專利名稱：用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及ー種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊。其中的鼠籠式空芯電流互感器是基于電磁感應(yīng)原理而設(shè)計的一款電流測量互感器，測量范圍寬、測量電流大(從幾安培到數(shù)十萬安培)，主要用于(但不限干)礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流的測量。
背景技術(shù)：
圖I中示出了現(xiàn)有技術(shù)中采用的軟質(zhì)羅氏線圈，其是將漆包線繞制在軟質(zhì)非磁性材料的骨架上，讓待測大電流導(dǎo)體穿過其幾何中心進(jìn)行電流測量，因為不包含磁芯，不存在磁飽和問題，因此測量范圍寬、線性度好。加工和使用中要求線圈密度恒定(軸向分布均勻)、線圈截面積及形狀一致、線圈橫截面盡可能與中心線垂直。由于是軟質(zhì)線圈，具有很強(qiáng)的施工便利性，因此被廣泛采用。但是，圖I中的軟質(zhì)羅氏線圈也存在以下諸多缺點(diǎn)生產(chǎn)羅氏線圈時，如采用手工或半手工繞制エ藝，難以保證繞制線圈的截面積相同以及沿骨架軸向分布的均勻性，這將帶來測量誤差；采用高精度的數(shù)控卷繞設(shè)備進(jìn)行卷繞時，可以較好地保證繞制過程本身的精確性，但軟質(zhì)骨架容易變形，纏繞其上的線圈截面形狀容易改變，這導(dǎo)致測量誤差；線圈與骨架間容易產(chǎn)生蠕動，裝設(shè)及使用過程中線圈的牽拉及彎曲會導(dǎo)致線圈相對位置發(fā)生變化，破壞了線圈分布的均勻性，這增加了測量誤差；機(jī)械強(qiáng)度低，裝設(shè)及使用過程中，擠壓會導(dǎo)致線圈截面甚至線圈骨架變形，常常造成永久性形變甚至損壞，這增加測量誤差并降低了可靠性；軟質(zhì)骨架以及外層保護(hù)用軟性橡膠的溫度特性較差，容易老化，傳感器可靠性降低；線圈截面小，感應(yīng)電壓低，輸出信號較弱，抗電磁干擾能力差；開ロ較大，造成線圈分布不均，存在系統(tǒng)性的偏心誤差實現(xiàn)電磁屏蔽的技術(shù)手段相對復(fù)雜；線圈損壞后幾乎無法修復(fù)，應(yīng)用成本高，加工要求高，生產(chǎn)成本高。此外，現(xiàn)有技術(shù)中還存在一種硬質(zhì)PCB式線圈，其基于PCB的設(shè)計方法及精密的加エエ藝，采用雙面PCB，在兩面布線，用過孔進(jìn)行串接，從而生成基于印制導(dǎo)線的等效線圏。如圖2所示，圖中實線和虛線分別表示PCB的頂層和底層。硬質(zhì)PCB式線圈在保留了軟質(zhì)羅氏線圈測量范圍寬、高線性的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，摒棄了軟質(zhì)羅氏線圈的諸多固有缺點(diǎn)，已經(jīng)在一些場合得到應(yīng)用。但是它依然存在以下不足之處同一批次的PCB基材的厚度偏差很少可以做到1%以下，高的甚至可達(dá)10%;同一片PCB的厚度不均勻；不同批次的PCB厚度存在離散性；以上三種實際存在的狀況導(dǎo)致線圈截面積不相同，互感參數(shù)不一致，精確測量必須針對不同得線圈個體進(jìn)行差異性的系統(tǒng)性調(diào)整或標(biāo)定； PCB基材受溫度變化的影響主要表現(xiàn)在基材厚度變化，這同樣導(dǎo)致互感參數(shù)變化；[0016]為了增加線圈匝數(shù)需要高密度布線，因此PCB過孔的數(shù)量大、過孔尺寸小，這增加了傳感器的故障率；同樣因為過孔數(shù)量和過孔尺寸的問題，這種結(jié)構(gòu)難以實現(xiàn)多層板的應(yīng)用；受導(dǎo)線間距的影響，鉗形拼接方式的應(yīng)用存在開ロ處線圈密度的不均勻現(xiàn)象，影響測量精度；受板材厚度的影響，單匝項圈的面積難以做大，不利于提高測量的靈敏度；電氣或機(jī)械的損傷容易導(dǎo)致整個傳感器的報廢，維 修的技術(shù)難度較高。綜上所述，有必要研制ー種新型的電流互感器、以及用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊，來克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的所述問題。
