专利名称：速饱和电流互感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种被称为速饱和电流互感器的电气磁性配件，配套用于智能型断路器上，为断路器控制器提供一个电流自生电源，是对公知的电流互感器的优化。
背景技术：
通常的电流互感器是一种特殊的变压器，它被广泛应用于供电系统中向测量仪表和继电器的电压线圈或电流线圈供电。将一次回路中的大电流变为二次回路中的标准小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型化。由于互感器一次侧和二次侧没有电的联系，只有磁的联系，因而使二次设备与大电流部分隔离，且互感器二次侧均接地，从而保证 了设备和人身的安全。速饱和电流互感器是从穿过磁芯的母线取得能量，变换为有磁芯穿过的次级绕组中的二次电流，为智能型断路器中的控制器电路供电。其主要电气特征是，穿心式母线作为一次绕组，匝数为I ;二次绕组被磁芯穿过；与通常的电流互感器不同，二次侧在母线电流较小时向负载提供一定的功率输出；而在母线电流超过预定值(过载或短路)时，输出功率不再上升(或允许范围内上升很小)，以确保控制器的正常工作。即速饱和电流互感器是一种可限制最高二次电流输出的特殊电源变换器，可作为智能型断路器的重要部件来提供可靠的电源。图5为公知的电流互感器结构图，包含磁路I、二次绕组2，输出引线3 ;其中磁路I为叠装或绕制的软磁金属片，完全环绕一次导体6 ;并且磁路I的下部4穿过绕组2成为二次绕组的磁芯，并用屏蔽罩或用聚酯薄膜粘胶带做出防护结构5。这种磁路结构的电流互感器，在一次电流没有达到让软磁材料磁饱和的很大电流范围内，具有较好的线性输出特性。而当一次电流增加时，二次电流近似成比例增大，在满足控制电路功能需求外，大部分成为剩余功率，以发热的方式消耗在互感器和电子电路上，烧损电器元件，加速器件老化，为了可靠运行则需要增加各种散热器。
发明内容
本发明的目的是要提供一种速饱和电流互感器用来为智能断路器提供自生电流电源，具有快速饱和特性，限制一次电流较大时输出到控制器电子电路的功率；并具有结构合理、适应性强、安装方便、精度可控等优点。本发明通过下述技术方案实现一种速饱和电流互感器，包含铁芯磁路、二次绕组、处理单元，铁芯磁路环绕需要保护的电路导体，铁芯磁路的一部分穿过二次绕组，构成二次绕组的磁芯，二次绕组通过导线输出信号到处理单元，其特征在于铁芯磁路由连接架、主磁片、辅助磁片经叠装连接成日字型；主磁片呈日字外周的口字型，用于组成主磁路；辅助磁片呈日字中部的一字型，用于组成分磁路。
进一步地主磁片叠装后的厚度与辅助磁片叠装后的厚度相同或不相同。主磁片的材料与辅助磁片的材料相同或不相同。连接架为一片铁磁材料制成的日字型片体；若干主磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的外周部分连接；若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的中部横条部分连接。连接架为两片铁磁材料制成的日字型片体； 若干主磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的外周部分连接；若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的中部横条部分连接。连接架为一片或两片非磁性材料制成的日字型片体；连接架为一片时，若干主磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的外周部分连接，若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的中部横条部分连接；连接架为两片时，若干主磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的外周部分连接，若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的中部横条部分连接。连接架为一片或两片非磁性材料制成的一字型片体；连接架横向连接于主磁片的中部；连接架为一片时，若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的连接；连接架为两片时，若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架连接。由于采用该结构，给本发明互感器性能带来了新的诸多良好效果首先，包含分磁路结构后，电流互感器的输出特性具有明显非线性特点，可快速进入增长平台期(即一次侧电流增加幅度较大的情况下，电流互感器的输出增加幅度较小或无增长的曲线区间)。这是因为铁芯环绕的一次导体上流过低电流时，磁通主要通过含绕组磁芯的主磁路。当一次导体流过大电流时，磁感应增强，辅助磁片和主磁路间的气隙有大量磁通流过，分磁能力增强；限制了绕组磁芯中的磁通和互感器的输出功率。其次，连接架的日字型结构，既与主磁片重叠构成主磁路，又有局部与辅助磁片重叠形成分磁路；在满足磁路功能要求的同时，起着连接、定位、固定作用，从而保证了气隙的尺寸精度。最后，分磁路的结构特点方便了调整。由于辅助磁片独立于主磁片，在数量上与主磁片可不同，以满足不同的分磁要求，从而更好地实现同一壳架智能断路器中不同额定电流规格互感器的系列化，适用性更强、节省了成本。
