本發(fā)明涉及一種電流互感器，主要應用于智能電表行業(yè)的電流測量。

背景技術：

目前，智能電能表行業(yè)的電流測量回路，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級的單相電能表中被普遍采用。對普通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)點是：加工簡單、成本低廉、對直流分量和高次諧波都能測量。頻率特性從DC-1MHz信號都能穩(wěn)定傳輸(受電表計量回路采樣率限制，實際使用范圍通常在25kHz以下)。

錳銅分流器的缺點是：1、大電流時電阻發(fā)熱量大，如果端子裝配時螺絲壓接不牢固，或者散熱處理不當，很容易燒壞電表。2、由于金屬成分和加工原因，導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，不適合高精度計量。

由于電壓和電流信號公共端無法分離(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量的應用環(huán)境中。

從圖1可以看出，采用錳銅分流器的電能表，火線L是作為計量回路的參考“地”使用的(計量芯片耐壓一般在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，則計量芯片兩個模擬輸入的壓差將達到220VAC，芯片承受不了)，錳銅分流器是與火線“硬聯接”的。

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

采用電流互感器的電能表的電流取樣的參考端在二次側與零線相連，因此一次側電流輸入是與電壓回路是隔離的(見圖3)，因此，計量芯片的參考端可以是零線N，這樣計量芯片的多個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。電壓與電流隔離的接入方法，特別適合要求兩個以上電流回路測量的應用場合，如兩相表、三相三線表和三相四線表等。

互感器的缺點是：體積大、成本高、抗過載能力弱，可測量信號的頻率范圍一般不超過2.5kHz，尤其是二次側電流測量回路不能開路，否則會產生極高的電壓而損壞測量電路！

技術實現要素：

本發(fā)明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。

本發(fā)明的目的是通過如下技術方案來完成的，

電流互感器，它包括傳感頭、導流條和C形磁軛，其中，

傳感頭，其輸出端連接電流采樣電路；

導流條，穿過C形磁軛，其兩端分別連接火線進線端和火線出線端，用于通電后在C形磁軛的兩個端部之間產生交變磁場；

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，利用所述交變磁場在所述傳感頭輸出端感應出電動勢。

所述C形磁軛的開口端內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；所述導流條從C形磁軛和C形絕緣片所圍空腔內穿過。

所述傳感頭為一采用導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徑為0.5-1.5mm，纏繞匝數為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型空心線圈匝數為3匝，內徑0.5-2mm，外徑4.5mm。

所述導流條包括順序相連形成U形的進線端連接段、感應段、出線端連接段；其中進線端連接段連接火線進線端，出線端連接段連接火線出線端，感應段穿過所述C形磁軛，使得所述C形磁軛至少覆蓋部分感應段，形成導流條與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。

本發(fā)明與現有技術相比有如下優(yōu)點和效果：

1、本發(fā)明采用結構更為簡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、很容易實現多相交流電測量中電壓與電流回路的一次側電氣分離，簡化了采樣電路的電源設計。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部空間的情況下內置于電能表內部，從而大大減小電能表的整體體積。4、由于不含鐵心，本發(fā)明無磁滯效應和磁飽和現象，帶寬得到顯著改善。5、傳感頭與被測電流之間沒有電氣連接，對被測回路影響極小。6、動態(tài)范圍更寬，能夠解決電氣化鐵路、大型電磁爐等沖擊性負荷的電能計量難題。7、成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明背景技術中采用錳銅分流器的電表計量回路示意圖。

