[发明专利]一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量器件，具体涉及一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器。

背景技术

断路器是用于监视载流线的正确操作并在故障操作状况下切断电流所需的低电压功率系统保护器件之一。在这类器件中，必须有用于测量载流线中流动的电流的电流测量器件。如今，在交流和直流载流线中使用了各种类型基于不同工作原理的电流测量器件。

测量流经载流线的电流的一种方式是布置连接至载流线的电阻支路，该电阻支路包括电阻器，流经载流线的至少一部分电流可以流经该电阻器。通过电阻支路两端的电压降就可以计算得到流经载流线的电流。当待测量的直流电流较小时，即小于100A时，使用电阻支路测量电流相对较容易。但是，在考虑到可接受的输出范围以及电流流经电阻器时所导致的温度升高时，需要进行特殊的支路设计。并且用于测量高直流电流的电阻支路的成本通常很高。而且，使用电阻支路时还需要采取隔离手段。这些都增加了电流测量的成本。此外，电阻支路的交流特性通常会在瞬态时引起较大的电流测量误差，因此这种电流测量方式无法测量交流电流。

采用铁芯作为磁集中器且基于开环或闭环的电流传感器可以遵守安培环路定理，即对围绕载流线的闭环的磁场进行的线积分与载流线中流动的电流成比例。这种电流传感器可以用于测量交流电流。然而，铁芯固有的磁通饱和使得这种电流传感器的电流测量范围受到限制。而且，在测量载流线中的电流峰值之后，这种电流传感器还会出现“磁记忆”现象，从而影响后续电流测量的准确率。另外，铁芯固有的结构使其占据空间大且成本高。

为了以有限的尺寸实现宽的电流测量范围，例如100A-70KA，并且没有“磁记忆”的风险，出现了不包含铁芯的电流传感器。

在载流线附近放置一个或两个磁场传感器，磁场传感器可以利用载流线中的电流所产生的磁场，其输出信号与载流线中的电流成比例。通过使用正确类型的磁场传感器，可以响应于交流或直流电流。然而，依赖于一或两个磁场传感器的电流传感器不能很好地接近安培环路定理，因此这种传感器在安装之后必需进行校准，但在安装并校准之后，载流线会由于振动等偏离原始校准的位置，从而相对于传感器产生位置变化，进而影响电流的测量准确性。并且，附近的其它载流线所产生的杂散磁场也会引起其测量误差。

因此，需要一种没有铁芯且电流测量准确率较高的电流传感器，使得电流传感器不会由于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制，不会出现磁记忆现象，并且基本不受相邻载流线所感应的外部磁场以及载流线相对于传感器的位置变化的影响。

专利号为US7164263B2的美国专利中公开了一种由围绕载流线而布置的多个磁场传感器组成的电流传感器。如图1所示，两个印刷电路板(PCB)102布置在密封的被布置为围绕载流线106形成闭合路径的两个壳体101上。两个壳体101由转轴105啮合在一起，并且由紧固装置103锁在一起，从而围绕载流线106闭合。在每个PCB 102上沿围绕载流线的一个或多个闭合路径布置多个磁场传感器104。沿每个闭合路径，多个磁场传感器104具有基本相同的磁灵敏度，并且具有相等的间隔。这种电流传感器不包含铁芯，因此不会由于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制，也不会出现磁记忆现象。同时，这种电流传感器近似遵守安培环路定理，因此不受相邻载流线所感应的外部磁场以及载流线相对于传感器的位置变化的影响。然而，这种电流传感器必需是由相同磁灵敏度的磁场传感器的形成的环形或椭圆形，在载流线为例如矩形或方形的多边形并且用于容纳电流传感器的空间有限时不适合使用，例如不适用于框架式断路器或塑壳断路器。

发明内容

因此，本发明提供一种用于测量交直流电流的器件和包括该器件的断路器，其可以适用于多边形的载流线。

本发明提供的霍尔电流传感器包括：沿围绕载流线的多边形闭合路径布置的复数个磁场传感器，所述复数个磁场传感器的磁灵敏度不全部相等，或所述复数个磁场传感被非均匀布置，或所述复数个磁场传感器的磁场敏感方向不全部相同。该器件既可以测量直流电流，也可以测量交流电流，因此不仅适用于需要测量交流电流或直流电流的场合，也可以适用于需要同时流量交直流电流的场合；不包含铁芯，因此不会由于铁芯的磁通饱和而引起对电流测量范围的限制，也不会出现磁记忆现象，并且减小了尺寸，降低了成本。

在一个实施例中，所述多边形闭合路径可以为具有至少一个对称轴的多边形闭合路径，复数个磁场传感器可以以所述至少一个对称轴对称的方式布置在多边形闭合路径上。例如，所述多边形闭合路径为矩形、方形或轴对称的六边形，因此适用于方形、矩形或六边形的载流线。