CN105335613B - Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 - Google Patents
Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105335613B CN105335613B CN201510724049.6A CN201510724049A CN105335613B CN 105335613 B CN105335613 B CN 105335613B CN 201510724049 A CN201510724049 A CN 201510724049A CN 105335613 B CN105335613 B CN 105335613B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic field
- field intensity
- spiral winding
- pcb plane
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G16—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS
- G16Z—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR SPECIFIC APPLICATION FIELDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G16Z99/00—Subject matter not provided for in other main groups of this subclass
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
- Coils Or Transformers For Communication (AREA)
Abstract
本发明提供的一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,将一次导体周围空间划分为若干个四面体单元,并获取任一四面体单元的四个顶点的磁场强度,而且将任一组PCB平面螺旋线圈的每一匝线圈围成的面积作为有效面积a,并根据磁场强度Hε计算同一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和;能够有效避免不规则的平面螺旋线圈以及一次导体自身的外径以及一次导体与平面螺旋线圈之间的距离对互感系数造成的影响,大大提高计算精度,减小计算工作量。
Description
技术领域
本发明涉及一种电流互感器的互感系数计算方法,尤其涉及一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法。
背景技术
电流互感器是现代工业中极为重要的设备,广泛应用于继电保护、电流测量等,传统的电流互感器存在如下缺点:绝缘技术要求复杂,易燃易爆;存在磁饱和问题,且动态范围小、频带窄、误差大;对二次侧要求严格等,因此,人们逐渐提出了一种PCB平面螺旋线圈电流互感器(以下简称PCB电流互感器),但是,现有的PCB电流互感器的互感系数计算方法存在如下缺点:现有的PCB电流互感器的互感系数计算采用传统的数值计算方法,但是这种方法仅仅是对于PCB平面螺旋线圈为形状规则的四边形或者多边形时,其计算结果较为准确,但是,当螺旋线圈的形状不规则时,计算复杂,工作量大,从而导致计算结果误差大,而且,当一次导体与螺旋线圈距离较近时,由于一次导体自身的外径以及形状也将对互感系数的计算造成严重的影响,从而进一步影响了互感系数的计算结果。
因此,需要提出一种新的PCB电流互感器的互感系数计算方法,能够有效避免不规则的平面螺旋线圈以及一次导体自身的外径以及一次导体与平面螺旋线圈之间的距离对互感系数造成的影响,大大提高计算精度,减小计算工作量。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,能够有效避免不规则的平面螺旋线圈以及一次导体自身的外径以及一次导体与平面螺旋线圈之间的距离对互感系数造成的影响,大大提高计算精度,减小计算工作量。
本发明提供的一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,包括如下步骤:
S1.将一次导体周围空间划分为若干个四面体单元,并获取任一四面体单元的四个顶点的磁场强度;
S2.由四面体单元的四个顶点的磁场强度获取一次导体周围空间的任意点的磁场强度其中,为插值基函数,Hi为分别四面体的各顶点且分别I、J、K和L;
S3.将任一组PCB平面螺旋线圈的每一匝线圈围成的面积作为有效面积a,并根据磁场强度Hε计算同一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和;
S4.根据每一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和计算整个PCB平面螺旋线圈互感器的总输出磁通量φout;
S5.由公式求出PCB平面螺旋线圈的互感系数M,其中,ip为一次导体的电流。
进一步,步骤S2中,根据如下步骤计算一次导体周围空间任意一点的磁场强度以及插值基函数:
S21.构建三维坐标系;
S22.建立四面体单元的四个顶点与磁场强度的方程组:
S23.分别求解出四个顶点与磁场强度方程中的系数:
S24.将方程组的各系数代入方程组中整理得任意点的磁场强度:
进一步,步骤S3中,根据Hε计算公式确定有效面积a内的任意点磁场强度,并由公式Be=μ·He求出任意点的磁通密度;
由如下公式求出有效面积内的磁通量:φn=∫Be·da,并根据公式求出一组线圈中每一匝线圈围成的有效面积的磁通量之和θf,其中n为同一组线圈中的线圈匝数。
本发明的有益效果:本发明的PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,能够有效避免不规则的平面螺旋线圈以及一次导体自身的外径以及一次导体与平面螺旋线圈之间的距离对互感系数造成的影响,大大提高计算精度,减小计算工作量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的四面体单元示意图。
图2为本发明的一种PCB平面螺旋线圈电流互感器示意图。
具体实施方式
