PL226855B1 - Czujnik pradu - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest czujnik prądu, stosowany zwłaszcza w pomiarach prądu w elektroenergetycznych szynach prądowych.

W wielu zastosowaniach, np. rozdzielnicach średniego i niskiego napięcia, zawierających szyny prądowe, potrzebny jest pomiar prądu płynącego w tych szynach, bez ingerencji w ciągłość szyn. Do takich pomiarów wykorzystuje się czujniki prądu, które pozwalają na pomiar poprzez umieszczenie czujnika blisko szyny.

Znane ze zgłoszenia WO2014154299 rozwiązanie czujnika prądu wykorzystuje światłowodowe elementy optyczne zmieniające parametry pod wpływem temperatury.

Innym znanym z opisów patentowych WO2014155908 rozwiązaniem są czujniki zawierające elementy wykorzystujące efekt Halla.

Ze zgłoszenia WO2014147996 znane są czujniki zawierające elementy wykorzystujące elementy magnetorezystywne.

Ze zgłoszenia CN201369237Y znany jest czujnik zawierający cewki w postaci ułożonych na krzyż czterech spiral na dwustronnym obwodzie drukowanym, na którym znajduje się również układ całkujący.

Ze zgłoszenia CN200983314Y znany jest czujnik zawierający cewki w postaci ułożonych na krzyż czterech spiral na dwustronnym obwodzie drukowanym, na którym znajduje się również ścieżka z obwodem prądu pierwotnego.

Innym powszechnie znanym rozwiązaniem są czujniki wykorzystujące cewkę Rogowskiego, czyli bezrdzeniową cewkę powietrzną, otaczającą przewód z prądem jak w zgłoszeniach patentowych P.398525, P.398508, P.398526, przykładowo wykonaną przy użyciu obwodów drukowanych.

Znane są też czujniki w postaci elementów indukcyjnych zawierających rdzeń ferromagnetyczny, na przykład przekładniki prądowe, dostępne w handlu.

Czujnik prądu według wynalazku zawiera szereg cewek wykonanych w postaci spirali na warstwach obwodu drukowanego składającego się z laminatu, na którego obu stronach znajdują się pola stykowe połączone z zewnętrznym końcem uzwojeń, a wewnętrzne końce uzwojeń połączone są ze sobą za pomocą przepustu przechodzącego przez laminat, przy czym kierunek zwojów uzwojeń jest jednakowy dla obu warstw. Z jednej strony cewki uzwojenie pokryte jest warstwą izolacyjną. Cewki czujnika prądu są ułożone równolegle do siebie i połączone szeregowo za pomocą za pomocą cienkiej warstwy lutowia, tak, aby poszczególne cewki były jak najbliżej siebie. Do skrajnych pól stykowych zestawu cewek dołączone są za pomocą lutowia przewody wyprowadzeniowe. Cały zestaw cewek jest ułożony wzdłuż szyny prądowej, wokół której pole magnetyczne przenika przez uzwojenia cewek indukując w nich napięcie. Stałą pozycję cewek względem szyny prądowej zapewnia obejma wykonana z materiału nieferromagnetycznego.

Płynący w szynie prądowej prąd wywołuje wokół niej pole magnetyczne, o natężeniu proporcjonalnym do tego prądu. Uzwojenia cewek czujnika są umieszczone prostopadle do powierzchni szyny prądowej i wzdłuż tej szyny. W związku z tym pole magnetyczne przenika przez uzwojenia indukując w nich napięcie, które jest sygnałem wyjściowym czujnika. Zastosowanie cewek wykonanych w technologii płytek drukowanych ma wiele zalet. Uzwojenia mają kształt spirali, umiejscowionej na poszczególnych warstwach tak, aby zachować stały kierunek zwojów. Poszczególne uzwojenia są szeregowo połączone ze sobą w obrębie pojedynczej cewki za pomocą przepustu a pomiędzy cewkami za pomocą zlutowanych pól stykowych.

Taka konstrukcja umożliwia wykonanie czujnika o niewielkich rozmiarach, a o dużej liczbie zwojów i o dużej powierzchni uzwojeń, co skutkuje dużą czułością czujnika. Obejma ustalająca położenie czujnika względem szyny prądowej gwarantuje zależność napięcia wyjściowego czujnika tylko od wartości prądu. Brak elementów ferromagnetycznych lub półprzewodnikowych powoduje, że czujnik prądu według wynalazku charakteryzuje się bardzo dużą dynamiką i doskonałą liniowością przetwarzania.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pojedynczą cewkę, a fig. 2 przedstawia czujnik prądu.

Czujnik prądu zawiera cewki 6, wykonane w postaci spirali na warstwach obwodu drukowanego. Każda cewka ma po obu stronach laminatu 3 pole stykowe 1 połączone z uzwojeniem 2, a uzwojenia są ze sobą połączone za pomocą przepustu 4 przechodzącego przez laminat obwodu drukowanego 3. Kierunek zwojów jest jednakowy po obu stronach laminatu 3. Cewki 6 czujnika prądu są ułoPL 226 855 B1 żone równolegle do siebie i połączone szeregowo za pomocą lutowia 10 łączącego pola stykowe 1, przy czym do skrajnych pól stykowych 1 są dołączone przewody wyprowadzeniowe 11. Zestaw cewek 6 tworzący czujnik prądu jest ułożony wzdłuż szyny prądowej 7. Pole magnetyczne 8, wytwarzane przez prąd płynący w szynie prądowej 7, przenika przez uzwojenia 2 cewek 6 indukując w nich napięcie. Stałą pozycję cewek 6 względem szyny prądowej 7 zapewnia obejma 9 wykonana materiału nieferromagnetycznego.

Czujnik prądu znajduje zastosowanie zwłaszcza w pomiarach prądu w elektroenergetycznych szynach prądowych.

Claims (1)

1. Czujnik prądu zawierający cewki w postaci spirali na warstwach obwodu drukowanego, wyprowadzenia, obejmę, znamienny tym, że zawiera zestaw cewek (6) wykonanych w postaci spirali na warstwach obwodu drukowanego składającego się z laminatu (3), na którego obu stronach znajdują się pola stykowe (1) połączone z zewnętrznym końcem uzwojeń (2), a wewnętrzne końce uzwojeń (2) połączone są ze sobą za pomocą przepustu (4) przechodzącego przez laminat (3), przy czym kierunek zwojów uzwojeń (2) jest jednakowy po obu stronach laminatu (3), a z jednej strony cewki (6) uzwojenie (2) pokryte jest warstwą izolacyjną (5), natomiast cewki (6) są ułożone równolegle do siebie i połączone szeregowo za pomocą cienkiej warstwy lutowia (10), a do skrajnych pól stykowych zestawu cewek (6) dołączone są za pomocą lutowia przewody wyprowadzeniowe (11), przy czym cały zestaw cewek (6) jest ułożony wzdłuż szyny prądowej (7), a stałą pozycję cewek względem szyny prądowej zapewnia obejma (9) z materiału nieferromagnetycznego.