CN104215808A - 一种用于测量交流电流的分流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量交流电流的分流器，包括第一导电端子、第二导电端子和多组导线，所述多组导线位于所述第一导电端子和所述第二导电端子之间并分别与所述第一导电端子和所述第二导电端子电连接，所述多组导线中的每一组导线包括同轴设置的一条顺时针旋转的第一螺线管和一条逆时针旋转的第二螺线管，使得所述第一螺线管与第二螺线管在其轴线处产生的磁感应强度的矢量和的幅值与所述第一螺线管或第二螺线管在其轴线处产生的磁感应强度的幅值的百分比小于预定的阈值。本发明的分流器能够消除在交流电流测量过程中导线之间的邻近效应，从而使得测量的交流电流值更加精确。

Description

一种用于测量交流电流的分流器

技术领域

本发明涉及一种分流器，特别涉及一种用于测量交流电流的分流器。

背景技术

如何准确、方便的测量电流，一直是人们研究的课题之一。在电路中接入分流器，测量分流器两端的电压，根据欧姆定律，就可以计算得到电路中的电流值。这种测量方法使用设备少、测量方便、快捷，已经成为目前测量电流的主要方法。

随着工业上使用交流电的电流值和频率越来越高，在高频电流的测量过程中导线会产生趋肤效应，使得分流器中的导线的电阻增加，测量分流器的电压值偏高，导致测量的电流值偏大。

针对高频电流的测量过程中的趋肤效应，中国申请公布号为CN202661529U的发明专利申请公开了一种采用鼠笼状分流器的适用于高压直流测量的一次电流传感器结构，如图1所示，鼠笼状分流器的两端为两个铜盘1，两个铜盘1中间为多根实心锰铜电阻棒2，铜盘1的中心上具有电路连接端子，用于接入待测的电路中。鼠笼状分流器主要具有以下优点：散热面积大、散热效果好，有效消除交流电流的趋肤效应。

鼠笼状分流器在高频电流的测量过程中，电流会集中于向电阻棒邻近侧流动，即高频电流会使得电阻棒产生邻近效应。邻近效应会使得分流器的损耗增加，并且高频电流产生的高频交变磁场会在电阻棒上产生交变电动势，从而影响电压表测量的电压值，最终导致测量的高频电流值误差太大。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于测量交流电流的分流器，这种分流器能够消除交流电流测量中的邻近效应。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于测量交流电流的分流器，包括第一导电端子、第二导电端子和多组导线，所述多组导线位于所述第一导电端子和所述第二导电端子之间并分别与所述第一导电端子和所述第二导电端子电连接，所述多组导线中的每一组导线包括同轴设置的顺时针旋转的线圈和逆时针旋转的线圈，并且所述顺时针旋转的线圈与逆时针旋转的线圈在其轴线处产生的磁感应强度的矢量和的幅值与所述顺时针旋转的线圈或逆时针旋转的线圈在其轴线处产生的磁感应强度的幅值的百分比小于预定的阈值。

通过采用一个顺时针旋转的线圈和一个逆时针旋转的线圈同轴设置成一组导线，在交流电流通电过程中，顺时针旋转的线圈产生的交变磁场和逆时针旋转的线圈产生的交变磁场方向相反、大小相等，两个交变磁场相互抵消，从而消除了相邻的每组导线之间的邻近效应，提高了分流器测量交流电流的精确度。

优选的，预定的阈值为百分之一。更优选的，预定的阈值为千分之一，当顺时针旋转的线圈和逆时针旋转的线圈在轴线上产生的磁感应强度的矢量和的幅值越小时，由顺时针旋转的线圈和逆时针旋转的线圈构成的一组导线产生的邻近效应也越小。

优选的，所述顺时针旋转的线圈与所述逆时针旋转的线圈在其轴线处产生的磁感应强度的矢量和为零。需要说明的是，这里所谓“磁感应强度的矢量和为零”并不要求磁感应强度的矢量和绝对为零。

