[发明专利]一种无源无直流偏磁的交流电流检测装置

说明书

本发明涉及一种无源无直流偏磁的交流电流检测装置，检测装置由柔性磁电层合材料和外壳组成。外壳设计包括结构设计和材质选择。本发明中的磁致伸缩材料选Metglas。Metglas制备流程中的退火工艺会影响材料的内部剩磁，通过控制退火时的磁场条件保留合适大小的剩磁，就无需在装置中配置永磁体。本发明中的压电材料选用PVDF。结构上，外壳要支撑柔性磁电层合材料环绕在待测导线周围，且允许材料产生的电压被输出导线引出测量。材料的制备工艺为刮涂法，制备方法选择所得材料磁电系数最大的技术组合。

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种无源无直流偏磁的交流电流检测装置。

背景技术

交流电流的测量需求广泛地存在于我们的生产生活中：电网负载及谐波的检测、电力电子变换装置电流信息的反馈、工业中将非电量转化为电量进行测量等；基于不同的原理发展而来的测量交流电流的手段有很多，包括分流器、交流电流互感器、罗果夫斯基线圈、磁光效应传感器、霍尔效应传感器等等。

传感器本身的固有特性限制了它的测量精度：分流器在测量高频电流时，由于感性电抗不可忽略，精度会有所下降；交流电流互感器在测量具有较大暂态分量的电流时容易进入饱和区，进而导致精度下降；而罗果夫斯基线圈由于没有集磁装置，需要靠积分运算来转化输入-输出关系，本身的测量精度就不高。

基于柔性磁电层合材料的交流电流检测装置能够解决上述问题，柔性磁电层合材料不同于以往的硬质磁电层合材料，它的厚度仅为几十微米，因而材料可以做到很柔软，并且重量较轻；过去，柔性磁电层合材料相关研究的重点一般都集中在材料的制备和磁电性能探索上，如针对粘接法、溅射法、丝网印刷法进行探索等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无源无直流偏磁的交流电流检测装置，特定种类的Metglas材料的一些特殊性能使得该检测装置去除了磁环或多匝绕线等设计，并且无需设置永磁体，弥补了以往基于硬质磁电层合材料的交流电流传感器在使用的便利性和应用的广泛性等方面的不足。

本发明采用了以下技术方案。

柔性磁电层合材料的设计包括原料选择和结构设计，本发明中的磁致伸缩材料选Metglas，Metglas制备流程中的退火工艺会影响材料的内部剩磁，通过控制退火时的磁场条件保留合适大小的剩磁，就无需在装置中配置永磁体；本发明中的压电材料选用PVDF。

检测装置由柔性磁电层合材料和外壳组成，外壳设计包括结构设计和材质选择，结构上，外壳要支撑柔性磁电层合材料环绕在待测导线周围，且允许材料产生的电压被输出导线引出测量。

材质要求上，外壳应当具有一定的硬度，保证能够支撑待测导线，为了不影响对材料输出电压的测量，外壳应当使用绝缘材料；为了避免外壳对待测电流产生的磁场的分布造成影响，材料的相对磁导率应当为1。

检测装置由柔性磁电层合材料和外壳组合而成，材料的制备工艺为刮涂法，制备方法选择所得材料磁电系数最大的技术组合。

附图说明

图1为柔性磁电层合材料的结构。

图2为检测装置的外壳结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

Metglas/PVDF柔性磁电层合材料的结构如图1所示。其中，最底层为Metglas，厚度为18μm，中间层为PVDF，厚度为16μm，最上层为银，厚度为5μm；银层既保证了极化PVDF层时极化电场的均匀性，又是检测输出电压的电极。

由于对 PVDF层厚度方向进行加压极化时需要保留爬电距离，因此银层面积略小于材料整体面积；为了将待测电流产生的环形磁场施加到材料的长度方向，需要保证材料能够环绕待测导线一周，基于现有条件，将材料的整体长度设计为10cm。