一种栅栏式电流互感器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种栅栏式电流互感器，涉及电流互感器领域，该栅栏式电流互感器采用平行间隔设置的两个PCB板以及支撑在两个PCB板之间的金属针构成，金属针与PCB板上的印制导线构成线圈，基于PCB技术，线圈可以沿着周向均匀分布，线圈开口也很小，降低了使用时偏心导致的误差，由于金属针和PCB板均为硬性材质，使用过程中不易发生形变，因此该电流互感器稳定性好且耐高温及抗老化性能优异，另外单匝线圈的有效面积远远大于现有的PCB式硬性罗氏线圈，因此灵敏度较优并且PCB板材厚度的偏差带来的影响被大幅度减小，使得线圈之间的有效面积的均匀性好，电流互感器的测量精确度更高且互换性更好。

【技术实现步骤摘要】
一种栅栏式电流互感器
本技术涉及电流互感器领域，尤其是一种栅栏式电流互感器。
技术介绍
罗氏线圈的基本结构如图1所示，其通过在一环形的非铁磁材质骨架上均匀缠绕若干匝线圈实现，线圈骨架的截面通常为圆形或矩形但不限于以上两种形状。测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律。工作时，穿过线圈中心的通电导线产生的电磁场将在线圈开口处产生一个感应电势e(t)输出：e(t)＝-Mdi(t)/dt；以截面为矩形的罗氏线圈为例，互感系数M＝μ0Nhln(b/a)/2π，式中μ0为真空磁导率，N为线圈匝数，a、b分别为线圈横截面的内外径，h为截面高度。可见，当线圈几何参数一定的前提下，互感系数M为一个常数，感应电势与通电导线中瞬时电流i(t)对时间的导数成正比关系，因此只要测量线圈的输出感应电势就可以间接获知穿过其中的电流大小。因为不存在铁芯，罗氏线圈不存在磁饱和现象，因此非常适合测量大电流，这种线圈线性度好，标定容易，可测量不规则导体，安装方便，无须破坏导体，适用频率宽，无二次开路危险，维修简单方便，因此市场上出现了多种不同形式的基于罗氏线圈模型的实用型的互感器产品。目前常见的主要有柔性罗氏线圈和硬性罗氏线圈：柔性罗氏线圈是市场上应用最为广泛的一类罗氏电流互感器，其在柔软绝缘的骨架上均匀缠绕若干匝漆包线(即感应线圈)，外面再包覆一层保护外套。请参考图2，这是一种开口的线圈，使用时，将柔性罗氏线圈开合处的扣件1打开套在待测载流体上，然后通过该扣件1扣合形成一个“封闭”的线圈，通过测量线圈引出线2的电压获知被测电流。但是这种结构至少存在以下缺点：1、线圈存在开口，开合处的线圈密度与其他地方的线圈密度做不到相同，因此会产生装设位置误差；2、线圈沿骨架绕制很难做到均匀，这将带来系统误差；3、绕制线圈柔性骨架的截面做不到处处相等，将导致测量误差；4、使用过程中线圈骨架受牵拉扭曲会导致截面变形或线圈偏移，将导致测量误差；5、柔性骨架材料不耐高温，容易老化，不适合在高温环境长期使用。硬性罗氏线圈采用硬质非铁磁性物质做骨架，在骨架上绕制若干匝线圈，线圈与骨架间可以保持相对固定的位置关系，这克服了软性线圈的大部分缺点。但是线圈在绕制的过程中依然难以保证圆周方向上的均匀分布，从而制约了互感器的精度。有鉴于此，目前硬性罗氏线圈大多数采用PCB(印刷电路板)技术实现，该技术采用计算机辅助设计软件进行布线，通过金属化过孔连接不同板层之间的印制导线，布好线后交由专业生产厂家采用精密数控机床全自动化生产，PCB式硬性罗氏线圈结构示意图请参考图3，这种用印制导线代替线圈的方式可以保证线圈加工非常精确且几何参数稳定，不再需要繁琐的绕制，但这种结构至少存在以下缺点：线圈的有效面积由PCB厚度决定，但PCB的基材普遍性存在厚度偏差(同一张板材不同区域存在偏差、不同批次板材之间存在偏差)，参照如下表一示出的官方数据，可以发现即便是表格中最理想的精偏差也达到5％的误差。这个误差意味着不同匝的截面积不尽相同，从而导致不同互感器之间存在较大的离散型，如果要做到尽可能的精准，需要对每一只分别标定，这又带来互换性差的问题。同时，受PCB厚度的限制，PCB式硬性罗氏线圈灵敏度很低，限制了其测量范围，因此，这种硬性罗氏线圈在工程上少有使用，不满足大规模市场推广的要求。表一PCB厚度标准和厚度规格依照GB/T4722，PCB厚度有如下系列：
