[发明专利]U型PCB线圈钳头的外部干扰补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁感应电压测量领域，具体涉及用于测量感应电压的U型PCB线圈钳头的外部干扰补偿方法。

背景技术

传统的互感器线圈一般都是把漆包线绕制在刚性的铁芯，非磁性骨架或者柔性的软管上构成。为了提高互感系数增大感应电压，一般在绕制线圈时会在骨架上来回反复绕制多层漆包线，以增加线圈的匝数。这样的方法会带来以下一些问题：

每层线圈的横截面积和线长不统一。最内层的线圈是直接绕制在骨架上的，因此最内层线圈的横截面积就是骨架的横截面积。而外层的线圈是绕制在内层线圈的基础上的，因此在计算它的横截面积时必须考虑内层线圈的厚度。这样就导致每多绕一层线圈，其横截面积就多增加一层线圈的厚度，并且越是外层的线圈，单层线长也会越长。在评估线圈互感时，每层线圈的横截面积和线长不统一就会带来误差。

由于外层线圈直接绕制在内层线圈之上，两层线圈之间距离很近，导致层与层之间会存在较大的寄生电容，层数越多，寄生电容也就越大。这些寄生电容会降低线圈的频率响应及带宽，导致感应出来的电压信号和被测电流信号出现偏差。特别在测量雷击电流和浪涌电流等快速变化信号的场合，寄生电容的影响更加明显。

U型PCB线圈钳头，由于它的开口较大，因此抗干扰能力较差，在测量过程中往往会存在误差，所以需要对其感应电压进行补偿。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足提供U型PCB线圈钳头的外部干扰补偿方法，通过在U型PCB线圈钳头的两个端面分别设置补偿线圈，且补偿线圈的绕行方向，与U型PCB线圈钳头所形成的闭环线圈的绕行方向相同，结合磁场的基本定理，从而实现对测量误差进行补偿。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

U型PCB线圈钳头的外部干扰补偿方法，其包括以下步骤：

(1)设置一U型PCB线圈钳头；

(2)设置两个补偿线圈，且其线圈绕行方向相同；

(3)将步骤(2)所述补偿线圈，固定在步骤(1)所述U型PCB线圈钳头的两个端面上；

(4)当测量感应电压时，将U型PCB线圈钳头所形成的闭环线圈，分为左右两部分线圈以相同绕行方向串联，且产生的感应电压分别为U₁和U₂，而两个补偿线圈为一相互串联的线圈，且产生的感应电压为U₃，则测量电压即为U₁、U₂和U₃之和；

(5)当外部存在干扰源时，通过调整补偿线圈的横截面积或线圈匝数，使补偿线圈产生的感应电压U₃′，加上U型PCB线圈钳头所形成的闭环线圈的任意一边，产生的感应电压U₁′或U₂′，等于另一边的感应电压U₂′或U₁′，从而将外部的干扰电压减小到零，实现补偿。

当U型线圈处于受外部干扰状态时，我们用放置于钳口之外，在线圈左边的通电导线来作为外部干扰源。由基本磁场定理可知此时左右两边线圈的感应电压是反相叠加的。但由于左半边线圈比右半边线圈到通电导线的距离更近，左半边线圈中的磁场更强，因此左半边线圈感应电压U₁的绝对值将大于右半边线圈感应电压U₂的绝对值，两边线圈的感应电压不能完全抵消，于是有：

|U|＝|U₁+U₂|＝|U₁|-|U₂|

显然此时线圈中感应出的|U|并不等于零，而这个感应电压就是U型线圈受外部导线干扰而引入的干扰电压。在正常测量时，如果钳头的外侧有别的通电导线干扰的情况下，干扰电压将会叠加到正常测量电压之上，从而造成误差。

当增加补偿线圈的U型线圈处于受外部干扰状态时。由基本磁场定理可知，U型线圈的感应电压U₂与U₃同相叠加，而U₁则与U₂，U₃反相叠加，于是有：

|U|′＝|U₁′+U₂′+U₃′|＝||U₁′|-(|U₂′|+|U₃′|)|