优选的，所述顺时针旋转的线圈和所述逆时针旋转的线圈的匝数相同。更优选的，所述顺时针旋转的线圈和所述逆时针旋转的线圈的横截面相等。

优选的，所述顺时针旋转的线圈和逆时针旋转的线圈的阻抗相同。

优选的，所述顺时针旋转的线圈和所述逆时针旋转的线圈并联在所述第一导电端子和所述第二导电端子之间。顺时针旋转的线圈产生的交变磁场和逆时针旋转的线圈产生的交变磁场的方向完全相反，且大小相等，从而使得每组导线在交流电流中产生的交变磁场的矢量和为零，分流器中相邻的每组导线之间无邻近效应。

优选的，所述顺时针旋转的线圈和所述逆时针旋转的线圈串联在所述第一导电端子和所述第二导电端子之间。可以只采用一条导线，其中一半顺时针旋转，另一半逆时针旋转。

优选的，所述每一组导线包括形成闭合磁回路的磁芯。磁芯的磁阻远小于空气的磁阻，从而避免了第一螺线管和第二螺线管磁力线的泄漏。

优选的，所述磁芯包括外部呈圆筒状的磁筒和位于磁筒内部的中轴线上的磁棒，所述顺时针旋转的线圈顺时针绕在所述磁棒上，所述逆时针旋转的线圈逆时针绕在所述磁棒上。外部呈圆筒状的磁芯能够进一步避免磁力线的泄漏。

优选的，所述第一导电端子和所述第二导电端子均构成为导电铜盘的形式，所述第一导电端子和第二导电端子同轴设置，所述多组导线中的每一组导线的轴线与所述第一导电端子和第二导电端子的轴线平行，所述多组导线旋转对称的分布在以所述第一导电端子和第二导电端子的轴线为中心轴的一个或多个圆周上。从而使得多组导线与第一导电端子和第二导电端子构成鼠笼状结构。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1是现有技术中的分流器的立体结构示意图；

图2是本发明第一个实施方式的分流器中的一组导线的立体结构透视图；

图3是沿图2中A-A线的纵向剖面图；

图4是本发明第二个实施方式的分流器中的一组导线的立体结构透视图；

图5是本发明第三个实施方式的分流器沿图2中A-A线的纵向剖面图。

主要装置符号说明

10、20    一组导线

11        磁芯

12、22    逆时针旋转的螺线管

13、23    顺时针旋转的螺线管

14        磁棒

15        磁筒

300       分流器

30、31    导电端子

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

图2是本发明第一个实施方式的分流器中的一组导线的立体结构透视图，如图2所示，分流器中的任意一组导线10包括一条逆时针旋转的螺线管12、一条顺时针旋转的螺线管13和磁芯11。磁芯11包括外部为圆筒状的磁筒15，在圆筒状的磁筒15内部的中轴线上具有一根磁棒14，磁棒14为圆柱体，整个磁芯11形成了一个闭合磁回路。螺线管12逆时针的缠绕在整个磁棒14上，螺线管13顺时针的缠绕在整个磁棒14上，螺线管12和螺线管13以磁棒14同轴设置在磁棒14上，使得螺线管12和螺线管13的匝数相等、且横截面也相等。螺线管12和螺线管13由相同材质和相同粗细的导线构成，使得螺线管12和螺线管13具有相同的阻抗。螺线管12和螺线管13上分别具有绝缘包裹层（图中未示出）。当分流器300（参加图5所示）接入到所需要测量的交流电路中时，由于螺线管12和螺线管13并联在交流电路中，通电螺线管12和螺线管13会同时产生完全相反的交变磁场，即螺线管12和螺线管13产生的交变磁场处处大小相等、方向相反，因此在任意时刻和任意位置，螺线管12和螺线管13产生的磁场的矢量和为零，即磁感应强度为零，从而螺线管12和螺线管13整体的感应电动势为零。本领域技术人员可以理解的是，螺线管12和螺线管13产生的交变磁场的矢量和为零是指交变磁场的矢量和接近于零，对电流的测量精度无实质性的影响。