图1为本发明的四面体单元示意图,图2为图2为本发明的一种PCB平面螺旋线圈电流互感器示意图,如图所示,本发明提供的一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,包括如下步骤:
S1.将一次导体周围空间划分为若干个四面体单元,并获取任一四面体单元的四个顶点的磁场强度;
S2.由四面体单元的四个顶点的磁场强度获取一次导体周围空间的任意点的磁场强度其中,为插值基函数,Hi为分别四面体的各顶点且分别I、J、K和L;
S3.将任一组PCB平面螺旋线圈的每一匝线圈围成的面积作为有效面积a,并根据磁场强度Hε计算同一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和;
S4.根据每一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和计算整个PCB平面螺旋线圈互感器的总输出磁通量φout;
S5.由公式求出PCB平面螺旋线圈的互感系数M,其中,ip为一次导体的电流。
本实施例中,步骤S2中,根据如下步骤计算一次导体周围空间任意一点的磁场强度以及插值基函数:
S21.构建三维坐标系;
S22.建立四面体单元的四个顶点与磁场强度的方程组:
S23.分别求解出四个顶点与磁场强度方程中的系数:
S24.将方程组的各系数代入方程组中整理得任意点的磁场强度:
本实施例中,步骤S3中,根据Hε计算公式确定有效面积a内的任意点磁场强度,并由公式Be=μ·Hε求出任意点的磁通密度;
由如下公式求出有效面积内的磁通量:φn=∫Be·da,并根据公式求出一组线圈中每一匝线圈围成的有效面积的磁通量之和Φf,其中n为同一组线圈中的线圈匝数,以图2为例:图2中的线圈组数为4组,即是说:f=4,且图2中,1为一次导体,2、3、4和5分别为4组平面螺旋线圈,其中,假定螺旋线圈2的感应电动势方向为外线为负,过孔为正,螺旋线圈3、4和5的感应电动势方向均为外线为正,过孔为负,因此,四个线圈总的输出磁通量为Φout=Φ2+Φ3+Φ4-Φ5;其中,该公式需要确定感应电动势的方向,例如以图2电流方向为正方向,一个交流正弦波周期内,电流波波形斜率为正时,感应电动势方向为外线为负,过孔为正,输出的磁通为Φout,电流波波形斜率为负时,感应电动势方向为外线为正,过孔为负,输出的磁通为-Φout。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (2)
1.一种PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1.将一次导体周围空间划分为若干个四面体单元,并获取任一四面体单元的四个顶点的磁场强度;
S2.由四面体单元的四个顶点的磁场强度获取一次导体周围空间的任意点的磁场强度其中,为插值基函数,Hi为分别四面体的各顶点且分别I、J、K和L;
S3.将任一组PCB平面螺旋线圈的每一匝线圈围成的面积作为有效面积a,并根据磁场强度Hε计算同一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和;
S4.根据每一组PCB平面螺旋线圈的磁通量之和计算整个PCB平面螺旋线圈互感器的总输出磁通量φout;
S5.由公式求出PCB平面螺旋线圈的互感系数M,其中,ip为一次导体的电流;
步骤S2中,根据如下步骤计算一次导体周围空间任意一点的磁场强度以及插值基函数:
S21.构建三维坐标系;
S22.建立四面体单元的四个顶点与磁场强度的方程组:
其中,HI、HJ、HK和HL分别为四面体单元的四个顶点的磁场强度,(xm,ym,zm)为四面体单元的四个顶点坐标,m分别取为I、J、K和L;
S23.分别求解出四个顶点与磁场强度方程中的系数:
其中,
S24.将方程组的各系数代入方程组中整理得任意点的磁场强度:
其中即为插值基函数,x、y和z为任意一点的坐标。
2.根据权利要求1所述PCB平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法,其特征在于:步骤S3中,根据Hε计算公式确定有效面积a内的任意点磁场强度,并由公式Be=μ·Hε求出任意点的磁通密度;
由如下公式求出有效面积内的磁通量:φn=∫Be·da,并根据公式求出一组线圈中每一匝线圈围成的有效面积的磁通量之和θf,其中n为同一组线圈中的线圈匝数。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510724049.6A CN105335613B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201510724049.6A CN105335613B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN105335613A CN105335613A (zh) | 2016-02-17 |
CN105335613B true CN105335613B (zh) | 2018-06-29 |
Family
ID=55286133
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201510724049.6A Active CN105335613B (zh) | 2015-10-30 | 2015-10-30 | Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN105335613B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112069753B (zh) * | 2020-08-28 | 2023-11-10 | 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 | 正多边形平面螺旋线圈的磁场计算方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1844938A (zh) * | 2006-05-12 | 2006-10-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于微电子机械系统的光学电流传感器、制作及检测方法 |
CN1967266A (zh) * | 2006-10-29 | 2007-05-23 | 长沙同庆电气信息有限公司 | 螺旋管型空心线圈电流传感器 |
