CN113113207A - 开合式罗氏线圈和电流互感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开合式罗氏线圈和电流互感器，其中，开合式罗氏线圈包括线圈骨架，线圈骨架为环形且包括至少一个气隙开口，以及线圈，线圈为环绕线圈骨架设置的螺绕线圈，临近气隙开口的线圈密度大于远离气隙开口的线圈密度，通过根据开合式罗氏线圈的结构进行对应圈数调整，对临近气隙开口位置的线圈进行加圈设置，以使临近气隙的线圈密度大于远离气隙的线圈密度，进而弥补损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

Description

开合式罗氏线圈和电流互感器

技术领域

本发明属于电流互感器技术领域，尤其涉及一种开合式罗氏线圈和电流互感器。

背景技术

目前测量工频电路上的电流方式主要有CT、罗氏线圈两种方式，其中CT 线圈往往使用硅钢作为导磁材料。使用硅钢材料的CT往往具有结构繁琐、重量重、自谐振频率较低、大电流下易饱和的问题。罗氏线圈具有结构简单、重量轻、大电流下不易饱和的优点。为方便设备的安装，部分设备的罗氏线圈使用开合式结构，这样可以更加便捷的安装在不同的应用场景中，但是使用开合式结构的罗氏线圈在安装完成后不可避免地出现间隙，间隙的引入会影响罗氏线圈测量电流的精准度。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种开合式罗氏线圈，旨在提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

本发明实施例的第一方面提供了一种开合式罗氏线圈，该开合式罗氏线圈包括：

线圈骨架，所述线圈骨架为环形且包括至少一个气隙开口；

线圈，所述线圈为环绕所述线圈骨架设置的螺绕线圈，临近所述气隙开口的线圈密度大于远离所述气隙开口的线圈密度。

在一个实施例中，所述线圈在临近所述气隙开口处层叠环绕，在远离所述气隙开口处单圈环绕。

在一个实施例中，所述线圈骨架包括一个气隙开口，所述线圈包括依次串联的第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈，所述第一子线圈和所述第三子线圈临近所述气隙开口，所述第二子线圈远离所述气隙开口，所述第一子线圈的线圈密度和所述第三子线圈的线圈密度均大于所述第二子线圈的线圈密度。

在一个实施例中，以所述气隙开口的任一边界位置为0°位置，层叠绕制的绕制夹角的范围为-40°～0°和0°～+40°。

在一个实施例中，所述线圈骨架包括第一PCB基板和第二PCB基板，所述第一PCB基板和所述第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口和第二气隙开口共两个气隙开口；

所述线圈包括依次串联的第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈以及依次串联的第四子线圈、第五子线圈和第六子线圈；

所述第一子线圈环绕所述第一PCB基板设置且临近所述第一气隙开口，所述第三子线圈环绕所述第一PCB基板设置且临近所述第二气隙开口，所述第二子线圈环绕所述第一PCB基板设置且远离所述第一气隙开口和所述第二气隙开口，所述第一子线圈的线圈密度和所述第三子线圈的线圈密度均大于所述第二子线圈的线圈密度；

所述第四子线圈环绕所述第二PCB基板设置且临近所述第二气隙开口，所述第六子线圈环绕所述第二PCB基板设置且临近所述第一气隙开口，所述第五子线圈环绕所述第二PCB基板设置且远离所述第一气隙开口和所述第二气隙开口，所述第四子线圈的线圈密度和所述第六子线圈的线圈密度均大于所述第五子线圈的线圈密度。

在一个实施例中，以所述第一气隙开口的任一边界位置为0°位置，层叠绕制的绕制夹角的范围分别为-15°～0°、0°～15°、165°～180°和180°～195°。

本发明实施例的第二方面提供了一种开合式罗氏线圈，该开合式罗氏线圈包括：

线圈骨架，所述线圈骨架为环形且包括m个气隙开口；

线圈，所述线圈为环绕所述线圈骨架均匀绕制的螺绕线圈，所述线圈在所述线圈骨架的n个位置处的密度为0，形成对应的n个气隙；其中，m+n为4 的倍数，所述m个气隙开口和所述n个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

在一个实施例中，所述线圈骨架包括一个气隙开口，所述线圈在所述线圈骨架的三个位置处的密度为0，形成对应的三个气隙，所述一个气隙开口和所述三个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

在一个实施例中，开合式罗氏线圈所述线圈骨架包括第一PCB基板和第二 PCB基板，所述第一PCB基板和所述第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口和第二气隙开口共两个气隙开口；

所述线圈在所述第一PCB基板的一个位置处的密度为0，所述线圈在所述第二PCB基板的一个位置处的密度为0，形成对应的两个气隙，所述两个气隙开口和所述两个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