實用新型內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)中至少ー個不足或缺陷，本實用新型的ー個目的是提供ー種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊。具體地，通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊，其特征在于包括依次電連接的輸入保護(hù)電路、輸入轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、可調(diào)移相電路、增益調(diào)節(jié)電路和輸出轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)本實用新型另ー方面，所述綜合調(diào)理模塊還包括24伏直流電源。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有ー個或者多個以下優(yōu)點(diǎn)可以與鼠籠式空芯電流互感器配套進(jìn)行信號調(diào)理，可用于礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流測量；正常情況下，信號限幅環(huán)節(jié)不起作用，一旦出現(xiàn)超過保護(hù)值的尖峰電壓，該保護(hù)環(huán)節(jié)立即動作。

圖I是現(xiàn)有技術(shù)中的ー種軟質(zhì)羅氏線圈的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的一種硬質(zhì)PCB式線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的一種鼠籠式空芯電流互感器示意圖。圖4是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的另ー種鼠籠式空芯電流互感器示意圖。圖5是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的鼠籠式空芯電流互感器的ー種PCB板式線圈正面示意圖。圖6是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的鼠籠式空芯電流互感器的ー種PCB板式線圈背面示意圖。圖7是根據(jù)本實用新型優(yōu)選實施例的用于鼠籠式空芯電流互感器的ー種綜合調(diào)理模塊示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，通過優(yōu)選實施例來描述本實用新型的最佳實施方式，這里的具體實施方式
在于詳細(xì)地說明本實用新型，而不應(yīng)理解為對本實用新型的限制，在不脫離本實用新型的精神和實質(zhì)范圍的情況下，可以做出各種變形和修改，這些都應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。實施例I鼠籠式空芯電流互感器采用基于PCB的設(shè)計方法及精密的加工エ藝，將多片不同功用的PCB焊接一體，形成一個等效的電流檢測線圏。參見圖3，其中示出了一種鼠籠式空芯電流互感器，包括平行設(shè)置的上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3、以及多個沿圓周方向間隔地且均勻分布的PCB板式線圈1，其中，所述PCB板式線圈I設(shè)置在所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3之間，并與所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3垂直，PCB板式線圈I的上端和下端分別與所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3固定連接，其中所述多個PCB板式線圈I通過所述上層弧形PCB板2或下層弧形PCB板3電氣地串聯(lián)連接。優(yōu)選地，參見圖5 — 6，所述PCB板式線圈I為長方形的PCB板式線圈。優(yōu)選地，所述PCB板式線圈I包括設(shè)置PCB板上的多個圓角矩形線圈6、圓形線圏、橢圓形線圈或漸開線形線圈?？蛇x地，PCB板式線圈I可以采用雙面PCB結(jié)構(gòu)，也可以采用 多層PCB結(jié)構(gòu)。線圈形狀可以是圖中的圓角矩形，也可以是圓形、橢圓形、漸開線性等多種形式，線圈的形狀和尺寸及印制導(dǎo)線的線徑均可以調(diào)節(jié)，從而具有極大的靈活性。優(yōu)選地，所述PCB板式線圈I包括兩層或更多層線圈6。兩層或多層的印制導(dǎo)線(線圈)例如通過圖中中上側(cè)的過孔5相連，形成ー個以PCB板式線圈I上端的兩個焊盤4作引出端點(diǎn)的完整線圏。PCB板式線圈I下端的兩個焊盤4僅作固定或定位用，在用其它方式實現(xiàn)定位時，其也可以省略。