專利名稱：一種電流互感器及斷路器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流互感器，尤其涉及一種為電子部件提供能量的電流互感器。
背景技術(shù)：
電流互感器是依據(jù)電磁感應(yīng)原理進行電流轉(zhuǎn)換的部件，廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，起變流和電氣隔離的作用。電流互感器由閉合鐵芯和繞組組成，繞組包括一次側(cè)和二次側(cè)繞組，一次側(cè)繞組串接在一次回路中，二次側(cè)繞組串接在負載回路中。根據(jù)用途可大致分為測量用電流互感器、保護用電流互感器，取能用電流互感器等。電子式斷路器用電流互感器一般要同時完成電流檢測和為電子部件供電的任務(wù)， 目前大多數(shù)斷路器產(chǎn)品中采用一只電流互感器來同時完成上述兩項功能。采用單電流互感器尚存在一些問題在電流較小時，因供電能量不足導(dǎo)致電子部件無法正常工作；當電流較大時，如超過10倍額定電流，則由于互感器鐵芯飽和使采樣電流的波形發(fā)生畸變，從而產(chǎn)生線性失真，可能引起電子部件對運行狀態(tài)的誤判斷，導(dǎo)致斷路器發(fā)生誤動或拒動。為解決單電流互感器存在的缺陷，新一代斷路器采用雙電流互感器技術(shù)，即融合了用于供電的取能電流互感器和用于測量的空心電流互感器，這樣可以實現(xiàn)較小一次電流到極大短路電流的精確測量。但是雙電流互感器中的取能用電流互感器也存在兩個主要問題1，取能用電流互感器利用電磁感應(yīng)原理，將一次側(cè)大電流變成二次側(cè)小電流為斷路器的電子部件供電。由于電子部件的消耗是穩(wěn)定的或者變化很小，所以隨著一次側(cè)電流的增大，互感器提供的多余能量將由電子部件和互感器本身來消耗，這樣在一次側(cè)電流較大時互感器會出現(xiàn)嚴重的發(fā)熱問題。2，當一次側(cè)電流較大時，例如在短路的情況下，互感器的鐵芯會飽和，磁通量不再變化，此時二次側(cè)繞組會產(chǎn)生幅值很高的窄脈沖電壓，導(dǎo)致電子部件的電源電路取能的時間很短，不能獲取到足夠的能量，影響對電子部件的供電。常用的限制二次側(cè)電流過大的方法是在閉合鐵芯的磁路中開一個氣隙，但開氣隙的閉合鐵芯電感降低過多，只能在較大的一次測電流下工作，當一次側(cè)電流較小時，二次側(cè)提供的電能不足以使負載電子部件正常工作。一份中國實用新型專利申請(申請?zhí)枮?00910176191. 6，申請日為 2009-09-25，公開號為 CN101685725A，
公開日為 2010-03-31)公開了一種限制二次側(cè)電流過大的方法，該方案通過互感器鐵芯加磁分路的形式來分流大電流情況下的磁通，但上述專利的鐵芯形狀復(fù)雜、加工比較困難。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、加工方便的電流互感器，該電流互感器能在較大范圍的一次測電流條件下正常工作，且在一次側(cè)電流過大時能有效抑制二次側(cè)電流的過快增長，增加電子部件的取能時間，避免互感器過熱的安全隱患。本實用新型的電流互感器采用以下技術(shù)方案[0007]—種電流互感器，包括與一次回路耦合連接的閉合鐵芯，以及至少一個繞制在所述[0008]閉合鐵芯上的二次線圈，所述閉合鐵芯上有至少一個凹槽，使凹槽處鐵芯的截面積小于所述閉合鐵芯的平均磁路截面積。進一步地，所述閉合鐵芯上有至少兩個凹槽。根據(jù)本實用新型構(gòu)思，還可得到一種斷路器如下一種斷路器，包括用于給斷路器中其它電子部件供能的電流互感器，所述電流互感器，包括與一次回路耦合連接的閉合鐵芯，以及至少一個繞制在所述閉合鐵芯上的二次線圈，所述閉合鐵芯上有至少一個凹槽，使凹槽處鐵芯的截面積小于所述閉合鐵芯的平均磁路截面積。采用上述技術(shù)方案，當一次側(cè)電流較小時，凹槽不產(chǎn)生影響，互感器通過電磁感應(yīng)在二次線圈中感生出小電流，給接在二次線圈上的電子部件(即負載)正常供電；當一次側(cè)電流較大時，由于凹槽處截面積較小，凹槽處的磁通先達到飽和，此時閉合鐵芯的磁路相當于開了氣隙，提高了抗飽和能力，從而可在更大的電流范圍內(nèi)工作。且隨一次側(cè)電流的增加，二次側(cè)電流的變化較平穩(wěn)，可以為負載提供時間更長、更穩(wěn)定的電能供應(yīng)。

