[发明专利]一种高磁导率Rogowski线圈

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量磁场或电流的传感器的线圈，具体地说，是涉及一种基于印刷电路板(PCB)技术的带气隙铁芯的高磁导率Rogowski线圈。

背景技术

现在，人们往往把Rogowski线圈局限于空芯线圈，线圈的骨架被理所当然的定义为非磁性材料。毋庸置疑的是，空芯线圈有极大的动态范围，在理论上甚至可以认为它永远也不会饱和，但是，空芯线圈也有着一个极大的缺点，被测的额定电流为数百安培时，空芯线圈的输出电压约为数十毫伏。空芯线圈作为电流测量装置与计量、显示等二次仪表连接使用的时候，感应的电势信号必须通过相应的电路放大处理，而在设备数量相对庞大的电力行业和工业界，为了节省成本和增加仪器的使用寿命，往往选用无源的指针式二次仪表，此时，空芯线圈的驱动能力严重不足，其应用范围受到了极大的限制。另外一方面，在被测电流很小也就是数安培时，一般的空芯线圈的输出电势往往为数微伏，对这种微弱信号的处理是困难的，往往得不到令人满意的效果，提高其感应电势的大小不失为一种巧妙而有效的方法。提高感应电势的方法中，加大二次绕组的匝数是常见的一种，但是，由于为了保证测量精度，Kojovic Ljubomir.Rogowski coilssuit relay protection and measurement[of power systems].IEEEComputer Applications in power，1997，10(3)：47-52，文中说明了空芯线圈对二次绕组的绕制是有特殊要求的，匝数越多，越难以达到绕制的要求，使得该方法受限。

Rogowski线圈的设计是为了得到一个稳定的互感系数M，其表达式为：

M=-μNh2πlnRaRi]]>

式中，μ为骨架材料的磁导率，N为线圈匝数，h为线圈骨架高度，Ra为骨架外径，R_i为骨架内径。

空芯线圈的骨架为非磁芯材料，其磁导率为4π*10^-7，其相对磁导率为1。要提高Rogowski线圈的输出电势，提高骨架材料的相对磁导率是一个非常有效的方法。

发明内容

本发明的目的利用基于PCB板上电气布线取代传统手绕或机械绕制的二次绕组的漆包线线圈，克服了具体生产中线圈绕制的烦琐，排除了线圈因漆包线掉漆短路或因漆包线断线而断路等隐患，此外，基于PCB板上电气布线拥有很高的密集度和均匀度，试验证明，改造后的Rogowski线圈线性度有较大的提升，产品的互感系数也更趋于一致。带气隙的Rogowski线圈和基于PCB板的Rogowski线圈已经有相关的专利进行了报道，但是这种将气隙铁芯和PCB技术相结合，既能够提高线圈的磁导率从而增大输出的感应电势，同时也能够延续纯PCB板的生产简单、一致性好和可靠性高的优点的新型Rogowski线圈还未见报道，本发明涉及的Rogowski线圈吸取了气隙铁芯线圈和纯PCB板的优势，有极大的应用价值和推广空间。

本发明提供了一种高磁导率Rogowski线圈，该线圈包括骨架和二次绕组，骨架由带气隙的铁芯构成，二次绕组由一块或一块以上的PCB板构成，每块PCB板上有电气布线组成的电气回路，骨架的铁芯中开有至少一个气隙，PCB板均匀地放置在气隙中，并将所有的PCB板的电气回路首尾串联，并引出两个感应电势的端子。

所述线圈为一种测量交变或脉冲电流、不规则电流的线圈，被测载流导线沿中心穿过该Rogowski线圈，二次绕组感应一定电势，该电势与被测电流对时间的微分成正比；气隙的铁芯为圆形、矩形或不规则形状。线圈骨架由带气隙的铁芯组成，该铁芯横截面处处相等、密度均匀，且用同一材质制作，可以是硅钢片亦可是纳米晶、非晶或其它高磁导率磁性材料，一个铁芯至少有一个气隙，为了获得最佳的测量效果，一般以开偶数个气隙为宜，每个气隙的长度相等且在铁芯长度方向上均匀分布，且每个气隙的长度一般不宜超过铁芯横截面的等效直径。