優(yōu)選地，所述PCB板式線圈I包括用于連接所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3的焊盤4。優(yōu)選地，所述PCB板式線圈I包括用于電氣連接該P(yáng)CB板式線圈上相鄰層線圈6之間的過孔5。優(yōu)選地，參見圖4，所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3均為半圓環(huán)形PCB板。圖4中示出的是ー種開ロ方式雙半圓形結(jié)構(gòu)互感器，兩個半圓環(huán)形結(jié)構(gòu)參數(shù)相同，均包含上下兩片用于連接及固定的半圓環(huán)形PCB和若干片沿半圓周均勻分布的PCB板式線圈。使用時將兩個構(gòu)件卡在待檢測的載流體上，用微型接插件將兩片進(jìn)行無縫拼接，形成ー個完整的線圈，信號從預(yù)設(shè)的線圈末端引出。這種結(jié)構(gòu)適用于不便直接套裝的載流體電流檢測場合。優(yōu)選地，參見圖3，所述上層弧形PCB板2和下層弧形PCB板3均為圓環(huán)形PCB板。圖3示出的封閉圓環(huán)形結(jié)構(gòu)互感器，包含上下兩片用于連接/固定用的圓環(huán)形PCB和若干個沿圓周均勻分布的PCB式線圈，信號從預(yù)設(shè)的線圈末端引出。這種結(jié)構(gòu)適用于方便直接套裝的載流體電流檢測場合。優(yōu)選地，所述PCB板式線圈I可包括PCB板、過孔、焊盤和設(shè)置在PCB板上的印制線圈。參見圖3 — 4,該P(yáng)CB板式線圈I的上端、下端所固定的方向均與圓環(huán)形/半圓環(huán)形PCB板的半徑方向重疊。本實用新型的鼠籠式空芯電流互感器與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有ー個或者多個以下優(yōu)點(diǎn)線圈采用高精度的PCB生產(chǎn)エ藝，加工精度高，方便批量生產(chǎn)，應(yīng)用成本低；改變線圈的尺寸、匝數(shù)及PCB層數(shù)可以方便地調(diào)節(jié)線圈檢測的靈敏度線圈平面沿垂直于磁力線的方向圓周狀均勻分布，克服了 PCB自身的厚度偏差及溫度變化導(dǎo)致的厚度
誤差；[0050]不同板層的印制線圈在垂直于板層的方向位置錯開，減小分布電容，提高測量精度；等效匝數(shù)多、靈敏度高、輸出電壓高、抗電磁干擾能力強(qiáng)；鉗形拼接方式的應(yīng)用不存在開ロ處線圈密度不均勻現(xiàn)象，拼裝不影響測量精度；實現(xiàn)電磁屏蔽的技術(shù)手段簡單易行；用于將線圈串聯(lián)起來的焊盤尺寸大，焊接的電氣可靠性高；用于將線圈串聯(lián)起來的焊點(diǎn)數(shù)量少，故障率大大降低；PCB式子線圈及線圈連接PCB的損傷易于檢查、易于修復(fù)或更換，維修成本低廉；機(jī)械強(qiáng)度高，不會彎曲變形，不改變測量精度；溫度特性好，耐高溫，幾乎不存在老化和性能指標(biāo)變化問題，壽命長。 實施例2參見圖7，其中示出了一種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊(綜合調(diào)理電路)，其包括依次電連接的輸入保護(hù)電路、輸入轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、可調(diào)移相電路、增益調(diào)節(jié)電路和輸出轉(zhuǎn)換電路。優(yōu)選地，所述綜合調(diào)理模塊還包括24伏直流電源。該調(diào)理模塊是與“鼠籠式空芯電流互感器”配套的信號調(diào)理電路。調(diào)理的內(nèi)容包括信號的限幅處理、諧波濾除、可調(diào)移相、増益調(diào)節(jié)及輸入輸出方式調(diào)整等。該調(diào)理模塊所測電流取自超大功率感性用電設(shè)備。設(shè)備啟停瞬間產(chǎn)生嚴(yán)重的浪涌尖峰電流，強(qiáng)烈的雷電也會導(dǎo)致同樣狀況的發(fā)生，檢測線圈將輸出遠(yuǎn)超正常值的輸出電壓，這影響后續(xù)信號處理電路的工作安全性。綜合調(diào)理模塊設(shè)置基于TVS的信號限幅環(huán)節(jié)，正常情況下，該環(huán)節(jié)不起作用，一旦出現(xiàn)超過保護(hù)值的尖峰電壓，該保護(hù)環(huán)節(jié)立即動作，將輸入電壓限制在安全電壓之內(nèi)，尖峰電壓過后，該電路自動恢復(fù)，從而保護(hù)后續(xù)電路。