圖I為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的磁化曲線對比示意圖；圖3為本實用新型第一實施例中閉合鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型第二實施例中閉合鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型第三實施例中閉合鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本實用新型第四實施例中閉合鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的技術(shù)方案進行詳細說明本實用新型的電流互感器，包括與一次回路耦合連接的閉合鐵芯，以及至少一個繞制在所述閉合鐵芯上的二次線圈，所述閉合鐵芯上有至少一個凹槽，使凹槽處鐵芯的截面積小于所述閉合鐵芯的平均磁路截面積。由于具有制作簡單、磁路均勻的優(yōu)點，目前電流互感器多采用圓環(huán)形鐵芯。因此此處以圓環(huán)形鐵芯為例來說明本實用新型技術(shù)實質(zhì)和有益效果，以使公眾能更容易地充分了解本實用新型，并不是對本實用新型技術(shù)方案的限制，本實用新型的技術(shù)方案可采用任何形狀的閉合鐵芯。本實用新型的電流互感器如附圖I所示，包括與一次回路I耦合連接的圓環(huán)形閉合鐵芯2，以及繞制在閉合鐵芯2上的二次線圈3，閉合鐵芯2為疊片式鐵芯，其上有一個凹槽21，凹槽21使該處的鐵芯磁路截面積小于閉合鐵芯2的平均磁路截面積。二次線圈3與負載連接，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，電流互感器將一次側(cè)大電流變成二次側(cè)小電流提供給斷路器的電子部件使用。在一次側(cè)電流較小時，在給定負載條件和鐵芯參數(shù)(如材料特性、磁路有效截面積、有效磁路長度、有效體積等參數(shù)，這些參數(shù)均可從鐵芯生產(chǎn)廠家得到)的情況下，電流互感器的二次繞組感應(yīng)電壓與其匝數(shù)有關(guān)，因此可根據(jù)給定負載條件和鐵芯參數(shù)選擇合適的線圈匝數(shù)來獲得電子部件最小的啟動電流。在一次側(cè)電流較大時，鐵芯內(nèi)部的磁通逐步增大，由于凹槽處鐵芯的磁路截面積小于平均磁路截面積，此處的磁通密度大于鐵芯其它部分，當一次側(cè)電流增大到一定程度時，凹槽處的鐵芯首先達到飽和，此處的部分鐵芯失去鐵磁性，其磁導(dǎo)率可近似看做與空氣的磁導(dǎo)率相同，而其它部分鐵芯仍未飽和，相當于在原閉合磁路中開了一個氣隙。此時該閉合鐵芯的有效磁導(dǎo)率大幅下降，但仍能夠隨一次側(cè)電流變化產(chǎn)生感應(yīng)電流，提供負載所需電能。這種方法實質(zhì)上就是控制了電流互感器磁路的等效磁導(dǎo)率，使鐵芯在一次側(cè)大電流情況下不易飽和，輸出的聞幅值窄脈沖電壓波形有所變化，取能時間增加。達到限制脈沖電壓幅值、增加取能時間的目的，使得在10倍額定電流的情況下互感器仍能為電子部件提供能量。凹槽的大小可以根據(jù)基本電磁理論計算及實驗得到。當凹槽沿磁路方向的長度較大時，會有部分磁力線逸散開來，產(chǎn)生漏磁通，較多的漏磁通會降低互感器的能量轉(zhuǎn)換效率，并對電路中及周邊的電子部件產(chǎn)生電磁干擾。為解決該問題，可以用兩個以上長度較小的凹槽替代。所述凹槽大小可以相同，也可以不同。所述各凹槽沿閉合鐵芯磁路方向均勻分布；或者，所述凹槽為偶數(shù)個，且沿垂直于所述閉合鐵芯磁路方向?qū)ΨQ分布。圖3—圖6顯示了本實用新型的電流互感器中閉合鐵芯的幾種結(jié)構(gòu)。圖3中的閉合鐵芯為圓環(huán)形，其圓周的一側(cè)對稱地開有兩個相同大小的凹槽。圖4中的閉合鐵芯為圓環(huán)形，其圓周的兩側(cè)分別對稱地開有兩個相同大小的凹槽。圖5中的閉合鐵芯的外圓周上均勻分布有四個凹槽。圖6中的閉合鐵芯的內(nèi)圓周上均勻分布有四個凹槽。