电流传感器制造技术

一个电流传感器包括由一个中心导体互连的第一和第二分支，它们磁耦合于一个环形电流比较器以产生一个振幅和相位与输入电流相关的输出信号。输入电流根据预定关系在第一和第二分支中分配，从而使互连第一和第二分支的中心导体内的电流也与输入电流相关。在环形电流比较器中感应出的电流与中心导体中的电流相关，从而与输入电流相关。次级绕组缠绕在环形电流比较器周围并与其磁耦合，用于产生一个响应环形电流比较器中感生电流的输出信号。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
用桥电路传感输入电流的方法和设备本专利技术是关于传感电流的传感器，更具体地说，是关于一种电流传感器，它能产生与被传感的输入电流相关的输出信号。很多电气设备，如用于测量电能和能量使用量的电子电表和感应型或电子型电度表，都需要电流传感器传感输电线上的电流和产生与输电线电流相关的输出信号。这些设备需要的传感器要能对大范围内变化的输电线电流进行精确测量。多年来，一直使用感应型电度表以千瓦时为单位测量单个用电户的耗电量。通常感应型电度表有分离的电流线圈和电压线圈，以及由这两个线圈的磁通量组合驱动的转动盘。传统的感应型电度表包括一个电流传感电路，其中的传送输电线电流的导体在铁芯周围中缠绕，构成电流线圈。由于导体中的电流，在铁芯中造成磁通量。铁芯中的这个磁通量与来自类似的电压线圈的磁通量组合在一起使一园盘转动，其转动速率与用户的电能消耗速率有联。使用一个电流互感器与上述电流传感电路相连，用于降低较大的输电线电流(即大于320安培左右的电流)，因为要适当测定这种较大的输电线电流，所需要的铁芯线圈匝数会大到不可容忍的程度。电流互感器置于输电线导体和电流传感器之间。尽管这种电流互感器的变换率通常是使次级绕组中的标称电流为5A(安培)，但通常在次级绕组中出现20A左右的电流也不会超过互感器的热额定值。这-->样，即使在导线和电流传感器之间引入了电流互感器，电感型电度表仍然必须能测量较大电流，例如20A的电流。然而，那些通常使用电子或集成电路测量单个用户所用电流和电压的电子电表(例如电子电度表或其他电子测量装置)不能精确测定这种较大的电流。这些集成电路通常是专用集成电路(“ASIC”)，是专门设计成接收和测量小信号电平的，例如通常是小于2mA和小于5V。所以，在电子电度表中的电流传感器必须有一个大的变换比，以使较大的输电线电流缩小到可为传感器集成电路接受的较小输入电平。为了产生这种较小的输出信号，通常的电流互感器会是不可容忍地大而且昂贵。这一增大了的尺寸和费用，部分地归因于为了正常运转必须使初级绕组和次级绕组的安匝数相等。还必须选择绕组数以使最大输入输电线电流缩小到小于集成电路要求的2mA电流极限。由于输电线电流通常的变化范围是0.5A至320A，于是典型的电流互感器的变换比需要大约是160,000∶1，以便把320A的输电线电流缩小到2mA的输出电流。然而，160,000∶1这样一个变换比需要较大的绕组数和一个过大和过于昂贵的电流互感器。除了过大和过于昂贵以外，如果输电线导体上流过的交变电流(“AC”)叠加在一个直流(“DC”)上，典型的互感器的磁芯会饱和。这种直流以及由此产生的磁芯饱和，通常是由于连到输电线上的各种电气设备对AC信号的半波整流或者是由人有意地将直流分量加到输电线上干扰电流传感和耗电测量的正常进行以使电表舞弊。再有，通常的电流互感器产生外磁场，它会影响附近的电设备，例如在多相电度表中的其他电流互感器。反过来，在通常的电流互感-->器中的电流变换也会受到来自外界源的入射磁场的影响，例如在多相电度表中使用的邻近的电流传感器的影响。1980年1月授予Wolf等人的美国专利4,182,982号及1985年1月授予Milkovic的美国专利4,492,919号(以下称’982专利和’919专利)提供了与这种通常的电流互感器相连的另一种电流传感器。’982和’919专利提出的方法是将输电线导体分成具有不同截面积的分流电路，包括一个或多个主分流电路及一个平行的辅助分流电路。这两个分流电路之间的电流分配基本上与这两个分路的截面积成比例。辅助分路穿过一个环形磁芯内的孔洞。由这个环形磁芯、辅助分流电路(它作为有一匝的初级绕组)及绕在环形磁芯周围的多匝绕组(作为次级绕组)的组合即构成了一个电流互感器。然而，为了在可能的输电线电流的大变化范围上适当地按比例换算输电线电流，则主分流电路和辅助分流电路的截面积就会分别变得过大和过小。再有，这平行的主、辅分流电路不仅受到外源产生的磁场的影响，而且还受到其他分流电路电流产生的磁场的影响。例如，在主分流电路中的电流受到辅助分流电路中的电流产生的磁场的影响。此外，在分流器中平行导体之间的磁耦合在这两个平行导体之间产生一个互感。这个互感使一个较简单的电阻分流器变成了一个复杂的阻抗分流器，它使主分流电路和辅助分流电路中电流的相移依赖于这个互感。由于适当的测量精度要求电流传感器的比例输出信号的振幅和相角都能精确地反映输电线电流的振幅和相角，而在平行分流电路中的相移转而反映在电流传感器的输出信号中，从而降低了测量精度。