同吋，該調(diào)理模塊所取信號來自復(fù)雜的電磁環(huán)境，超大功率非線性感性用電設(shè)備工作以及變壓器的超負(fù)荷應(yīng)用導(dǎo)致所測電流包含嚴(yán)重的諧波成分，這影響測量結(jié)果的正確性，尤其是對于功率因數(shù)的測量會帶來嚴(yán)重的偏差。綜合調(diào)理模塊包含多級低通濾波環(huán)節(jié)，對基頻以上的倍頻諧波成分以不低于10分貝/倍頻程的衰減率進(jìn)行大幅衰減，保證了輸出信號的高度純凈?？招倦娏骰ジ衅鬏敵雠c所測電流成比例的電壓信號，在相位上超前所測電流90度，用于功率因數(shù)測量時需要進(jìn)行相位還原。通常的移相電路采用簡單的積分器，固定移相90度，實際使用時包含一定角度偏差，也不具備調(diào)節(jié)的靈活性。綜合調(diào)理模塊前級濾波電路的介入改變了輸出電壓信號與所測電流的上述相位關(guān)系，可調(diào)移相環(huán)節(jié)可以方便地調(diào)整ニ者之間的相位關(guān)系，實現(xiàn)電流相位的精確復(fù)現(xiàn)。綜合調(diào)理模塊設(shè)置增益調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)的作用在于電流測量的量程及比例標(biāo)定，也便于后續(xù)電路的信號處理。輸入輸出方式調(diào)整環(huán)節(jié)包含輸入方式調(diào)整和輸出方式調(diào)整兩個環(huán)節(jié)。輸入方式調(diào)整將差動輸入方式改變?yōu)閱味朔绞?，便于信號處理；輸出方式調(diào)整將單端輸出方式變換為差動輸出方式，有利于信號的遠(yuǎn)傳以及與后續(xù)電路的配接。需要說明的是，綜合調(diào)理模塊在具體實現(xiàn)時，同一個元器件或子電路可以實現(xiàn)不止于上述某個單ー的功能。本實用新型的綜合調(diào)理模塊與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有ー個或者多個以下優(yōu)點(diǎn)[0068]可以與鼠籠式空芯電流互感器配套進(jìn)行信號調(diào)理，可用于礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流測量；正常情況下，信號限幅環(huán)節(jié)不起作用，一旦出現(xiàn)超過保護(hù)值的尖峰電壓，該保護(hù)環(huán)節(jié)立即動作。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例批露如上，然而并非用以限定本實用新型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)，可利用上述掲示的技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行修 改和變更。需要指出的是，依據(jù)本實用新型的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的范圍內(nèi)。本實用新型的保護(hù)范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊，其特征在于包括依次電連接的輸入保護(hù)電路、輸入轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、可調(diào)移相電路、増益調(diào)節(jié)電路和輸出轉(zhuǎn)換電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊，其特征在干，所述綜合調(diào)理模塊還包括24伏直流電源。
專利摘要本實用新型提供了一種用于鼠籠式空芯電流互感器的綜合調(diào)理模塊，包括依次電連接的輸入保護(hù)電路、輸入轉(zhuǎn)換電路、低通濾波電路、可調(diào)移相電路、增益調(diào)節(jié)電路和輸出轉(zhuǎn)換電路。該綜合調(diào)理模塊可以與鼠籠式空芯電流互感器配套進(jìn)行信號調(diào)理，可用于礦熱爐、煉鋼爐等大功率冶煉設(shè)備短網(wǎng)電流測量，正常情況下，信號限幅環(huán)節(jié)不起作用，一旦出現(xiàn)超過保護(hù)值的尖峰電壓，該保護(hù)環(huán)節(jié)立即動作。
文檔編號H01F38/32GK202443855SQ20122003812
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者焦振宇, 陶祥生 申請人:無錫北科自動化科技有限公司