图I-图3分别是本发明一种速饱和电流互感器的结构图的后视图、侧视图、前视图；图4是分磁路的局部放大图；图5是公知的电流互感器；
图6-图8分别是本发明的一个实施例的后视图、侧视图、前视图；图9-图11分别是图I方案的一个相关实施例的后视图、侧视图、前视图；图12-图14分别是上述方案中的连接架选用非磁性材料，某一特定形状时的实施例的后视图、侧视图、如视图；图15-图17分别是通过增加辅助磁片来增加大电流下分磁效果的实施例的后视图、侧视图、前视图；图18和图19是本发明一种速饱和电流互感器的装配关系示意图。
具体实施例方式本发明涉及一种速饱和电流互感器，包含铁芯磁路、二次绕组、处理单元，铁芯磁路环绕需要保护的电路导体，磁路的一部分穿过二次绕组，构成二次绕组的磁芯，二次绕组 通过导线输出信号到处理单元，铁芯磁路是由主磁路和分磁路经连接架连接形成的日字型磁路，其中分磁路与主磁路之间留有气隙或部分留有气隙；主磁路至少由口字型主磁片组成，分磁路至少由片状或条状的辅助磁片组成。分磁路由连接架局部和呈片状或条状的辅助磁片组成，位于一次导体和二次绕组之间，形成分磁区域。辅助磁片为不与主磁片为一体的独立元件，通过两处气隙与主磁路连通，数量可不同于主磁片。在一次导体流过低电流时，磁通主要通过绕组磁芯所处的主磁路；一次导体流过大电流时，磁感应增强，辅助磁片和主磁路间的气隙有大量磁通流过，分磁能力增强；限制了绕组磁芯中的磁通和互感器的输出功率。下面结合附图详细说明。图I-图3是电流互感器铁芯图。I为铁芯磁路，包括主磁路4和分磁路7 ;分磁路与主磁路之间部分留有气隙；2为二次绕组；3为需要保护的一次电路导体，5为铁磁材料制成的连接架，呈日字型片体。在本实施例中，连接架5的数量为一片；6是日字型连接架上不包含中间横条部分8的外框；12为主磁片，呈口字型；外框6和主磁片12形状尺寸相同，叠片组装后形成主磁路，并环绕在一次电路导体周围；主磁路上的局部18，位于口字下部，穿过二次绕组成为绕组磁芯。13为辅助磁片，呈片状或条状，8为日字型连接架上中间横条部分，辅助磁片和横条部分叠片组装后构成分磁路。在本实施例中，优先选用铜质或铝质铆钉进行叠装铆紧处理。分磁路位于一次导体3和二次绕组2之间，形成分磁区域。二次绕组2绕制在骨架11上，9、10为二次绕组2两端的导线，连接到处理单元；15为主磁片上口字竖直边的部分，辅助磁片13两端通过气隙14、17与两竖直边15相连；16为叠片孔位，其中连接架的中部8进行局部增宽并做出孔位，用于铁芯磁路叠装，叠装方式可为铆接或螺母连接。主磁片、连接架在绕组磁芯18的位置，侧边角部做出角缝，用于穿过骨架11。图4是分磁路的局部放大图。分磁路7由连接架上位于分磁区域的中部8和辅助磁片组成；图示实施例中连接架的中部8为一窄条，并在局部进行增宽，在增宽部位设置两个与辅助磁片13上对应的叠片孔位。图6-图8是本发明一种速饱和电流互感器的一个实施例。铁芯磁路I由主磁路4和分磁路7组成；分磁路与主磁路之间部分留有气隙；2为二次绕组，主磁路的下部18穿过绕组骨架11，成为绕组的磁芯；3为需要保护的一次电路导体，主磁路环绕一次导体；5为铁磁材料制成的连接架，中间带有一个局部片状结构，使连接架结构上近似日字型；12为主磁片，上部为圆形，整体形状近似口字型；连接架上的外框6和主磁片重叠，构成主磁路；13是辅助磁片，为一侧带弧形的条状件；连接架上的中部8和辅助磁片组成分磁路；分磁路位于一次导体和二次绕组之间，形成分磁区域。分磁路与主磁路之间部分留有气隙。9、10为导线，连接绕组两端到处理单元；辅助磁片与主磁路上的局部15之间通过气隙14、17连接；16为叠片孔位，用于铁芯磁片的叠装，叠装方式可为铆接或螺母连接。主磁片、连接架在绕组磁芯18的侧边角部位置做出穿片切缝，用于穿过骨架。特别的，从图中可以看出，在该实施例中，连接架上位于分磁区域的中部8，与主磁路的连接截面较宽，中间形状为带弧形的条状。图9-11是图I-图3的一个相关实施例。其特点是，在铁芯磁路中设置多片日字型连接架5的数量。图中I为铁芯磁路，2为二次绕组，3为需要保护的一次电路导体，铁芯磁路由主磁路4和分磁路7组成，分磁路与主磁路之间部分留有气隙；连接架5在该例中数量为两片，6是日字型连接架上不包含中间部分8的外框，形状尺寸同主磁片。