本實用新型中的閉合鐵芯可以使用現(xiàn)有的疊片式閉合鐵芯、卷繞支撐的鐵芯、壓制成型的鐵芯或者由至少兩個開路鐵芯連接而成的鐵芯等，其上的凹槽可以通過后續(xù)加工得到，也可通過設(shè)計的專用模具隨鐵芯一起成形。 為了驗證本實用新型的有益效果，將一個開凹槽的鐵芯和一個不開凹槽的鐵芯作對比試驗。試驗采用兩個圓環(huán)形鐵芯，兩個鐵芯材料均為熱軋硅鋼片DR530，兩個鐵芯尺寸相同，外徑為34mm,內(nèi)徑為26 mm,高為20 mm,其中一個鐵芯上開有4個深為10mm、寬度為2mm的凹槽。兩個鐵芯上繞制相同的線圈，其中一次側(cè)線圈匝數(shù)為I匝，二次線圈匝數(shù)為2100匝。逐步增大一次側(cè)電流并測量鐵芯的磁感應(yīng)強度，分別得到兩個鐵芯的磁化曲線，如附圖2所示，其中，曲線I為無凹槽的鐵芯的等效磁化曲線，曲線2為有凹槽鐵芯的等效磁化曲線。從曲線I可以看出，不開凹槽的鐵芯在一次側(cè)小電流情況下磁感應(yīng)強度迅速增加，在達到500A以后鐵芯飽和，磁感應(yīng)強度增加緩慢，在4000A電流情況下鐵芯嚴重飽和，此時磁感應(yīng)強度已經(jīng)基本不變，二次側(cè)輸出高幅值窄脈沖電壓波形，互感器已經(jīng)無法取得足夠能量。從曲線2可以看出，開有凹槽的鐵芯在一次測小電流情況下磁感應(yīng)強度較迅速地增力口，在200A左右由于凹槽處的鐵芯飽和，所以曲線出現(xiàn)一個較明顯的拐點，在這個拐點之后由于鐵芯無凹槽處仍未飽和，所以磁感應(yīng)強度在很大的電流范圍內(nèi)較為平穩(wěn)的增加，增加的速度明顯小于鐵芯局部飽和(即圖中的拐點處)前的增加速度。只要互感器在一次側(cè)小電流情況下能夠輸出足夠的能量達到電子部件的啟動要求，那么這種較緩慢的磁感應(yīng)強度的增加是有益的。
權(quán)利要求1.一種電流互感器，包括與一次回路耦合連接的閉合鐵芯，以及至少一個繞制在所述閉合鐵芯上的二次線圈，其特征在于，所述閉合鐵芯上有至少一個凹槽，使凹槽處鐵芯的截面積小于所述閉合鐵芯的平均磁路截面積。
2.如權(quán)利要求I所述電流互感器，其特征在于，所述閉合鐵芯上有至少兩個凹槽。
3.如權(quán)利要求2所述電流互感器，其特征在于，所述凹槽大小相同。
4.如權(quán)利要求2所述電流互感器，其特征在于，所述各凹槽沿閉合鐵芯磁路方向均勻分布。
5.如權(quán)利要求2所述電流互感器，其特征在于，所述凹槽為偶數(shù)個，且沿垂直于所述閉合鐵芯磁路方向?qū)ΨQ分布。
6.如權(quán)利要求I一5任一項所述電流互感器，其特征在于，所述閉合鐵芯為圓環(huán)形。
7.如權(quán)利要求I一5任一項所述電流互感器，其特征在于，所述閉合鐵芯為疊片式鐵-!-HΛ ο
8.如權(quán)利要求I一5任一項所述電流互感器，其特征在于，所述閉合鐵芯為卷繞制成。
9.如權(quán)利要求I一5任一項所述電流互感器，其特征在于，所述閉合鐵芯由至少兩個開路鐵芯連接而成。
10.一種斷路器，包括用于給斷路器中其它電子部件供能的電流互感器，其特征在于，所述電流互感器為權(quán)利要求I所述電流互感器。
專利摘要本實用新型公開了一種電流互感器。本實用新型的電流互感器包括與一次回路耦合連接的閉合鐵芯，以及至少一個繞制在所述閉合鐵芯上的二次線圈，所述閉合鐵芯上有至少一個凹槽，使凹槽處鐵芯的截面積小于所述閉合鐵芯的平均磁路截面積。當一次側(cè)電流較小時，凹槽不產(chǎn)生影響，互感器通過電磁感應(yīng)在二次線圈中感生出小電流，給接在二次線圈上的負載正常供電；當一次側(cè)電流較大時，凹槽處的磁通先達到飽和，此時閉合鐵芯的磁路相當于開了氣隙，提高了抗飽和能力，從而可在更大的電流范圍內(nèi)工作。且隨一次側(cè)電流的增加，二次側(cè)電流的變化較平穩(wěn)，可以為負載提供時間更長、更穩(wěn)定的電能供應(yīng)。本實用新型還公開了一種使用上述電流互感器的斷路器。
文檔編號H01F41/02GK202363233SQ20112009917
公開日2012年8月1日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者孫偉鋒, 居晨, 徐偉, 殷建強, 江明 申請人:常熟開關(guān)制造有限公司(原常熟開關(guān)廠)