圖2是本發(fā)明背景技術中電流互感器的結構圖。

圖3是本發(fā)明背景技術中采用電流互感器的電表計量回路示意圖。

圖4是實施例1中傳感頭的示意圖。

圖5是圖4傳感頭內嵌固定于PCB板上的結構示意圖。

圖6是實施例1互感器的主視圖。

圖7-1是整體式波莫合金C形磁軛的結構圖。

圖7-2是疊合式波莫合金或微晶合金C形磁軛的結構圖。

圖7-3是疊合式硅鋼片C形磁軛的結構圖。

圖8是采用本發(fā)明互感器的電表計量回路示意圖。

圖9是實施例1應用于三個電流回路測量的結構示意圖。

圖10是圖9的爆炸圖。

圖11是實施例2中傳感頭的示意圖。

圖12是實施例3中傳感頭的示意圖。

圖13是實施例4中傳感頭的示意圖。

圖14是實施例5中傳感頭的示意圖。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發(fā)明做詳細的介紹。

實施例1：

如圖6、圖8所示，本實施例電流互感器包括傳感頭1、導流條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；

導流條2，包括順序相連的進線端連接段2-1、感應段2-2、出線端連接段2-3；其中進線端連接段2-1連接火線進線端，出線端連接段2-3連接火線出線端，感應段2-2穿過所述C形磁軛3并對應布置于傳感頭1側面，用于通電后在C形磁軛3開口端的上下兩個平面之間，產生與電流強度呈線性關系的交變磁場；

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，利用所述交變磁場在所述傳感頭1輸出端感應出電動勢(具體為，導流條通電后產生變化的磁場，從而在傳感頭中感應出一個與電流變比成比例的電壓信號其感應系數M與線圈系數k_coil和磁環(huán)導磁系數k_Mag的乘積相關，表示為M＝k_coil*k_Mag)。本例中，C形磁軛3兩個端部(開口端)之間的連線(C形磁軛開口端的上下兩個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漏磁向外擴散，另一方面防止外部磁場對測量回路的干擾，提高測量精度；為了將外磁場干擾降低到最低限度，C形磁軛3覆蓋在傳感頭1上的有效結構尺寸必須達到10mmx10mm以上。

為了確保實現電壓與電路測量回路之間的分離，本實施例在所述C形磁軛3的開口端內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上開設一槽，將螺線管放置于該槽內，將其兩個輸出端焊接于PCB板5上，并與PCB板上的電流采樣電路相連。

所述螺線管的內徑為0.5-1.5mm，分別對應直接接入式(如：Ib＝5A～10A，最大電流輸入60A～200A)或經互感器輸入(如：額定電流In＝1A，最大測量電流2A～6A)等不同應用需求；纏繞匝數為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)和測量端的信號輸入范圍而定。

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

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

所述C型磁軛3的材料可以根據測量精確度的差異，選擇波莫合金，微晶合金，或者硅鋼片等。本實施例中提供三種結構形式的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量，優(yōu)點是測量電流大，不易飽和，但線性度不足，需要進行分段補償；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以上高準確度要求的小電流(0.3-10A)測量，波莫合金材料疊片的優(yōu)點的測量范圍寬，缺點是線性度需要補償，而微晶合金疊片的優(yōu)點是測量線性度極高，但量程范圍略窄，適合0.2S級高精度測量應用場合；一種為硅鋼片疊合式(10層)，如圖7-3所示，適用于1.0級的中等誤差要求的小電流(1-10A)測量，成本較低。

如圖9、圖10所示，本實施例應用于三個電流回路測量時，需要設置三個并排布置的C形磁軛3和一個C形絕緣片4，每個C形磁軛3對應設置一個導流條2，C形絕緣片4同時插入三個C形磁軛3的開口端。

本實施例采用電壓和電流同步A/D采樣的方式，依據電壓信號的實測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開展數字積分。

實施例2：

如圖11所示，本實施例與實施例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，其匝數為3匝，內徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實施例3：

如圖12所示，本實施例與實施例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，其匝數為3匝，內徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實施例4：

如圖13所示，本實施例與實施例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，其匝數為3匝，內徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實施例5：

如圖14所示，本實施例與實施例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，其匝數為3匝，內徑din為2mm，外徑dout為4.5mm。

實施例6：

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

實施例7：

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

實施例8：

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

實施例9：

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