[发明专利]罗果夫斯基类型的电流换能器和用于测量电流的设备

说明书

根据本申请，本发明涉及罗果夫斯基（Rogowski）类型的电流换能器，具有初级导体绕组（具有用于携带要测量的额定电流（i_R）的线匝的第一数量（N1）），并且具有次级导体绕组（具有一对第二端子和螺旋形状以及线匝的第二数量），所述次级导体绕组以环形方式环绕初级导体。

根据本申请，本发明还涉及用于测量电流的布置，具有罗果夫斯基类型的电流换能器和换能器电子设备。

罗果夫斯基类型的电流换能器（通常被称为罗果夫斯基线圈）并入装置。它被广泛地用作测量交流（AC）或高频电流脉冲的装置。此类型的线圈具有优于其它类型的电流传感器的许多优势。通过在非磁性和不导电载体上应用导电导线来通常构成罗果夫斯基线圈。载体可以是基于塑料或玻璃或陶瓷的结构并且形成闭环或几乎闭环使得形成一种螺旋线圈导线。来自线圈的一端的引线可通过线圈的中心或接近于线圈的中心而返回到另一端，使得两个端子都在线圈的相同端处并且使得螺旋线圈自身不形成闭环。

因为线圈的载体是非磁性的（即其磁化率显著小于1），所以罗果夫斯基线圈属于空芯线圈的类别。载体可以是刚性的或灵活的并且其形状可以是环形、圆环、或其它。

当围绕携带电流的初级导体放置时，罗果夫斯基线圈根据安培定律生成与电流的导数成比例的电压。电压也与每单元长度的匝数的数量和匝数的面积成比例。一个匝数的面积近似等于线圈载体的截面区域。因为在罗果夫斯基线圈中感应的电压与初级导体中的电流的改变的速率成比例，所以线圈的输出通常连接到电子装置（此处被称为换能器电子设备或智能电子装置（IED）），其中信号被整合并且进一步处理以便提供与电流成比例的准确信号。

罗果夫斯基线圈具有优于其它类型的电流测量装置的许多优势，最显著的是由于其非磁芯的杰出线性度，它是不容易有饱和效应。因此，即使当经受大电流时（例如，在电力传送、焊接、或脉冲的功率应用中使用的那些），罗果夫斯基线圈是高度线性的。此外，因为罗果夫斯基线圈具有空芯而不是磁芯，所以它具有低的电感并且可以响应于快速改变的电流。正确形成的罗果夫斯基线圈具有等间隔的绕组，大部分不受电磁干扰的影响。相较于基于传统的基于铁磁芯的电流换能器，罗果夫斯基线圈电流换能器（RCCT）呈现更高的动态范围、更低的重量和大小，以及更低的生产成本。

然而，根据本领域状态的罗果夫斯基线圈电流换能器不幸地仍然遭受中等精度以与高的传统的基于铁磁芯的电流换能器在精度方面竞争，特别地用于计量应用。原因在于当环境状况（例如，温度，机械约束、潮湿、老化等）改变时，罗果夫斯基线圈的灵敏度S的未知改变。因为目前在IED中的电子信号处理中不考虑灵敏度的这些不合意的改变，所以灵敏度中的变更引入测量上的错误。这样的限制阻碍利用罗果夫斯基线圈电流换能器的组合来达到高精度。

在现有技术中已知的补偿罗果夫斯基线圈电流换能器的灵敏度改变的一个解决方案是利用靠近罗果夫斯基线圈放置的温度传感器来测量温度。然后温度用于根据每个罗果夫斯基灵敏度温度分布来补偿灵敏度。在生产结束（所谓校准）时执行的线圈的特性描述期间，测量在周围温度的罗果夫斯基线圈电流换能器灵敏度以及其温度依赖性。系数（它给出多项式校正来应用到换能器电子设备中的信号）存储在放置在传感器壳中的EEPROM中。此解决方案允许温度效应补偿，但是要求附加的生产努力（例如，每个罗果夫斯基线圈电流换能器的校准和温度特性描述）。此外，例如，它不允许机械、潮湿和老化效应的其它补偿。实际上，一旦将传感器交付到消费者，就无法更新校正系数。事实上，为了补偿老化，传统的方法要求维护努力和在消费者工厂上的额定电流测量的中断。必须从工厂提取罗果夫斯基线圈电流换能器并且利用与工厂中的初始校准相同的程序来周期性地重新校准罗果夫斯基线圈电流换能器。

本发明的目标是提供罗果夫斯基线圈电流换能器，具有更简单的能力来离线校准罗果夫斯基线圈灵敏度以及持续地在线校准罗果夫斯基线圈灵敏度（即，没有中断额定电流测量）。

本发明的附加的目标是提供利用罗果夫斯基类型的电流换能器来测量电流的布置，罗果夫斯基类型的电流换能器具有更简单的能力来离线校准罗果夫斯基线圈灵敏度以及持续在线地校准罗果夫斯基线圈灵敏度（即，没有中断额定电流测量）。

根据本发明，由根据本申请的罗果夫斯基类型的电流换能器来实现关于改进的罗果夫斯基线圈电流换能器的以上目标。

由根据本申请的用于测量电流的布置来实现关于改进的利用罗果夫斯基类型电流换能器来测量电流的布置的以上目标。