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路?；ジ衅鞯膬?yōu)點(diǎn)是線性度好，穩(wěn)定性高，準(zhǔn)確度幾乎不隨溫度變化，特別適合較高精度(0.5S級(jí))的測(cè)量。

采用電流互感器的電能表的電流取樣的參考端在二次側(cè)與零線相連，因此一次側(cè)電流輸入是與電壓回路是隔離的(見圖3)，因此，計(jì)量芯片的參考端可以是零線N，這樣計(jì)量芯片的多個(gè)模擬輸入端的電壓差將控制在2V以下，在芯片通常的5V以下工作電壓的允許范圍內(nèi)。電壓與電流隔離的接入方法，特別適合要求兩個(gè)以上電流回路測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合，如兩相表、三相三線表和三相四線表等。

互感器的缺點(diǎn)是：體積大、成本高、抗過載能力弱，可測(cè)量信號(hào)的頻率范圍一般不超過2.5kHz，尤其是二次側(cè)電流測(cè)量回路不能開路，否則會(huì)產(chǎn)生極高的電壓而損壞測(cè)量電路！

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服上述存在的問題，提供一種電流互感器，既具有錳銅分流器的低成本特性，又具有互感器類似的電流回路與電壓回路的分離，有利于大幅度減輕三相智能電表的體積和重量，降低成本。

本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來(lái)完成的，

電流互感器，它包括傳感頭、導(dǎo)流條和C形磁軛，其中，

傳感頭，其輸出端連接電流采樣電路；

導(dǎo)流條，穿過C形磁軛，其兩端分別連接火線進(jìn)線端和火線出線端，用于通電后在C形磁軛靠近開口端一側(cè)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)；

C形磁軛，所述傳感頭通過C形磁軛的開口端插入，使C形磁軛完全覆蓋所述傳感頭，所述交變磁場(chǎng)在所述傳感頭輸出端感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。

所述C形磁軛的開口端內(nèi)插有與其開口方向相同的C形絕緣片，所述傳感頭插入C形絕緣片的開口端，使C形磁軛和C形絕緣片完全覆蓋所述傳感頭；所述導(dǎo)流條從C形磁軛和C形絕緣片所圍空腔內(nèi)穿過。

所述傳感頭為一采用導(dǎo)線均勻纏繞形成的空心螺線管，該空心螺線管兩端連接所述電流采樣電路。

所述空心螺線管的內(nèi)徑為0.5-1.5mm，纏繞匝數(shù)為1-10匝。

所述空心螺線管以嵌入方式固定于所述電流采樣電路所在的PCB板上。

所述傳感頭為直接印刷于所述電流采樣電路所在PCB板上的平面螺旋式或平面多邊形螺旋式PCB型空心線圈。

所述PCB型空心線圈匝數(shù)為3匝，內(nèi)徑0.5-2mm，外徑4.5mm。

所述導(dǎo)流條包括順序相連形成U形的進(jìn)線端連接段、感應(yīng)段、出線端連接段；其中進(jìn)線端連接段連接火線進(jìn)線端，出線端連接段連接火線出線端，感應(yīng)段穿過所述C形磁軛，使得所述C形磁軛至少覆蓋部分感應(yīng)段，形成導(dǎo)流條與C形磁軛相互勾拉的布置狀態(tài)。

所述C形磁軛采用波莫合金、微晶合金或硅鋼片制成。

所述C形磁軛采用波莫合金一體制成，或者采用微晶合金或波莫合金疊合而成，或者采用硅鋼片疊合而成。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)和效果：

1、本實(shí)用新型采用結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單小巧的傳感頭代替鐵心和繞組，降低了貴金屬材料(銅)的消耗，減輕了重量，減小了體積。2、很容易實(shí)現(xiàn)多相交流電測(cè)量中電壓與電流回路的一次側(cè)電氣分離，簡(jiǎn)化了采樣電路的電源設(shè)計(jì)。3、傳感頭以嵌入方式固定于所述PCB板上(空心螺線管)，或者直接印刷于所述PCB板上(平面螺旋式或平面多邊形螺旋式線圈)，使得互感器能夠在僅占用很小內(nèi)部空間的情況下內(nèi)置于電能表內(nèi)部，從而大大減小電能表的整體體積。4、由于不含鐵心，本實(shí)用新型無(wú)磁滯效應(yīng)和磁飽和現(xiàn)象，帶寬得到顯著改善。5、傳感頭與被測(cè)電流之間沒有電氣連接，對(duì)被測(cè)回路影響極小。6、動(dòng)態(tài)范圍更寬，能夠解決電氣化鐵路、大型電磁爐等沖擊性負(fù)荷的電能計(jì)量難題。7、成本低。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型背景技術(shù)中采用錳銅分流器的電表計(jì)量回路示意圖。

