CN103698564A - 一种防止电表pcb板工频磁场启动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防止电表PCB板工频磁场启动的方法，包括下列步骤：提供N块PCB板；N块板平行安装于一个电表内；在每一块PCB板上安装电气组件，以形成X个闭合回路；计算出X个闭合回路的面积Sx；将X个面积Sx进行全部叠加，使得Sn最小。本发明PCB板可抗任意方向工频磁场0.5mT干扰，生产工艺简单，易实现批量化生产。

Description

一种防止电表PCB板工频磁场启动的方法

技术领域

本发明涉及智能电表技术，尤其涉及一种防止电表内PCB板上电气回路工频磁场启动的方法。

背景技术

国网2013年新标准《单相智能电能表技术规范》对0.5mT工频磁场无负载要求：电能表处于工作状态，电流线路无电流，将其放置在0.5mT工频磁场干扰中，电能表的测试输出不应产生多于一个的脉冲。

为了满足国家电网公司2013年新标准《单相智能电能表技术规范》对0.5mT工频磁场无负载要求，本发明目的是提供一种防止电表PCB板工频磁场启动的方法，该技术使得电表PCB板电气组件结构紧凑，生产工艺简单，可抗任意方向工频磁场干扰。

发明内容

本发明实施例提供一种设计电表PCB板的工艺或方法，能够有效抑制或减低工频电磁感应磁场的强度，防止电表焊盘电气组件收到干扰。

为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：防止电表PCB板工频磁场启动的方法实施例，用于抑制电表内部PCB板上焊盘部分的工频磁场产生部所感生出的磁场，所述的工频磁场产生部包括多个相互连接且构成闭合回路的电子元器件，其改进在于包括下列步骤：在所述的电表中提供N块PCB板，这N块PCB板相互平行安装于此电表内；在每一块PCB板上焊接若干个电子元器件，以构成X个闭合回路；计算出每一个闭合回路的截面积Sx；将此N块PCB板上的X个闭合回路的截面积S_x全部进行相互叠加，使得叠加后的截面积S_n最小。

在一个实施例中，在这X个闭合回路中，其等所感生出的电磁感应磁场强度B满足：

B＝B_msinωt，    （1）

其磁通量

满足关系式：

其中N为X个闭合回路总数，Ｓ为此闭合回路的截面积，θ为

与截面的法线夹角，其中当工频磁场以垂直方向穿过多个闭合回路时，对于每一个单个闭合回路而言，理想情形下考虑为θ=0时，Sinωt=1，可知磁通量

直接取决于截面积S_X。

在一个实施例中，所述电子元器件是焊接在PCB板的正面或反面。

在一个实施例中，焊接在所述的PCB板正面与反面上的电子元器件构成不同的闭合回路，其闭合回路的电流不同，所感生出的磁场在方向上构成相互叠加或抵消，以此抑制工频磁场的强度。

在一个实施例中，所述的工频磁场的强度可以被抑制为零。

在一个实施例中，在所述的电子元器件中包括锰铜引线，其与外接负载构成的闭合回路截面积为S_y。

在一个实施例中，所述的外接负载为内置继电器锰铜电阻。

进一步地，所述的继电器锰铜电阻与锰铜引线以左右或上下对称的方式加以接线，以使得其上产生的工频磁场强度为零。

在一个实施例中，为了控制截面积S_y，定制锰铜引线的长度不超过8mm。

在一个实施例中，根据L＝2πr得知，截面S_y的半径为r≤2.547mm。

具体实施方式

防止电表PCB板工频磁场启动的方法的实施例中包括下列步骤：提供1块PCB板，安装于一个电表内；在PCB板的焊盘上安装电气组件，按照电流I+和I-的流向，形成了例如4个闭合回路；分别计算出这4个闭合回路的截面积S5，S6，S7和Sy；根据式（1）的关系，当θ=0时，Sinωt=1，可知磁通量取决于截面积S；将4个面积进行全部叠加，使得截面积S最小。

在一个实施例中，所述电气组件是焊接在PCB板的正面或反面。由于焊接的方向不同，因此使得焊接后形成的闭合回路中产生了不同的电流方向。其中一个截面S6的电流方向为逆时针方向，而最大的截面S5的电流方向为顺时针方向，同样地，截面S7的电流方向为逆时针，而Sy的闭环电流方向亦为逆时针。因此，因为磁通量的方向不同，且直接取决于S，则这个PCB板上总的局部磁通量取决于Sx＝S5—S6—S7—Sy，按照比例加以设计出的Sx较佳地为0。

在另一方面，提供一种接线端接出的锰铜引线，其具有正负端L+和L-，其中为了防止S_y过大，定制锰铜线开口长度（即前述截面Sy的周长）不能超过8mm。而其中根据周长公式L＝2πr得知，截面Sy的等效半径r≤2.547mm。

在另一方面，给出了另一个PCB板的实施例，其中将电子元器件设计的较为紧凑，形成一个较小的截面积S3和Sn，而S3和Sn的电流方向均为顺时针，因此总的截面积Sx＝S3+Sn。这样虽然会产生工频磁场，但是可以将其控制在一个误差允许的范围内。