本发明实施例的第三方面提供了一种电流互感器，该电流互感器包括引出端子和如上所述的开合式罗氏线圈，所述引出端子与所述线圈电性连接。

本发明通过根据开合式罗氏线圈的结构进行对应圈数或者气隙的调整，其中，当采用的线圈骨架原有结构因安装导致的气隙开口时，对临近气隙开口位置的线圈进行加圈设置，以使临近气隙的线圈密度大于远离气隙的线圈密度，进而弥补损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度，或者通过另一种绕线方式另外增加多个气隙，使得多个气隙在环形骨架中均匀分布设置，增加的气隙可修正由于罗氏线圈安装气隙导致通过罗氏线圈的线圈内部磁通量变化不连续的问题，同样达到提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的开合式罗氏线圈的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的开合式罗氏线圈第二种结构示意图；

图3为本发明实施例提供的开合式罗氏线圈第三种结构示意图；

图4为本发明实施例提供的开合式罗氏线圈第四种结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

本发明实施例的第一方面提供了一种开合式罗氏线圈。

如图1和图2所示，该开合式罗氏线圈包括：

线圈骨架(图未示出)，线圈骨架为环形且包括至少一个气隙开口；

线圈，线圈为环绕线圈骨架设置的螺绕线圈，临近气隙开口的线圈密度大于远离气隙开口的线圈密度。

本实施例中，线圈骨架为非铁磁性材料，具有重量轻、抗干扰能力强等特点，罗氏线圈工作原理是线圈骨架围绕被测导体，导体周围的磁场会随着导体中电流的改变而改变，骨架上的线圈会因此感应出电动势。根据数学推导，该电动势与导体中电流的导数成正比，而比例系数跟线圈匝数、骨架横截面、磁导通率等有关，为了方便安装，罗氏线圈通常设置有气隙开口以方便安装，开口处未环绕线圈，从而形成气隙，如图1所示，线圈骨架设置有一个气隙11，线圈依次环绕在线圈骨架上，或者如图2所示，线圈骨架设置成对称设置的第一PCB基板和第二PCB基板，两个基板之间形成两个气隙开口11和12，气隙开口的增加导致磁通量损失以及测量过程的电流不均，造成电流检测精准度下降，因此，本实施例中，根据线圈骨架的结构对应改变线圈圈数，以达到提高流检测精准度的目的。

如图1和图2所示，线圈骨架因安装方式不同设置有气隙开口，此时同时在临近气隙开口处的线圈骨架上增加线圈圈数，进而提高线圈密度，增加的圈数、绕制的方式和绕制的弧长根据测量精度需求对应设置，在增加线圈密度后，气隙处的磁通量增加，进而弥补由原有气隙损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

本发明通过根据开合式罗氏线圈的结构进行对应圈数或者气隙的调整，其中，当采用的线圈骨架原有结构因安装导致的气隙开口时，对临近气隙开口位置的线圈进行加圈设置，以使临近气隙的线圈密度大于远离气隙的线圈密度，进而弥补损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

如图1和图2所示，在一个实施例中，线圈在临近气隙开口处层叠环绕，在远离气隙开口处单圈环绕，使得临近气隙处的线圈密度大于远离气隙处的线圈密度，例如在气隙处的两端分别通过叠层的方式绕线进行分别补圈，每一侧补圈数量为4圈，总计补圈数量8圈，在增加线圈密度后，气隙处的磁通量增加，进而弥补由原有气隙损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

如图1所示，在一个实施例中，线圈骨架包括一个气隙开口11，线圈包括依次串联的第一子线圈21、第二子线圈22和第三子线圈23，第一子线圈21 和第三子线圈23临近气隙开口11，第二子线圈22远离气隙开口11，第一子线圈21的线圈密度和第三子线圈23的线圈密度均大于第二子线圈21的线圈密度，本实施例中，线圈骨架因气隙开口存在为非闭合状态，线圈对应绕制在线圈骨架上，该气隙开口11处的磁通量减少，第一子线圈21、第二子线圈22和第三子线圈23串联连接，此时通过对第一子线圈21和第二子线圈22进行加圈设置，通过叠层的方式对第一子线圈21和第三子线圈23进行补圈，补圈数量不限，根据测量精度需求、开合式罗氏线圈的体积进行设置，例如每一线圈补圈4圈，总计补圈数量8圈，在增加线圈密度后，气隙开口11处的磁通量增加，进而弥补由原有气隙损失的磁通量，从而提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度。

同时，加圈的弧长范围可根据需求对应设置，弧长的长度可根据公式:

确定，其中，θ为以线圈骨架的几何中心为圆心、气隙位置以及与临近气隙层叠绕制的线圈的临界位置形成的绕制夹角，R为开合式罗氏线圈的半径，通过前期设计的测量精度和绕制角度的映射关系可对应选择绕制夹角，进而确定绕制的弧长，在一个实施例中，以气隙开口11的任一边界位置为0°位置，层叠绕制的绕制夹角的范围为-40°～0°和0°～+40°。