在实际的生产工艺中，由于生产的误差造成螺线管12和螺线管13不可能完全的对称，通交流电后，螺线管12和螺线管13产生的交变磁场不可能完全处处大小相等、方向相反，因此会存在非常少量不能完全抵消的磁力线。例如，在任意的一个时刻，螺线管12在螺线管12的轴线上产生磁感应强度B₁的磁场，同时螺线管13在轴线上产生磁感应强度B₂的磁场，磁感应强度B₁和磁感应强度B₂的矢量和的幅值∣B₁+B₂∣，∣B₁+B₂∣与磁感应强度B₁的幅值∣B₁∣或与磁感应强度B₂的幅值∣B₂∣的百分比小于一个预定的阈值。此时，螺线管12和螺线管13在螺线管的周围的任意相同位置分别产生的磁感应强度的矢量和的幅值与螺线管12或螺线管13在该相同位置产生的磁感应强度的幅值的百分比也小于一个预定的阈值。根据实际需要，预定的阈值可以是百分之一，预定的阈值还可以是千分之一，当然预定的阈值越小越好。当预定的阈值越小时，说明螺线管12和螺线管13在任一相同位置产生的交变磁场越接近大小相等、且方向相反，这样螺线管12和螺线管13在任一相同位置产生的交变磁场越能抵消，从而形成的邻近效应越小，在理想情况下，螺线管12和螺线管13产生的交变磁场处处抵消，这样螺线管12和螺线管13构成的一组导线和相邻的另外一组导线就不会产生邻近效应。

在本发明的实施例中，由于磁芯11的磁阻远小于空气的磁阻，几乎所有的磁力线会进入具有闭合磁回路的磁芯11中，从而进一步避免了磁力线的泄漏，极大的减小了螺线管12、螺线管13和磁芯11形成的一组导线10和其他相邻的另一组导线形成的邻近效应。

本发明优选磁棒14为圆柱体，以及顺时针和逆时针绕在磁棒上的线圈分别优选为顺时针旋转的螺线管13和逆时针旋转的螺线管12。磁棒14还可以是长方体或椭圆柱体。当然，饶在磁棒上的线圈不限于为螺线管的形式，其横截面可以是长方形、正方形、三角形、椭圆形、正六边形其中的一种或它们之间的任意组合形状。附图中所示的螺线管12和螺线管13的匝数并非用于限定本发明，螺线管12和螺线管13还可以其他相同数目的匝数。本领域的技术人员应该知道，图2为了清楚的示意出螺线管的缠绕方向，螺线管12和螺线管13并没有紧密的缠绕在磁棒14上。当然螺线管12和螺线管13可以是紧密的缠绕在磁棒14上。螺线管12和螺线管13可以是由两根导线分别逆时针和顺时针的缠绕在磁棒14上，也可以是先将一根导线的一半顺时针或逆时针的缠绕在整个磁棒14上，再将这根导线的另一半逆时针或顺时针的缠绕在整个磁棒14上，即使得一根导线的两半的缠绕方向相反。本实施例中的每组导线是同轴设置在磁棒上的一条顺时针旋转的线圈和一条逆时针旋转的线圈，在其他的实施例中，还可以是同轴设置在磁棒上的具有相同数量顺时针旋转的线圈和逆时针旋转的线圈，例如可以是同轴设置在磁棒上两条顺时针旋转的线圈和两条逆时针旋转的线圈。

图3是沿图2中A-A线的纵向剖面图，如图3所示，螺线管12按照逆时针的方向、从上到下缠绕在整个磁棒14的外圆周上，螺线管12的两个接线端子分别从磁棒14的上下两端处引出来，分别电连接到导电铜盘30和导电铜盘31（如图5所示）上。螺线管13顺时针、且从上到下的缠绕在整个磁棒14的外圆周上，螺线管13的两个接线端子分别从磁棒14的上下两端处引出来，分别电连接到导电铜盘30和导电铜盘31（如图5所示）上。在其他的实施方式中，螺线管12和螺线管13也可以缠绕在磁棒14的一部分长度上，只需要保证螺线管12和螺线管13同时缠绕在磁棒14相同的位置上。

