RU2298800C1 - Датчик тока - Google Patents
Датчик тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2298800C1 RU2298800C1 RU2006102040/28A RU2006102040A RU2298800C1 RU 2298800 C1 RU2298800 C1 RU 2298800C1 RU 2006102040/28 A RU2006102040/28 A RU 2006102040/28A RU 2006102040 A RU2006102040 A RU 2006102040A RU 2298800 C1 RU2298800 C1 RU 2298800C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- current
- measuring
- bus
- inductor
- current sensor
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)
Abstract
Предложенное изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в цепях измерения переменного тока приборов учета и регистрации электроэнергии. Технический результат от реализации данного изобретения заключается в повышении точности измерения тока за счет исключения дополнительной температурной погрешности. Предложенный датчик тока содержит две катушки индуктивности, намотанные на одном каркасе, установленном на печатной плате, и токовую шину, выполненную в виде изогнутой U-образной пластины, при этом внутренняя часть токовой шины содержит первое и второе отверстия, а шина изогнута таким образом, что первое и второе отверстия имеют общую геометрическую ось и охватывают соответственно первую и вторую катушки индуктивности, установленные вертикально. 1 табл., 2 ил.
Description
Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для использования в цепях измерения переменного тока приборов учета и регистрации электроэнергии.
Известен датчик тока (Свидетельство на полезную модель №7207, опубл. 16.07.1998 г., H 01 F 27/00), используемый в электросчетчиках. Он содержит токовую шину в виде петли, охватывающей катушку индуктивности установленную на панели. Для защиты от воздействия внешних магнитных полей они помещены при помощи изоляционной обоймы в замкнутый прямоугольный экран. Катушка индуктивности состоит из двух обмоток, первая обмотка является измерительной, а вторая обмотка, намотанная поверх первой, служит электростатическим экраном.
Принцип работы датчика тока основан на эффекте Роговского. При протекании электрического тока через токовую шину вокруг нее создается магнитное поле, пронизывающее силовыми линиями вдоль оси катушку индуктивности. Электродвижущая сила, наводимая в катушке индуктивности, пропорциональная производной тока di/dt, а при подключении измерительной обмотки к интегратору, собранном на операционном усилителе, преобразуется на его выходе в напряжение, пропорциональное i(t), пригодное для дальнейшей обработки.
К недостаткам датчика тока следует отнести высокие трудоемкость изготовления и себестоимость, так как он содержит большое количество деталей, а для изготовления замкнутого прямоугольного экрана используется дорогостоящий материал с высокой магнитной проницаемостью.
Известен датчик тока (Патент ЕР 1515146, опубл. 16.03.2005 г., G 01 R 15/18, Fig.1), содержащий токовую шину в виде петли охватывающей первую катушку индуктивности. С внешней стороны петли на минимальном расстоянии от первой катушки индуктивности расположена вторая катушка индуктивности. Обе катушки индуктивности установлены на печатной плате и состоят из двух обмоток. Первые обмотки являются измерительными, а вторые обмотки, намотанные поверх первых, служат электростатическим экраном.
Принцип работы этого датчика тока также основан на эффекте Роговского. При протекании электрического тока через токовую шину вокруг нее создается магнитное поле, пронизывающее силовыми линиями вдоль оси катушки индуктивности в противоположном направлении. Электродвижущая сила, наводимая в катушках индуктивности, при подключении измерительных обмоток к входам операционного усилителя, преобразуется на выходе в напряжение, пропорциональное производной тока di/dt.
Использование второй катушки индуктивности позволяет компенсировать влияние внешнего переменного магнитного поля. Силовые линии внешнего магнитного поля пронизывают обе катушки индуктивности в одном направлении. Напряжения, наводимые на катушках индуктивности, на входах операционного усилителя будут равны по величине и совпадать по направлению компенсироваться на его выходе. Однако разнесенные относительно друг друга катушки индуктивности не позволяют полностью исключить влияние внешнего магнитного поля, так как силовые линии не одинаково на них воздействуют в зависимости от направления магнитного поля.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является датчик тока (Патент ЕР 1515146, опубл. 16.03.2005 г., G 01 R 15/18, Fig.5), содержащий токовую шину в виде U-образной пластины, изогнутой в верхней части под прямым углом последовательно два раза. Внутри токовой шины вдоль горизонтальной оси расположены две катушки индуктивности. Обе катушки индуктивности намотаны на одном каркасе и установленны на печатной плате. Такое построение датчика тока позволяет полностью компенсировать влияние внешнего переменного магнитного поля, так как его силовые линии одновременно пронизывают обе катушки индуктивности в одном направлении.
