[发明专利]基于机械波的电流测量互感器

说明书

本发明涉及一种用于基于机械波，或者换句话说基于弹性波的产生的电流互感器，其目的在于借助于不同装置适应电路的电流值，从而能测量它，即使它可能是非常高的值、或在高压电路中循环也是如此。这些装置包括几个力／磁场转换器，这些转换器从电磁场产生经各种传送结构传播到其中他们转换成电信号的接收器的机械波。

这些互感器用来测量电路中的交流电流，电路的电流或需要的绝缘强度是如此之高，从而他们不能直接进入测量装置。

尽管它可以在宽频率范围中使用，但最重要的应用领域是在用于处理50至60Hz频率下的高压和电流的电能产生、输送、和分配的设施中。

适当的还有在所有系统上使用，这些系统要求高电流值的测量或者要求在初级电路与次级或测量电路之间的电流隔离。

电流互感器是改变电流幅值的装置。

在传统上，这通过在初级电路上产生可变磁通实现，该可变磁通到达次级电路，并且感应出与磁通变化相对的电流变化。该现象一般借助于麦克斯韦方程较好地解释。

初级和次级电路的匝数比值确定初级和次级电流的幅值比值。从用作用于电流测量的中间装置的前途看，对于测量设备改变幅值和调节他们的可能性是有用的，并且在初级和次级电路用磁场连接在他们之间没有电气接触时他们提供的电流隔离更是如此。

后一种性能使得他们在其中初级电路的电压非常高的用于电能分配的大电网中特别有用。虽然如此，但当分配输出随电压和电流的缓慢增大而增长时，不仅初级电路的尺寸由于较大电流而增大，而且电绝缘也提高。这使得反映两个因素乘积的互感器尺寸增长到异常程度，变成对于他们必须处理的信号功率非常大且格外昂贵的装置。这说明了在最近几年在该领域开发新替换方法的兴趣。

在最近几十年的历程中已经提出了各种装置。最重要的研究方向当前集中在基于纤维光学(有源的和无源的)的新系统的开发上。

在光纤由能够以光形式传送能量、但不能传送电子的非传导材料制造的情况下，这些系统实现初级与次级电路之间的高效电隔离。

另一种同样有效的替换方法，就在初级与次电路之间的电隔离而论，是基于机械波在介电介质中的传播；本申请人拥有对于在西班牙以号9401142／7申请的关于电压测量互感器的发明专利文件的权利。该申请涉及电流测量互感器。

在本发明提出的基于机械波的电流测量互感器中，由在初级与次级电路之间的介电材料传播的能量具有机械能量的形式：弹性波。

这些互感器由如下主要元件组成：

-初级电路导体。要测量的电流经该导体循环。

-磁场／力转换器。由经初级电路循环的交流电流产生弹性波。经导体循环的电流感应出绕他们的磁场。这些磁场能够在磁铁上、在铁磁性材料的铁心上或在带有感应电流的线圈上产生力。他们也可以改变磁致伸缩材料的尺寸。如果磁铁、铁磁性材料、线圈、或磁致伸缩材料机械联接到具有一定刚度的介质上，则交变力作为弹性波经该材料传播。

-传送结构。传送结构把磁场／力转换器机械联接到接收器上。因此，由磁场／力转换器产生的波经由介电材料制成以电隔离电路的传送结构传播，并且到达接收器。

-接收器。基于压电材料建造，它把弹性波转换成电信号。这些电信号的数值与经初级电路循环的电流的数值有关。对于基于永久磁铁或磁致伸缩材料的磁场／力转换器，接收器输出信号的数值近似与经初级电路循环的电流成比例，而对于基于铁磁性材料或线圈的磁场／力转换器，它近似与初级电路电流数值的平方成比例。

作为一种选择，包括一个电气单元以放大来自接收器的电气信号。该电气单元也使得有可能校准系统，补偿热偏移、非线性、在原始信号与输出信号之间的相位差、材料特性的老化，及与外部探测系统通信。

为了完成描述、和为了有助于提供本发明特征的更好理解，该描述伴随有作为其整体部分的一组图，这些图是例子而不是限制性的，表示如下：

图1表示基于机械波的测量互感器的方块图，该互感器是本发明的目的，带有初级电路、磁场／力转换器、传送结构、接收器、和放大器。

图2表示第一方法建造的一种基于机械波的测量互感器的外部侧视图。

图3表示第一方法建造的一种基于机械波的测量互感器的侧剖视图。

图4表示第一方法建造的一种基于机械波的测量互感器的初级电路和磁场／力转换器的布置。

图5表示从第三方法建造的一种基于机械波的测量互感器的初级电路和磁场／力转换器上方看到的剖开的布置。

图6表示第五方法建造的一种基于机械波的测量互感器的剖开侧视图。