工业实用性分析

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明气组件结构紧凑，可抗任意方向工频磁场(0.5mT)干扰生产工艺简单，易实现批量化生产。

均匀交变磁场为（由通交变电流的闭合回路产生）

B＝B_msinωt    （式1）

磁场中一探测闭合回路的磁通量为

式中：Ｎ为闭合回路数，Ｓ为该闭合回路的截面积，θ为

与闭合回路法线夹角。闭合回路产生的感应电动势为

$\mathrm{\ϵ}=\frac{\mathrm{d\Φ}}{\mathrm{dt}}=\mathrm{NS\ω}{S}_m\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ωt}$

$=-{\mathrm{\ϵ}}_m\cos \mathrm{\θ}\cos \mathrm{\ωt}$     （式3）

式中ε_m＝NSωB_mcosθ是闭合回路法线和磁场成θ角时，感应电动势的幅值。当θ＝0，ε_m＝NSωB_m，这时的感应电动势的幅值最大。

有公式可知，N=1匝，S=1mm²，B=0.5mT（按照0.55mT设计）得到：

ε_m＝10^-6m²×2πf×0.55×10^-3T

≈0.173μV    （式4）

有锰铜值为250u欧姆得出感应功率：

P＝253V×ε_m/R≈0.175W    （式5）

由电磁感应磁场原理得知，在磁场强度一定，磁场和闭合回路角度一定，对表计误差影响主要是磁场面积，由国家电网公司标准得知要对表计进行多面测试，当磁场和闭合回路角度为0时影响最大，则正面、侧面、底面会产生最大感应电动势。

根据电流方向箭头可知，闭合回路面积为S=S5-S6-S7-Sy。其中Sy和S5为焊线和PCB板形成的开口面积。由式5得到感应功率见下表。为了防止Sy开口过大，定制锰铜焊线开口长度不能超过8mm。有L＝2πr，得r＝2.547mm。最小面积为0；

结合焊线时开口情况，一般呈现为倒三角形，S≈11mm²；最大面积为圆形面积S5＝πr²＝20.3mm²；由此可得出表1数据：

表1

	常规方法	实施例2	实施例1
				固定面积S	35mm2	7mm2	5mm2
总面积最小值	35mm2	7mm2	5mm2
				总面积经验值	46mm2	18mm2	16mm2
总面积最大值	55.3mm2	27.3mm2	25.3mm2
				感应功率范围	6.12W～9.67W	1.22W～4.78W	0.88W～2.8W

国网标准要求启动功率为4.4W，但是设计时为了保证足够的启动准确度，厂家一般设计在3.5W左右。

本发明PCB板上绕线的方式，采用面积相减的方法，其中S5、S6、S7面积是固定的，Sn面积是焊接时预留的开口是可变的。设计时可以考虑一定的冗余，首先设计S5=S6+S7+10，此时即使可变面积在0～20.3mm²变化，也能保证S=S5-S6-S7-Sn在-10.3mm²到﹢10mm²之间变化，即感应功率在-1.8W～1.75W之间变化，从而很好的保证批量生产，值得推广。

Claims (10)

1.一种防止电表PCB板工频磁场启动的方法，用于抑制电表内部PCB板的工频磁场产生部所感生出的磁场，所述的工频磁场产生部包括多个相互连接且构成闭合回路的电子元器件，其特征在于包括下列步骤：

在所述的电表中提供N块PCB板，这N块PCB板相互平行安装于此电表内；

在每一块PCB板上焊接若干个电子元器件，以构成X个闭合回路；

计算出每一个闭合回路的截面积Sx；

将此N块PCB板上的X个闭合回路的截面积S_x全部进行相互叠加，使得叠加后的截面积S_n最小。

2.根据权利要求1所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：在这X个闭合回路中，其等所感生出的电磁感应磁场强度B满足：

B＝B_msinωt，    （1）

其磁通量

满足关系式：

其中N为X个闭合回路数，Ｓ为此闭合回路的截面积，θ为与截面的法线夹角，其中：

当工频磁场以垂直方向穿过所述的闭合回路时，在前述公式（2）中θ=0且ω＝90°时，cosθ＝1，Sinωt=1，可知磁通量

直接取决于截面积S_X。

3.根据权利要求1所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：所述电子元器件是焊接在PCB板的正面或反面。

4.根据权利要求2或3所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：焊接在所述的PCB板正面与反面上的电子元器件构成不同的闭合回路，其闭合回路的电流不同，所感生出的磁场在方向上构成相互叠加或抵消，以此抑制工频磁场的强度。

5.根据权利要求4所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：所述的工频磁场的强度为零。

6.根据权利要求1所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：在所述的电子元器件中包括锰铜引线，其与外接负载构成的闭合回路截面积为S_y。

7.根据权利要求6所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：所述的外接负载为继电器锰铜电阻。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：所述的继电器锰铜电阻与锰铜引线以左右或上下对称的方式加以接线，以使得其上产生的工频磁场强度为零。

9.根据权利要求6所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：为了控制截面积S_y，定制锰铜引线的长度不超过8mm。

10.根据权利要求9所述的防止电表PCB板工频磁场启动的方法，其特征在于：根据L＝2πr得知，截面S_y的半径为r≤2.547mm。