如图2所示，在一个实施例中，线圈骨架包括第一PCB基板(图未示出)和第二PCB基板(图未示出)，第一PCB基板和第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口11和第二气隙开口12共两个气隙开口；

线圈包括依次串联的第一子线圈21、第二子线圈22和第三子线圈23以及依次串联的第四子线圈24、第五子线圈25和第六子线圈26；

第一子线圈21环绕第一PCB基板设置且临近第一气隙开口11，第三子线圈23环绕第一PCB基板设置且临近第二气隙开口12，第二子线圈23环绕第一PCB基板设置且远离第一气隙开口11和第二气隙开口12，第一子线圈21 的线圈密度和第三子线圈23的线圈密度均大于第二子线圈22的线圈密度；

第四子线圈环绕第二PCB基板设置且临近第二气隙开口12，第六子线圈 26环绕第二PCB基板设置且临近第一气隙开口11，第五子线圈25环绕第二 PCB基板设置且远离第一气隙开口11和第二气隙开口12，第四子线圈24的线圈密度和第六子线圈26的线圈密度均大于第五子线圈25的线圈密度。

本实施例中，通过两个PCB基板对称设置，在安装开合式罗氏线圈时，仅需将两个PCB基板对接固定，可直接套设在已安装好的导线上，无需重新安装导线，线圈可在安装前或者安装后设置，根据两个PCB基板安装时产生的气隙开口尺寸对应调节第一子线圈21、第三子线圈23、第四子线圈24和第六子线圈26的圈数，其中，第一子线圈21、第三子线圈23、第四子线圈24和第六子线圈26层叠绕制，且加圈的圈数相等，且每一线圈加圈的绕制角度分别为-15°～0°、0°～15°、165°～180°和180°～195°。

本发明实施例的第二方面提供了一种开合式罗氏线圈。

如图3和图4所示，本实施例中，通过增加对称气隙的方式进行磁通量的调整，保证磁通量和采样电流均匀变化，其中，该开合式罗氏线圈包括：

线圈骨架(图未示出)，线圈骨架为环形且包括m个气隙开口；

线圈，线圈为环绕线圈骨架均匀绕制的螺绕线圈，线圈在线圈骨架的n个位置处的密度为0，形成对应的n个气隙；其中，m+n为4的倍数，m个气隙开口和n个气隙均匀分布于线圈骨架的圆周。

本实施例中，根据线圈骨架的结构对应选择线圈不同绕线方式进而增加气隙，以使增加的气隙和线圈骨架均匀分布在线圈骨架的圆周上，进而保证开合式罗氏线圈的磁通量和感应产生的电流均匀变化，从而提高检测精度，例如，当线圈骨架设有一个气隙开口11时，线圈通过跳线连接的方式在线圈骨架上形成多个气隙，气隙处线圈直接连接无绕制的线圈，可增加3、7、11、15等多个气隙，保证增加的气隙与线圈骨架的气隙开口总和为4的倍数，从而形成均匀对称分布的多个气隙，形成的气隙与线圈骨架的气隙开口尺寸相等，且增加的气隙数量越多，测量精度越准确。

本发明通过根据开合式罗氏线圈的结构进行气隙的调整，其中，当采用的线圈骨架原有结构因安装导致的气隙开口时，通过绕线方式另外增加多个气隙，使得多个气隙在环形骨架中均匀分布设置，增加的气隙可修正由于罗氏线圈安装气隙导致通过罗氏线圈的线圈内部磁通量变化不连续的问题，同样达到提高开合式罗氏线圈测量电流的精准度的目的。

如图1所示，在一个实施例中，线圈骨架包括一个气隙开口11，线圈在线圈骨架的三个位置处的密度为0，形成对应的三个气隙31、32和33，一个气隙开口11和三个气隙31、32和33均匀分布于线圈骨架的圆周。

本实施例中，线圈骨架原有架构为一个气隙开口11，为了减少布线复杂程度和绕线成本，在线圈骨架上通过跳线的方式形成了三个气隙31、32和33，相邻的线圈直接通过导线41、42和43连接，且形成的气隙31、32和33与线圈骨架的气隙开口11尺寸相等，三个气隙31、32和33分别与线圈骨架的气隙开口11成90°、180°和270°的角度差，且各气隙和气隙开口11之间的线圈密度相等。

如图2所示，在一个实施例中，线圈骨架包括第一PCB基板和第二PCB 基板，第一PCB基板和第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口11和第二气隙开口12共两个气隙开口；