图4是本发明第二个实施方式的分流器中的一组导线的立体结构透视图。如图4所示，螺线管22逆时针的缠绕在磁棒14外圆周上，并且螺线管22从磁棒14的最上端开始缠绕，缠绕到磁棒14的中间，在磁棒14的中间处，另一个螺线管23与螺线管22相连接，并从磁棒14的中间开始顺时针缠绕在磁棒14的外圆周上，一直缠绕到磁棒14的最下端。从而使得螺线管22和螺线管23形成了串联连接。螺线管22和螺线管23同轴缠绕在磁棒14的外圆周上，并且具有相同的匝数、相同的横截面积和相同的长度。在实际的制造过程中，可以直接选用一条导线，从磁棒14的最上端开始，先逆时针缠绕在磁棒14的上半部，之后顺时针缠绕在磁棒14的下半部。当然，在其他的实施例中，也可以先顺时针缠绕在磁棒14的上半部，再逆时针缠绕在磁棒14的下半部。

图5是本发明第三个实施方式的分流器沿图2中A-A线的纵向剖面图。分流器300包括导电端子30和导线端子31，以及位于导电端子30和导电端子31之间的多组导线10。导电端子30和导线端子31均为圆盘状的铜盘，多组导线10相互平行且独立的电连接在导电端子30和导电端子31之间，导电端子30和导电端子31相互平行且同轴设置，多组导线10以导电端子30和导电端子31的轴线旋转对称分布，多组导线10旋转对称的分布在以导电端子30和导电端子31的轴线为中心轴的两个圆周上，从而使得分流器300构成鼠笼状结构。图5中间的两组导线10旋转对称分布在以导电端子30和导电端子31的轴线为中心轴的一个圆周上，外面两侧的两组导线10旋转对称分布在以导电端子30和导电端子31的轴线为中心轴的另一个圆周上。在其他的实施例中，多组导线10可以旋转对称的分布在以导电端子30和导电端子31的轴线为中心轴的一个或多个圆周上。其中，导电端子30和导电端子31可以是板状，还可以是由任意形状的电连接端子替换。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于测量交流电流的分流器，其特征在于，包括第一导电端子（30）、第二导电端子（31）和多组导线，所述多组导线位于所述第一导电端子（30）和所述第二导电端子（31）之间并分别与所述第一导电端子（30）和所述第二导电端子（31）电连接，所述多组导线中的每一组导线（10；20）包括同轴设置的顺时针旋转的线圈（13）和逆时针旋转的线圈（12），并且所述顺时针旋转的线圈（13）与逆时针旋转的线圈（12）在其轴线处产生的磁感应强度的矢量和的幅值与所述顺时针旋转的线圈（13）或逆时针旋转的线圈（12）在其轴线处产生的磁感应强度的幅值的百分比小于预定的阈值。

2.根据权利要求1所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）与所述逆时针旋转的线圈（12）在其轴线处产生的磁感应强度的矢量和为零。

3.根据权利要求1所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）和所述逆时针旋转的线圈（12）的匝数相同。

4.根据权利要求3所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）和所述逆时针旋转的线圈（12）的横截面相等。

5.根据权利要求4所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）和所述逆时针旋转的线圈（12）的阻抗相同。

6.根据权利要求1至5任一项所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）和所述逆时针旋转的线圈（12）并联在所述第一导电端子（30）和所述第二导电端子（31）之间。

7.根据权利要求1至5任一项所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述顺时针旋转的线圈（13）和所述逆时针旋转的线圈（12）串联在所述第一导电端子（30）和所述第二导电端子（31）之间。

8.根据权利要求1至5任一项所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述每一组导线（10；20）包括形成闭合磁回路的磁芯（11）。

9.根据权利要求8所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述磁芯（11）包括外部呈圆筒状的磁筒（15）和位于磁筒（15）内部的中轴线上的磁棒（14），所述顺时针旋转的线圈（13）顺时针绕在所述磁棒（14）上，所述逆时针旋转的线圈（12）逆时针绕在所述磁棒（14）上。

10.根据权利要求1至5任一项所述的用于测量交流电流的分流器，其特征在于，所述第一导电端子（30）和所述第二导电端子（31）均为导电铜盘的形式，所述第一导电端子（30）和第二导电端子（31）同轴设置，所述多组导线中的每一组导线（10；20）的轴线与所述第一导电端子（30）和第二导电端子（31）的轴线平行，所述多组导线对称的分布在以所述第一导电端子（30）和第二导电端子（31）的轴线为中心轴的一个或多个圆周上。