为了叠装操作方便，选择将主磁片12放置在两片连接架5的外框之间、连接架夹心叠装主磁片的型式。两片连接架上的6与主磁片重叠组成主磁路；8为日字型连接架上中间横条部分，两片连接 架上的8与辅助磁片13组成分磁路7 ;9、10为二次绕组两端的导线，11为绕组骨架，15为主磁片上日字结构外框上竖直两边、辅助磁片与15之间存在气隙14和17，16为叠片孔位、18为主磁路上位于口字下边部分，其穿过绕组成为磁芯。本实施例与图I-图3所示的实施例的不同之处在于连接架、主磁片、辅助磁片三种零部件在铁芯中设置的数量、比例。通过调整三者的数量、比例可以得到不同的磁路特性。其实现机制为连接架同时是主磁路和分磁路的组成部分，连接架的中部横条8使得部分主磁路、分磁路无气隙连接，这样在小电流时，横条8就可以小量分磁。但是控制其截面积使得分磁量有限，并更容易快速饱和。措施有如图I中的限制单片连接架上的宽度和图4中单片宽度较大时限制连接架数量。当一次电路导体中流过大电流时，磁感应增强，磁通穿过气隙，辅助磁片构成的分磁路部分开始有效分磁。因此，调配三种磁片的数量、比例，可以得到不同的磁路参数，满足不同的输出特性需要，而不用改结构件，节省了开模成本。图12-图14为本发明的又一个实施例。I为铁芯磁路，包括主磁路4和分磁路7，分磁路与主磁路之间留有气隙；2为二次绕组；3为需要保护的一次电路导体，5为连接架，选用非磁性材料；6是连接架的两端，搭接在主磁路的左右两处；8为连接架的中间部分；导线9、10分别连接绕在骨架11上的漆包线两端，它们的另一端连接处理单元；12为主磁片，呈口字型，并优先使用铜质或铝质铆钉将叠片铆紧组装成主磁路，15为主磁片构成的口字型主磁路上的两竖直边；辅助磁片13呈片状或条状，叠装成分磁路，两端通过气隙14、17与15相连；分磁路位于一次导体3和二次绕组2之间，形成分磁区域。主磁路环绕一次电路导体，处于口字下边的条状18穿过二次绕组成为绕组磁芯。16为叠片孔位，分布在主磁路和分磁路上，数量为5。除优先选用的铆接外，还可以用螺母、包扎、粘、焊等多种连接方式。主磁片在绕组磁芯18侧边角部做出角缝，用于穿过线圈骨架。该实施例的特点是，选用非磁性材料来做磁架。由此，磁架可有多种结构选择可保持图I、图4的连接架日字型结构，从结构上看不出变化，但连接架无磁路功能，仅起到定位、连接作用。也可如图6所示,连接架简化成简单条状结构，无磁路功能，仅连接、固定辅助磁片，使之组合到主磁路上，保证气隙值和精度。
图15-图17所示为本发明的再一个实施例。图中I为铁芯磁路，包括主磁路4和分磁路7 ;分磁路与主磁路之间部分留有气隙；2为二次绕组；3为需要保护的一次电路导体，5为铁磁材料制成的连接架，呈日字型片体，数量为一片；6是日字型连接架上不包含中间部分8的外框；12为主磁片，呈口字型；外框6和主磁片12形状尺寸相同，叠片铆紧后组成主磁路；主磁路环绕在一次电路导体；15是位于主磁路上的两竖直边，在左右两图中，位于一次导体左右两侧；18为主磁路上口字型的下边横条，穿过二次绕组成为绕组磁芯。13为辅助磁片，呈片状或条状，叠装铆紧到连接架的中间部分8上，并与8 —起组成分磁路；分磁路位于一次导体3和二次绕组2之间，形成分磁区域；辅助磁片两端与15之间通过气隙14、17连接。二次绕组绕制在骨架11上，9、10为连接二次绕组2两端的导线，另一端连接到处理单元；16为叠片孔位，用于叠片后的组装，本实施例优先选用铜质或铝质的铆钉进行铆紧处理，孔位设置在主磁路和分磁路上，数量为5。主磁片、连接架在绕组磁芯18的位置，侧边角部做出角缝，用于穿过二次绕组骨架。其特点是，在图1、4、5所示的实施例的基础上，增加了辅助磁片13的数量，使得分磁路在单片宽度受限时通过增加厚度来增加分磁路的有效截面积，增加通过的磁通，改变分磁能力来达到想要的效果，这充分利用了辅助磁 片独立于主磁片的结构优势。同时，由于这一结构特点，辅助磁片可仅仅通过选用与主磁片不同材质的软磁材料就可以实现不同分磁效果，无需重新设计结构和开模，节约了成本。图18和图19是本发明的基本型的装配关系图，图18为其组成零部件及组装不意，图19为组转后的整体。图中2为二次绕组，用漆包线绕制在线圈骨架11上，线圈骨架中部为通孔；5是连接架，呈日字型结构；由中间横条8和外围部分6组成；12为主磁片，其形状尺寸与6同。在连接架和主磁片的下底边上，一端角部开出斜缝，该结构可以使得连接架和主磁片穿入骨架中间通孔。先后穿入后，连接架和主磁片可通过设置在对应部位的连接孔16叠紧，优先采用铜质和铝质的铆钉进行叠片铆紧。主磁片的12的形状可近似看做为两者叠片形成的主磁路4的磁路形状，即主磁路的形状为口字结构，环绕一次导体3。而主磁路的下边条18穿过二次绕组，成为绕组磁芯。