线圈在第一PCB基板的一个位置处的密度为0，线圈在第二PCB基板的一个位置处的密度为0，形成对应的两个气隙31和32，两个气隙开口11和12 和两个气隙31、32和33均匀分布于线圈骨架的圆周。

本实施例中，两个PCB基板对称安装形成两个气隙开口11和12，为了减少布线复杂程度和绕线成本，在线圈骨架上通过跳线的方式形成二个气隙31 和32，即在第一PCB基板上形成一个气隙31，在第二PCB基板上形成另一气隙32，第一PCB基板上的相邻的线圈直接通过导线41连接，第二PCB基板上的相邻的线圈直接通过导线42连接，且形成的气隙31和32与线圈骨架的气隙开口11和12尺寸相等，两个气隙31和32分别与线圈骨架的两个气隙开口11 和12对应成90°的角度差，且各气隙和气隙开口之间的线圈密度相等。

本发明实施例还提供一种电流互感器，电流互感器包括引出端子(图未示出)和开合式罗氏线圈，开合式罗氏线圈的具体结构参照上述实施例，由于电流互感器采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。其中，引出端子与线圈电性连接，引线端子将开合式罗氏线圈感应的电流反馈至控制系统，从而可获得待检测的导体的电流值。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种开合式罗氏线圈，其特征在于，包括：

线圈骨架，所述线圈骨架为环形且包括至少一个气隙开口；

线圈，所述线圈为环绕所述线圈骨架设置的螺绕线圈，临近所述气隙开口的线圈密度大于远离所述气隙开口的线圈密度。

2.如权利要求1所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，所述线圈在临近所述气隙开口处层叠环绕，在远离所述气隙开口处单圈环绕。

3.如权利要求2所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，所述线圈骨架包括一个气隙开口，所述线圈包括依次串联的第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈，所述第一子线圈和所述第三子线圈临近所述气隙开口，所述第二子线圈远离所述气隙开口，所述第一子线圈的线圈密度和所述第三子线圈的线圈密度均大于所述第二子线圈的线圈密度。

4.如权利要求3所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，以所述气隙开口的任一边界位置为0°位置，层叠绕制的绕制夹角的范围为-40°～0°和0°～+40°。

5.如权利要求2所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，所述线圈骨架包括第一PCB基板和第二PCB基板，所述第一PCB基板和所述第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口和第二气隙开口共两个气隙开口；

所述线圈包括依次串联的第一子线圈、第二子线圈和第三子线圈以及依次串联的第四子线圈、第五子线圈和第六子线圈；

所述第一子线圈环绕所述第一PCB基板设置且临近所述第一气隙开口，所述第三子线圈环绕所述第一PCB基板设置且临近所述第二气隙开口，所述第二子线圈环绕所述第一PCB基板设置且远离所述第一气隙开口和所述第二气隙开口，所述第一子线圈的线圈密度和所述第三子线圈的线圈密度均大于所述第二子线圈的线圈密度；

所述第四子线圈环绕所述第二PCB基板设置且临近所述第二气隙开口，所述第六子线圈环绕所述第二PCB基板设置且临近所述第一气隙开口，所述第五子线圈环绕所述第二PCB基板设置且远离所述第一气隙开口和所述第二气隙开口，所述第四子线圈的线圈密度和所述第六子线圈的线圈密度均大于所述第五子线圈的线圈密度。

6.如权利要求5所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，以所述第一气隙开口的任一边界位置为0°位置，层叠绕制的绕制夹角的范围分别为-15°～0°、0°～15°、165°～180°和180°～195°。

7.一种开合式罗氏线圈，其特征在于，包括：

线圈骨架，所述线圈骨架为环形且包括m个气隙开口；

线圈，所述线圈为环绕所述线圈骨架均匀绕制的螺绕线圈，所述线圈在所述线圈骨架的n个位置处的密度为0，形成对应的n个气隙；其中，m+n为4的倍数，所述m个气隙开口和所述n个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

8.如权利要求7所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，所述线圈骨架包括一个气隙开口，所述线圈在所述线圈骨架的三个位置处的密度为0，形成对应的三个气隙，所述一个气隙开口和所述三个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

9.如权利要求7所述的开合式罗氏线圈，其特征在于，所述线圈骨架包括第一PCB基板和第二PCB基板，所述第一PCB基板和所述第二PCB基板均为半环形且对称设置形成第一气隙开口和第二气隙开口共两个气隙开口；

所述线圈在所述第一PCB基板的一个位置处的密度为0，所述线圈在所述第二PCB基板的一个位置处的密度为0，形成对应的两个气隙，所述两个气隙开口和所述两个气隙均匀分布于所述线圈骨架的圆周。

10.一种电流互感器，其特征在于，包括引出端子和如权利要求1～9任一项所述的开合式罗氏线圈，所述引出端子与所述线圈电性连接。

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