[发明专利]大电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及电流测量装置，特别涉及大电流传感器。

背景技术

电子脱扣器(Electronic Trip Unit，ETU)现在被广泛应用于智能低压断路器(Low Voltage Circuit Breaker，LVCB)中，当发生故障电流时，电子脱扣器必须能够发出脱扣信号来断开电路，以保护电力线和电子设备。

为了实现电子脱扣器的上述保护功能，必须借助大电流测量装置在不管是电子设备的正常工作期间或者是发生故障时，都能准确测量到电力线中的电流，其中，电流大小可能在一个很大的范围内变化。因为电子脱扣器将应用测量信号来计算精确的脱扣时间以更好地保护电力线和电子设备，因此所述大电流测量装置的测量必须非常精确。为了防止电子脱扣器的电路在正常工作期间不受到外部干扰，测量的时候还需要进行电隔离。同时，在应用于低压断路器，如塑壳断路器(Moulded Case Circuit Breaker，MCCB)或者空气断路器(Air Circuit Breaker，ACB)中时，所述大电流测量装置必须能够通过电力线为电子脱扣器进行供电。

参见图1至图3，现有技术中存在几种常用的大电流测量装置。

图1示出了一种电流互感器(Current Transformer，CT)的结构。电流互感器是一种广泛应用于低压断路器中用来测量大电流和为电子脱扣器供电的装置。如图所示，该电流互感器包括初级线圈1，次级线圈2，和铁磁环3；所述初级线圈1为单匝或者复数匝结构，其从铁磁环3中穿过，并且其中通有大电流；所述次级线圈为复数匝结构(通常为几百匝或者更多)，并且缠绕在所述铁磁环3上。根据法拉第电磁感应定律，初级线圈1产生的磁通在铁磁环3中变化，引起次级线圈2中产生感应电动势，当在次级线圈2中连接负载时，其输出电流通过下式确定：

I2=N1N2I1,]]>

其中，I₁是初级线圈电流，I₂是次级线圈电流，N₁是初级线圈匝数，N₂是次级线圈匝数。

可见，次级线圈电流与初级线圈电流成比例，其转换比例由初级线圈和次级线圈的匝数比决定。因此，当选择合适的转换比例后，就可以将初级线圈中的大电流成比例地转换为次级线圈中的小电流。

应用在低压断路器中的电流互感器在特定的电流范围中，如小于6倍额定电流时，可以获得较好的精确度，但是在更高的电流范围中时，其铁磁环会出现饱和并导致较差的线性度。为了提高线性度，一种可行的方法是增大铁磁环的横截面积，但这将导致使用更多的材料，增加电流互感器的体积和制造成本。这种电流互感器的另外一个缺点是，当次级线圈处于开环状态时，其输出端的高电压有可能会危及操作人员的生命安全，因此必须采用特定的措施，如接地等，来保证操作的安全。

图2示出了一种霍尔效应电流变换器(Hall Effect CurrentTransducer)的原理。如图所示，当导体材料薄片在纵向通以控制电流I_C时，该电流的可动电荷载流子受到由于外部磁通B产生的垂直于电流方向的洛仑兹力的影响而发生偏转，当越来越多的发生偏转的载流子聚集在导体材料薄片的横向一侧时，产生了称为霍尔电压V_H的电势差。众多的专利文献，如US Pat.Nos.6,628,495、6,005,383、6,429,639、5,923,162、5,615,075等，公开了基于上述效应的电流变换器。

霍尔效应电流变换器具有较好的线性度，较高的精确度和较宽的带宽，但是其价格过于昂贵，体积较大，对周围环境的变化较为敏感，非常容易受到外部电磁的干扰，而且其较窄的应用电流范围限制了其在低压断路器中的应用，如即使是一种较好的霍尔效应电流变换器也只能应用在小于3倍额定电流的情况，远小于低压断路器要求其电子脱扣器的大电流测量装置能够测量的电流范围。