Недостатком этого датчика тока является низкая напряженность магнитного поля, воздействующего на катушки индуктивности, из-за неоптимальной конструкции токовой шины, что приводит к увеличению погрешности измерения тока.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении точности измерения тока.
Технический результат достигается за счет изменения конфигурации токовой шины и ориентации относительно нее катушек индуктивности, что позволяет увеличить напряженность магнитного поля. При использовании одних и тех же катушек индуктивности в предлагаемом датчике тока требуется меньшее усиление операционного усилителя, реализованного на микросхеме, и повышается стабильность показаний основной погрешности.
Предлагаемый датчик тока содержит две катушки индуктивности, намотанные на одном каркасе, установленном на печатной плате, и токовую шину, выполненную в виде изогнутой U-образной пластины. При этом внутренняя часть токовой шины содержит первое и второе отверстия, а шина изогнута таким образом, что первое и второе отверстия имеют общую геометрическую ось и охватывают соответственно первую и вторую катушки индуктивности, установленные вертикально.
На Фиг.1 показана конструкция токовой шины в развернутом виде, выполненной способом штамповки, где
1 - токовая шина;
2 - первое отверстие;
3 - второе отверстие.
На Фиг.2 приведена конструкция датчика тока, где
4 - первая катушка индуктивности;
5 - вторая катушка индуктивности;
6 - печатная плата.
Датчик тока включает в себя токовую шину 1, выполненную в виде изогнутой U-образной пластины. Внутренняя часть токовой шины содержит первое отверстие 2 и второе отверстие 3. Внутри отверстия 2 токовой шины 1 размещена первая катушка индуктивности 4, а внутри отврстия 3 токовой шины 1 размещена вторая катушка индуктивности 5.
Первая катушка индуктивности 4 и вторая катушка индуктивности 5 намотаны на одном каркасе, установленном на печатную плату 6 вертикально. Первая катушка индуктивности 4 и вторая катушка индуктивности 5 содержат измерительные обмотки, поверх которых намотана общая третья обмотка, служащая электростатическим экраном. Начала измерительных обмоток первой катушки индуктивности 4 и второй катушки индуктивности 5 подключаются к входам операционного усилителя, реализованного на микросхеме, обеспечивающего обработку входного сигнала, пропорционального производной тока. Концы измерительных обмоток первой катушки индуктивности 4 и второй катушки индуктивности 5 и конец третьей обмотки подключены к общей шине прибора.
Концы токовой шины 1 могут подключаться к клеммной колодке прибора или использоваться как детали зажима клеммной колодки. Печатная плата 6 может быть как отдельной печатной платой, так и частью общей печатной платы прибора.
Датчик тока работает следующим образом. При протекании электрического тока через токовую шину 1 вокруг нее создается магнитное поле, пронизывающее силовыми линиями вдоль оси первую катушку индуктивности 4 и вторую катушку индуктивности 5. При этом направление силовых линий внутри первого отверстия 2 токовой шины 1 противоположно по направлению силовым линиям внутри второго отверстия 3 токовой шины 1. Следовательно, если силовые линии втекают в первую катушку индуктивности 4, то из второй катушки индуктивности 5 они будут вытекать и наоборот, при изменении направления электрического тока. Электродвижущая сила, наводимая в первой катушке индуктивности 4 и второй катушке индуктивности 5, преобразуется на входах операционного усилителя, реализованного на микросхеме, в напряжения, пропорциональные производной тока di/dt, равные по величине и противоположные по направлению, которые далее преобразуются в цифровой сигнал, пропорциональный i(t), пригодный для дальнейшей обработки.
Датчик тока, благодаря высокой линейности в широком диапазоне измеряемых токов, малой потребляемой мощности, отсутствию магнитного сердечника, низкой температурной зависимости и себестоимости, способен заменить широко используемые для этих целей в настоящее время традиционные измерительные трансформаторы тока и резистивные шунты.
Одним из важных показателей, характеризующих приборы учета и регистрации электроэнергии в процессе эксплуатации, является влияние самонагрева. В качестве одного из тестируемых датчиков тока был выбран резистивный шунт. Он наиболее близок к заявляемому изобретению по способности учета постоянной составляющей в цепи переменного тока. На недоучете постоянной составляющей основан один из способов хищения электроэнергии.
Испытания проводились согласно ГОСТ РМЭК 62053-21 «Аппаратура для измерения электрической энергии переменного тока. Частные требования», п.7.3 «Влияние самонагрева». Измеритель мощности реализован на микросхеме класса точности 1.0, позволяющей обрабатывать входные сигналы с обоих датчиков тока. Измерения проводят в течение одного часа с интервалом в 10 минут. Результаты тестов приведены в таблице.