一种同轴电流传感器公开于1991年11月19日颁给Bullock的-->美国专利5,066,904号，它已转让给本专利技术的受让人，该专利的公开内容已作为参考引入本文。同轴电流传感器把输电线导体中的电流在同轴排列的导体中分配。中心同轴导体直接穿过磁性环形芯内的孔洞并在环形芯中感应出磁势。传感和反馈次级绕组也都绕在环形芯周围。由于环形芯中磁势的时间变化，在传感绕组中感应出与磁势时间变化率成正比的电压。一个放大器响应传感次级绕组中感应出的电压，向反馈次级绕组提供一个控制或补偿信号。由于控制信号在反馈绕组中产生的电流造成环形芯中的一个磁势，它基本上与中心同轴导体中的电流感应出的磁势大小相等但极性相反。在稳定状态下，其结果造成的在环形磁芯内得到的交流(AC)磁势近似于零。这样，便显著地减小了磁芯中饱和的可能性。再有，环形磁芯中任何电流主要是归因于与中心同轴导体中电流有关的输入电流的变化。反馈次级绕组也产生输出电流，它与中心同轴导体中的电流成正比。差电流传感器公开于1993年4月7日提交的美国专利申请序号08/043,903，该申请已转让于本专利技术的受让人，其披露内容作为参考引入本文。该差电流传感器将输入线电流分成有预定比例的第一和第二两部分。然后这第一和第二部分的电流差被传感，例如由与输入电流第一和第二部分磁耦合的环形绕组进行传感。根据传感到的第一和第二部分之间的电流差，产生出与电流差有关的输出电流，该电流因此也与输入电流有关。具体地说，输入电流分成第一和第二两部分，并分别由第一和第二导体传送，这第一和第二导体延伸穿过环形绕组的孔洞。输入电流的第一部分沿第一方向穿过环形绕组，而输入电流的第二部分沿着-->与第一方向相反的第二方向穿过环形绕组的孔洞。这样，第一和第二部分之间的电流差在环形绕组中感生出电压。差动电流传感器最好包括磁性传感在环形绕组中感生的电压并产生相应输出电流的装置。磁性传感电流差的装置通常是缠绕在上述环形磁芯周围的传感和反馈次级绕组。尽管同轴传感器和差电流传感器代表了在传感和按比例变换传输线电流(特别是用诸如电子电度表等电表中的)技艺的巨大进步，但仍需要进一步改进。特别是，同轴电流传感器的同轴导体由于每个导体中的电流所产生的磁场及在另一个导体中造成的自感而造成磁耦合。这个互感导致在造成的按比例变换输出电流中的相移或误差。此外，由于同轴导体之间分配的电流比率依赖于导线的截面积，电流分配比率可以通过削减导线的电阻来调整，例如从导线的一端钻掉一部分。由于导体的排列和尺寸，对导体去掉或钻掉一部分可能是困难的。再有，同轴电流传感器和差电流传感器都是比较复杂的设计，因此制作起来会昂贵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感输入电流的设备，包括：传导输入电流第一部分的装置；传导输入电流第二部分的装置；传导所述第一和第二传导装置之间电流的互连装置；以及 与所述互连装置磁耦合的传感装置，用以产生与所述互连装置传导的电流相关的输出信号。

【技术特征摘要】
US 1994-2-25 2023341.一种传感输入电流的设备，包括：传导输入电流第一部分的装置；传导输入电流第二部分的装置；传导所述第一和第二传导装置之间电流的互连装置；以及与所述互连装置磁耦合的传感装置，用以产生与所述互连装置传导的电流相关的输出信号。2.根据权利要求1的电流传感设备，其特征在于：所述第一传导装置由第一和第二导体组成，它们分别有第一和第二预定电阻值；所述第二传导装置由第三和第四导体组成，它们分别有第三和第四预定电阻值。3.根据权利要求2的电流传感设备，其特征在于：所述互连传导装置是有第五预定电阻值的第五导体；所述传感装置包括一个有孔洞从中穿过的环形磁芯。4.根据权利要求3的电流传感设备，其特征在于：所述第五导体从所述第一传导装置的所述第一和第二导体之间的第一端延伸到所述第二传导装置的所述第三和第四导体之间的第二端，而且所述第五导体穿过所述环形磁芯的所述孔洞。5.根据权利要求1的电流传感设备，其特征在于：所述传感装置包括一个对磁势时间变化率进行磁传感的装置，该磁势是由所述互连装置传导的电流在所述环形磁芯内感应出来的。6.根据权利要求5的电流传感设备，其特征在于：对所述环形磁芯中感生磁势时间变化率进行磁传感的装置包括一个环绕所述环形磁芯并与该环形磁芯磁耦合的次级绕组，用以产生所述输出信号。7.根据权利要求5的电流传感设备，其特征在于：对所述环形磁芯中感应磁势时间变化率进行磁传感的装置包括：绕在所述环形磁芯周围并与其磁耦合的传感次级绕组；具有与所述传感次级绕组相连输入端及输出端的放大器装置；以及绕在所述环形磁芯周围并与其磁耦合的反馈次级绕组，而且它在其第一端与所述放大器装置的所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：DC科本，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]