辅助磁片13，形状为条状或片状，至少一片的辅助磁片通过叠片组装到连接架上，连接位在连接架上的中间部分8，一起组成分磁路7。由连接架的结构决定了，分磁路位于一次导体和二次绕组之间。由于辅助磁片是一种独立于主磁片的零部件，由其组成的部分分磁路，与主磁路并不直接相连，两端和主磁路的两竖直边15之间存在气隙14和17。导线9、10连接到二次绕组上，将绕组上的感应信号输入到另一端连接着的处理单元。可以看出，连接架5、主磁片12和辅助磁片13在铁芯磁路中至少各有I片。在以上各实施例中当连接架为一片时，主磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧，并且主磁片与连接架的外周部分连接；辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侦牝并且辅助磁片与连接架连接。当连接架为两片时，主磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的外周部分连接，辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架连接。
权利要求
1.一种速饱和电流互感器，包含铁芯磁路、二次绕组、处理单元，铁芯磁路环绕需要保护的电路导体，铁芯磁路的一部分穿过二次绕组，构成二次绕组的磁芯，二次绕组通过导线输出信号到处理单元，其特征在于 所述铁芯磁路由连接架、主磁片、辅助磁片经叠装连接成日字型； 主磁片呈日字外周的口字型，用于组成主磁路； 辅助磁片呈日字中部的一字型，用于组成分磁路。
2.根据权利要求I所述的速饱和电流互感器，其特征在于 主磁片叠装后的厚度与辅助磁片叠装后的厚度相同或不相同。
3.根据权利要求I所述的速饱和电流互感器，其特征在于 主磁片的材料与辅助磁片的材料相同或不相同。
4.根据权利要求1-3之一所述的速饱和电流互感器，其特征在于连接架为一片铁磁材料制成的日子型片体； 若干主磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的外周部分连接； 若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的中部横条部分连接。
5.根据权利要求1-3之一所述的速饱和电流互感器，其特征在于 连接架为两片铁磁材料制成的日字型片体； 若干主磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的外周部分连接； 若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的中部横条部分连接。
6.根据权利要求1-3之一所述的速饱和电流互感器，其特征在于连接架为一片或两片非磁性材料制成的日字型片体； 连接架为一片时，若干主磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的外周部分连接，若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的中部横条部分连接； 连接架为两片时，若干主磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的外周部分连接，若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架的中部横条部分连接。
7.根据权利要求1-3之一所述的速饱和电流互感器，其特征在于 连接架为一片或两片非磁性材料制成的一字型片体； 连接架横向连接于主磁片的中部； 连接架为一片时，若干辅助磁片置于连接架单侧或分置于连接架两侧并与连接架的连接; 连接架为两片时，若干辅助磁片夹置于两片连接架之间并与连接架连接。
全文摘要
本发明涉及一种速饱和电流互感器，包含铁芯磁路、二次绕组、处理单元，铁芯磁路环绕需要保护的电路导体，铁芯磁路的一部分穿过二次绕组，构成二次绕组的磁芯，二次绕组通过导线输出信号到处理单元，其特征在于铁芯磁路由连接架、主磁片、辅助磁片经叠装连接成日字型；主磁片呈日字外周的口字型；辅助磁片呈日字中部的一字型。主磁片叠装后的厚度与辅助磁片叠装后的厚度相同或不相同，主磁片的材料与辅助磁片的材料相同或不相同，连接架为铁磁材料或非铁磁材料。由于辅助磁片独立于主磁片，在数量上与主磁片可不同，以满足不同的分磁要求，从而更好地实现同一壳架智能断路器中不同额定电流规格互感器的系列化，适用性更强、节省了成本。
文档编号H01F27/245GK102800471SQ20111013808
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者南寅, 刘来桂 申请人:北京人民电器厂有限公司