Сравнительный анализ показывает, что оба датчика тока соответствуют требованиям ГОСТ, в соответствии с которыми погрешность измерения тока при проведении испытаний не должна превышать ±1,7%. Однако датчик тока на резистивном шунте обеспечивает значительно больший недоучет электроэнергии. Одновременно проводился контроль температуры внутри корпуса прибора, для датчика тока на резистивном шунте температура повысилась на 12°С относительно нормальной. Следовательно, увеличение погрешности - измерения тока вызвано самонагревом электрического шунта.
Claims (1)
- Датчик тока, содержащий две катушки индуктивности, намотанные на одном каркасе, установленном на печатной плате, и токовую шину, выполненную в виде изогнутой U-образной пластины, отличающийся тем, что внутренняя часть токовой шины содержит первое и второе отверстия, а шина изогнута таким образом, что первое и второе отверстия имеют общую геометрическую ось и охватывают соответственно первую и вторую катушки индуктивности, установленные вертикально.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102040/28A RU2298800C1 (ru) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Датчик тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006102040/28A RU2298800C1 (ru) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Датчик тока |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2298800C1 true RU2298800C1 (ru) | 2007-05-10 |
Family
ID=38107961
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006102040/28A RU2298800C1 (ru) | 2006-01-25 | 2006-01-25 | Датчик тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2298800C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508554C2 (ru) * | 2008-06-19 | 2014-02-27 | Абб Текнолоджи Аг | Комбинированное электрическое измерительное устройство |
RU2683416C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2019-03-28 | Шнейдер Электрик Эндюстри Сас | Устройство для измерения по меньшей мере одной электрической величины тока, который должен циркулировать в электрическом устройстве, и узел, содержащий такое устройство |
-
2006
- 2006-01-25 RU RU2006102040/28A patent/RU2298800C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2508554C2 (ru) * | 2008-06-19 | 2014-02-27 | Абб Текнолоджи Аг | Комбинированное электрическое измерительное устройство |
RU2683416C2 (ru) * | 2014-04-24 | 2019-03-28 | Шнейдер Электрик Эндюстри Сас | Устройство для измерения по меньшей мере одной электрической величины тока, который должен циркулировать в электрическом устройстве, и узел, содержащий такое устройство |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Qing et al. | Design and characteristics of two Rogowski coils based on printed circuit board | |
WO2010043937A1 (en) | Method and apparatus for current measurement using hall sensors without iron cores | |
CN102985838A (zh) | 用于检测磁芯中的磁特征参量的方法和装置 | |
Emanuel et al. | Current harmonics measurement by means of current transformers | |
CN203672938U (zh) | 一种交直流通用的漏电流传感器 | |
CN205562655U (zh) | 一种用于测量变压器中性点电流的闭环开口电流传感器 | |
Karrer et al. | A new current measuring principle for power electronic applications | |
CN109298370A (zh) | 互感器的特性的检测方法及装置 | |
KR20080034765A (ko) | 로고스키 센서를 이용한 전류 측정장치 | |
CN110658374A (zh) | 一种具备宽频、宽幅测量及抗磁干扰能力的电流互感器 | |
US20220252642A1 (en) | Current Sensors Employing Rogowski Coils And Methods Of Using Same | |
CN110412336A (zh) | 一种高精度电流传感器的检测探头 | |
Nurmansah et al. | Design and testing PCB Rogowski-coil current sensor for high current application | |
Kulkarni et al. | An edge-intelligent, clip-on Rogowski current sensor with wide dynamic range | |
Pettinga et al. | A polyphase 500 kA current measuring system with Rogowski coils | |
McNeill et al. | High-fidelity low-cost electronic current sensor for utility power metering | |
Zhang et al. | Design and test of a new high-current electronic current transformer with a Rogowski coil | |
RU2298800C1 (ru) | Датчик тока | |
Schrittwieser et al. | Novel principle for flux sensing in the application of a DC+ AC current sensor | |
CN219800651U (zh) | 一种电流互感器 | |
CN103943340B (zh) | 具有单向通量补偿的电力变压器 | |
Cataliotti et al. | Characterization of clamp-on current transformers under nonsinusoidal conditions | |
RU108634U1 (ru) | Разъемный датчик тока | |
Kojovic | PCB Rogowski coil designs and performances for novel protective relaying | |
CN108732414A (zh) | 电流传感器及断路器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20120628 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130126 |