圖2是本實(shí)用新型背景技術(shù)中電流互感器的結(jié)構(gòu)圖。

圖3是本實(shí)用新型背景技術(shù)中采用電流互感器的電表計(jì)量回路示意圖。

圖4是實(shí)施例1中傳感頭的示意圖。

圖5是圖4傳感頭內(nèi)嵌固定于PCB板上的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是實(shí)施例1互感器的主視圖。

圖7-1是整體式波莫合金C形磁軛的結(jié)構(gòu)圖。

圖7-2是疊合式波莫合金或微晶合金C形磁軛的結(jié)構(gòu)圖。

圖7-3是疊合式硅鋼片C形磁軛的結(jié)構(gòu)圖。

圖8是采用本實(shí)用新型互感器的電表計(jì)量回路示意圖。

圖9是實(shí)施例1應(yīng)用于三個(gè)電流回路測(cè)量的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是圖9的爆炸圖。

圖11是實(shí)施例2中傳感頭的示意圖。

圖12是實(shí)施例3中傳感頭的示意圖。

圖13是實(shí)施例4中傳感頭的示意圖。

圖14是實(shí)施例5中傳感頭的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)的介紹。

實(shí)施例1：

如圖6、圖8所示，本實(shí)施例電流互感器包括傳感頭1、導(dǎo)流條2和C形磁軛3，其中，

傳感頭1，如圖4所示，為一采用導(dǎo)線均勻纏繞形成的空心螺線管，其輸出端連接電流采樣電路；

導(dǎo)流條2，包括順序相連的進(jìn)線端連接段2-1、感應(yīng)段2-2、出線端連接段2-3；其中進(jìn)線端連接段2-1連接火線進(jìn)線端，出線端連接段2-3連接火線出線端，感應(yīng)段2-2穿過所述C形磁軛3并對(duì)應(yīng)布置于傳感頭1側(cè)面，用于通電后在C形磁軛3開口端的上下兩個(gè)平面之間，產(chǎn)生與電流強(qiáng)度呈線性關(guān)系的交變磁場(chǎng)；

C形磁軛3，所述傳感頭1通過C形磁軛3的開口端插入，使C形磁軛3完全覆蓋所述傳感頭1，利用所述交變磁場(chǎng)在所述傳感頭1輸出端感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)(具體為，導(dǎo)流條通電后產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，從而在傳感頭中感應(yīng)出一個(gè)與電流變比成比例的電壓信號(hào)其感應(yīng)系數(shù)M與線圈系數(shù)k_coil和磁環(huán)導(dǎo)磁系數(shù)k_Mag的乘積相關(guān)，表示為M＝k_coil*k_Mag)。本例中，C形磁軛3兩個(gè)端部(開口端)之間的連線(C形磁軛開口端的上下兩個(gè)平面之間的最短連線)與空心螺線管的軸線平行，一方面約束傳感頭1漏磁向外擴(kuò)散，另一方面防止外部磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量回路的干擾，提高測(cè)量精度；為了將外磁場(chǎng)干擾降低到最低限度，C形磁軛3覆蓋在傳感頭1上的有效結(jié)構(gòu)尺寸必須達(dá)到10mmx10mm以上。

為了確保實(shí)現(xiàn)電壓與電路測(cè)量回路之間的分離，本實(shí)施例在所述C形磁軛3的開口端內(nèi)插有與其開口方向相同的C形絕緣片4，所述傳感頭1插入C形絕緣片4的開口端，使C形磁軛3和C形絕緣片4完全覆蓋所述傳感頭1；所述導(dǎo)流條2從C形磁軛3和C形絕緣片4所圍空腔(位于C形槽的底部)內(nèi)穿過。