JP2010093180A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | 非接触給電装置 |
CN204721105U (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 中国矿业大学(北京) | 插入中继线圈的不对称的无线输电系统 |
-
2015
- 2015-10-30 CN CN201510724049.6A patent/CN105335613B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1844938A (zh) * | 2006-05-12 | 2006-10-11 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种基于微电子机械系统的光学电流传感器、制作及检测方法 |
CN1967266A (zh) * | 2006-10-29 | 2007-05-23 | 长沙同庆电气信息有限公司 | 螺旋管型空心线圈电流传感器 |
JP2010093180A (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-22 | Showa Aircraft Ind Co Ltd | 非接触給電装置 |
CN204721105U (zh) * | 2015-07-02 | 2015-10-21 | 中国矿业大学(北京) | 插入中继线圈的不对称的无线输电系统 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
PCB 空心线圈型电子式电流互感器设计;柏淑红;《变压器》;20120831;第49卷(第8期);全文 * |
基于PCB平面型Rogowski线圈的电流互感器误差分析及积分器设计;纪哲;《电力系统自动化》;20110228;第31卷(第2期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105335613A (zh) | 2016-02-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Accurate calculation and sensitivity analysis of leakage inductance of high-frequency transformer with Litz wire winding | |
CN203191419U (zh) | 带有抗磁结构的电磁式电流互感器的智能电表 | |
Chen et al. | Improved winding loss theoratical calculation of magnetic component with air-gap | |
CN203760297U (zh) | 一种变压器和电感器的集成结构 | |
CN104319075B (zh) | 一种用于多电平电压源换流器的连接电抗器 | |
CN104062613A (zh) | 一种有源屏蔽梯度线圈及其设计方法 | |
CN105335613B (zh) | Pcb平面螺旋线圈电流互感器的互感系数计算方法 | |
CN207503796U (zh) | 一种共差模磁集成电感 | |
CN114117754A (zh) | 一种交直流电网谐波耦合建模方法及系统 | |
Dalal et al. | Mutual inductance computation method for coils of different geometries and misalignments | |
CN104034943A (zh) | 一种基于差分布线的pcb罗氏线圈电流感应器 | |
CN109239544B (zh) | 一种振荡波系统用空心电抗器设计方法 | |
CN205789480U (zh) | 一种新型组合式互感器 | |
Liu et al. | Design and optimization of high frequency transformer with nanocrystalline core | |
CN106898487B (zh) | 一种多频道中频变压器的设计方法 | |
CN205845635U (zh) | 环形立绕电感 | |
CN106526302A (zh) | 一种制作高性能匝均衡空芯线圈的方法 | |
Panfllov et al. | Optimization of weight and dimensions of longitudinal compensation devices for electric transmission lines 110–220 kV | |
CN207852447U (zh) | 比流器 | |
Dai et al. | Output-voltage adaptive of omnidirectional wireless power transfer based on receivers with digital coils | |
CN202513025U (zh) | 一种带环形屏蔽盒的超高压电流互感器 | |
CN103606449A (zh) | 高精度电流互感器 | |
CN205751846U (zh) | 一种用于电流互感器的屏蔽绕组结构 | |
CN110826198A (zh) | 一种小型化油浸式空心耦合电抗器设计方法 | |
CN104183385A (zh) | 变压器绕线组的绕线方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
TR01 | Transfer of patent right | ||
TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200520 Address after: Room 605, building 3, 69 torch Avenue, Jiulongpo District, Chongqing 400000 Patentee after: Chongqing canze Technology Co., Ltd Address before: 400044 Shapingba District Sha Street, No. 174, Chongqing Patentee before: Chongqing University |