技术实现思路
本专利技术人针对上述问题及技术需求，提出了一种栅栏式电流互感器，该栅栏式电流互感器的测量精度高、测量灵敏性高、互换性好，性能优异。本技术的技术方案如下：一种栅栏式电流互感器，该栅栏式电流互感器包括平行且间隔预定距离设置的第一PCB板和第二PCB板，以及支撑在第一PCB板和第二PCB板之间的2N个金属针，N≥4；第一PCB板和第二PCB板上在正对的位置分别开设有导体穿孔，2N个金属针包括均匀设置在导体穿孔外围的内径圆上的N个内径金属针以及均匀设置在内径圆外围的外径圆上的N个外径金属针，导体穿孔、内径圆和外径圆呈同心圆结构，N个内径金属针的结构相对于导体穿孔的轴线具有对称性，N个外径金属针的结构相对于导体穿孔的轴线具有对称性，且N个内径金属针与N个外径金属针一一对应；每个金属针的两端分别连接第一PCB板和第二PCB板，第一PCB板上在其中一组对应的内径金属针和外径金属针之间设置有两个信号输出端，第一PCB板上在内径金属针与其靠近的一个信号输出端之间布设有印制导线、在另一个信号输出端与外径金属针之间布设有印制导线；第一PCB板上在其余的内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，第二PCB板上在每个内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，第n个内径金属针及其对应的第n个外径金属针与第一PCB板和第二PCB板上两个金属针之间的印制导线形成一匝线圈，N匝线圈以导体穿孔的轴线为轴呈放射性分布，n为参数。其进一步的技术方案为，第一PCB板由两个第一半圆环形PCB板相对拼接形成，第二PCB板由两个第二半圆环形PCB板相对拼接形成，第一半圆环形PCB板、第二半圆环形PCB板以及支撑在第一半圆环形PCB板、第二半圆环形PCB板之间的金属针构成一个半圆环形组件，两个半圆环形组件相对拼接且两个半圆环形组件中的线圈依次顺向相连形成栅栏式电流互感器。其进一步的技术方案为，对于每一个半圆环形组件中的第一半圆环形PCB板，第一半圆环形PCB板的两端分别设置有连接端子，第一半圆环形PCB板在一端处的连接端子与其所在端的最外端的内径金属针之间布设有印制导线、在另一端处的连接端子与其所在端的最外端的外径金属针之间布设有印制导线、在其余的内径金属针及各自对应的外径金属针之间布设有印制导线；两个半圆环形组件中的第一半圆环形PCB板通过两端的连接端子相连实现线圈的依次顺向相连。其进一步的技术方案为，对于每一个半圆环形组件中的第一半圆环形PCB板，第一半圆环形PCB板的其中一端处还设置有回绕连接端子，第一半圆环形PCB板的相对的另一端处的连接端子通过回绕匝连接到回绕连接端子。其进一步的技术方案为，栅栏式电流互感器还包括互感器外壳，第一PCB板、第二PCB板和金属针构成的组件设置在互感器外壳内部的空腔中。本技术的有益技术效果是：本申请公开了一种栅栏式电流互感器，采用平行间隔设置的两个PCB板以及支撑在两个PCB板之间的金属针构成，金属针和PCB板均为硬性材质，使用过程中不易发生形变，稳定性好且耐高温及抗老化性能优异；金属针与PCB板上的印制导线构成线圈，单匝线圈的有效面积远远大于现有的PCB式硬性罗氏线圈，因此灵敏度较优并且PCB板材厚度的偏差带来的影响被大幅度减小，线圈之间的有效面积的均匀性好，使得测量精确度更高且互换性更好；同时基于PCB技术，线圈可以沿着周向均匀分布，即便采用分体式结构时线圈开口也很小，降低了使用时偏心导致的误差。