作為優(yōu)選，所述螺線管以嵌入方式固定于所述電流采樣電路所在的PCB板5上；如圖5所示，具體為，在PCB板5上開設(shè)一槽，將螺線管放置于該槽內(nèi)，將其兩個(gè)輸出端焊接于PCB板5上，并與PCB板上的電流采樣電路相連。

所述螺線管的內(nèi)徑為0.5-1.5mm，分別對(duì)應(yīng)直接接入式(如：Ib＝5A～10A，最大電流輸入60A～200A)或經(jīng)互感器輸入(如：額定電流In＝1A，最大測(cè)量電流2A～6A)等不同應(yīng)用需求；纏繞匝數(shù)為1-10匝，視PCB板5的厚度(螺線管的高度小于或等于PCB板的厚度)和測(cè)量端的信號(hào)輸入范圍而定。

為了解決導(dǎo)流條2與空心螺線管之間的絕緣問題，空心螺線管應(yīng)使用漆包線繞制，且PCB板5上的導(dǎo)線需要蓋絕緣綠油。

作為優(yōu)選，所述進(jìn)線端連接段2-1、感應(yīng)段2-2、出線端連接段2-3順序連接成U形，其中感應(yīng)段2-2穿過所述C形磁軛3，使得所述C形磁軛3至少覆蓋部分感應(yīng)段2-2，形成導(dǎo)流條2與C形磁軛3相互勾拉的布置狀態(tài)。

所述C型磁軛3的材料可以根據(jù)測(cè)量精確度的差異，選擇波莫合金，微晶合金，或者硅鋼片等。本實(shí)施例中提供三種結(jié)構(gòu)形式的C形磁軛，一種為整體式波莫合金制成，如圖7-1所示，適用于電流在5-200A之間的大電流直接測(cè)量，優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量電流大，不易飽和，但線性度不足，需要進(jìn)行分段補(bǔ)償；一種為波莫合金或微晶合金疊合方式(10層)制成，如圖7-2所示，適用于0.5S以上高準(zhǔn)確度要求的小電流(0.3-10A)測(cè)量，波莫合金材料疊片的優(yōu)點(diǎn)的測(cè)量范圍寬，缺點(diǎn)是線性度需要補(bǔ)償，而微晶合金疊片的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量線性度極高，但量程范圍略窄，適合0.2S級(jí)高精度測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合；一種為硅鋼片疊合式(10層)，如圖7-3所示，適用于1.0級(jí)的中等誤差要求的小電流(1-10A)測(cè)量，成本較低。

如圖9、圖10所示，本實(shí)施例應(yīng)用于三個(gè)電流回路測(cè)量時(shí)，需要設(shè)置三個(gè)并排布置的C形磁軛3和一個(gè)C形絕緣片4，每個(gè)C形磁軛3對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)導(dǎo)流條2，C形絕緣片4同時(shí)插入三個(gè)C形磁軛3的開口端。

本實(shí)施例采用電壓和電流同步A/D采樣的方式，依據(jù)電壓信號(hào)的實(shí)測(cè)頻率換算的周期作為空心螺線管的積分周期，然后由MCU或DSP開展數(shù)字積分。

實(shí)施例2：

如圖11所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1為直接印刷于所述電流采樣電路所在PCB板5上的平面四邊形螺旋式PCB型空心線圈，其匝數(shù)為3匝，內(nèi)徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例3：

如圖12所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1為直接印刷于所述電流采樣電路所在PCB板5上的平面六邊形螺旋式PCB型空心線圈，其匝數(shù)為3匝，內(nèi)徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例4：

如圖13所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1為直接印刷于所述電流采樣電路所在PCB板5上的平面八邊形螺旋式PCB型空心線圈，其匝數(shù)為3匝，內(nèi)徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例5：

如圖14所示，本實(shí)施例與實(shí)施例1基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1為直接印刷于所述電流采樣電路所在PCB板5上的平面螺旋式PCB型空心線圈，其匝數(shù)為3匝，內(nèi)徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例與實(shí)施例2基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1內(nèi)徑din為1.5mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例7：

本實(shí)施例與實(shí)施例3基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1內(nèi)徑din為1mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例8：

本實(shí)施例與實(shí)施例4基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1內(nèi)徑din為0.6mm，外徑dout為4.5mm。

實(shí)施例9：

本實(shí)施例與實(shí)施例5基本相同，區(qū)別在于：所述傳感頭1內(nèi)徑din為1.5mm，外徑dout為4.5mm。