另外基于本申请的这种结构，通过调节金属针的长度即能调整整个栅栏式电流互感器的灵敏度，灵活性较高且方便电流互本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种栅栏式电流互感器，其特征在于，所述栅栏式电流互感器包括平行且间隔预定距离设置的第一PCB板和第二PCB板，以及支撑在所述第一PCB板和第二PCB板之间的2N个金属针，N≥4；所述第一PCB板和第二PCB板上在正对的位置分别开设有导体穿孔，所述2N个金属针包括均匀设置在所述导体穿孔外围的内径圆上的N个内径金属针以及均匀设置在所述内径圆外围的外径圆上的N个外径金属针，所述导体穿孔、内径圆和外径圆呈同心圆结构，所述N个内径金属针的结构相对于所述导体穿孔的轴线具有对称性，所述N个外径金属针的结构相对于所述导体穿孔的轴线具有对称性，且所述N个内径金属针与所述N个外径金属针一一对应；每个所述金属针的两端分别连接所述第一PCB板和第二PCB板，所述第一PCB板上在其中一组对应的内径金属针和外径金属针之间设置有两个信号输出端，所述第一PCB板上在所述内径金属针与其靠近的一个所述信号输出端之间布设有印制导线、在另一个所述信号输出端与所述外径金属针之间布设有印制导线；所述第一PCB板上在其余的内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，所述第二PCB板上在每个内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，第n个内径金属针及其对应的第n个外径金属针与所述第一PCB板和所述第二PCB板上两个金属针之间的印制导线形成一匝线圈，N匝线圈以所述导体穿孔的轴线为轴呈放射性分布，n为参数。/n...

【技术特征摘要】
1.一种栅栏式电流互感器，其特征在于，所述栅栏式电流互感器包括平行且间隔预定距离设置的第一PCB板和第二PCB板，以及支撑在所述第一PCB板和第二PCB板之间的2N个金属针，N≥4；所述第一PCB板和第二PCB板上在正对的位置分别开设有导体穿孔，所述2N个金属针包括均匀设置在所述导体穿孔外围的内径圆上的N个内径金属针以及均匀设置在所述内径圆外围的外径圆上的N个外径金属针，所述导体穿孔、内径圆和外径圆呈同心圆结构，所述N个内径金属针的结构相对于所述导体穿孔的轴线具有对称性，所述N个外径金属针的结构相对于所述导体穿孔的轴线具有对称性，且所述N个内径金属针与所述N个外径金属针一一对应；每个所述金属针的两端分别连接所述第一PCB板和第二PCB板，所述第一PCB板上在其中一组对应的内径金属针和外径金属针之间设置有两个信号输出端，所述第一PCB板上在所述内径金属针与其靠近的一个所述信号输出端之间布设有印制导线、在另一个所述信号输出端与所述外径金属针之间布设有印制导线；所述第一PCB板上在其余的内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，所述第二PCB板上在每个内径金属针及各自对应外径金属针之间布设有印制导线，第n个内径金属针及其对应的第n个外径金属针与所述第一PCB板和所述第二PCB板上两个金属针之间的印制导线形成一匝线圈，N匝线圈以所述导体穿孔的轴线为轴呈放射性分布，n为参数。


2.根据权利要求1所述的栅栏式电流互感器，其特征在于，所述第一PCB板由两个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦振宇，
申请(专利权)人：北京天翔鸿达技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11