专利名称：使用磁阻抗元件的过载电流保护设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种过载电流保护设备，用于检测流经导体的电流，并在电流超过一个预定阈值时切断电流，例如，能够控制提供给电动机的电源的过载电流保护设备。
背景技术：
一般来说，例如，这种类型的过载电流保护设备检测到通过接触器流向三相电动机的电流超过一个安全阈值时，就根据检测结果切断流向电动机的电流，这是通过使电动机的全部或部分电流流经一个双金属元件而实现的。即，若向由双金属片制成的开关施加电流，该双金属片根据电流大小而被加热，且电动机电流超过安全阈值一段预定时间后，该双金属片受热弯曲，从而开关的触点置于断开状态，供给接触器的控制输入端的电流也被停止。然而，在使用该开关的系统中，当开关进入断开状态时难以调节电流，导致系统长时间处于错误状态。
为解决上述问题，可以由电子方式来执行传统上由双金属开关实现的功能。使用电子设备可以提供可靠的、容易调节的设备。但是，由于这种电子系统需要复杂的电路，因此需要多个部件，诸如恒压电源等，通过适当地检测电流来操作接触系统。此外，把电流检测变压器(称为CT)用作电流检测单元，这将导致由于铁芯产生磁饱和而不能获得宽的电流检测范围的问题。还有一种使用磁阻元件的方法。但是，由于其灵敏度低，所以需要铁芯，因此和上述CT一样不能获得宽的电流检测范围。另外，由于磁阻元件受温度影响而波动很大，元件间的差异性很大，且受干扰噪声的影响，从而产生了高精度设备需要高成本的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种低成本、高精度的过载电流保护设备，其能够扩展电流检测范围而不需要恒压电源等，也不会由于干扰噪声等环境特征和时间的变化而降低精度。
发明内容
为解决上述问题，在根据权利要求1所述的发明中，一种过载电流保护设备包括开关，用于提供或切断从电源到负载的电流；电流检测器，用于检测电流；控制电源，其具有包含初级绕组和次级绕组的电源变压器，插入在从电源到负载的电流供应线路中，并向各个单元供电，从而，在产生电流过载时，可以切断负载的电流供应。其中，电流检测器由具有磁阻抗效应的磁检测元件构成，并且其所处位置使得可以检测由流经电源变压器次级绕组的电流产生的磁通。
在根据权利要求2所述的发明中，一种过载电流保护设备包括开关，用于提供或切断从电源到负载的电流；电流检测器，用于检测电流；控制电源，其具有包含初级绕组和次级绕组的电源变压器，插入在从电源到负载的电流供应线路中，并向各个单元供电，从而，在产生电流过载时，可以切断负载的电流供应。其中，多个电流检测器各由具有磁阻抗效应的磁检测元件构成，并且其所处位置使得可以检测由流经电源变压器次级绕组的电流产生的磁通。
在根据权利要求1或2所述的发明中，控制电源被配置为电源变压器的初级绕组和次级绕组都是中空的，并包含用于存储次级绕组的电流的电容器，以及电压调节器。(根据权利要求3的发明)。
在根据权利要求1至3中任何一项所述的发明中，提供了用于传导电流的配线和安装配线的基板，磁检测元件位于基板上配线的附近，从而磁检测元件可以检测电流产生的磁通。(根据权利要求4所述的发明)。在根据权利要求1至4中任何一项所述的发明中，两个磁检测元件所处的位置使得与电流产生的磁通相对应的输出的绝对值相等而极性相反，并且根据两个磁检测元件之间的输出差值计算结果来检测电流。(根据权利要求5所述的发明)。
图1显示了根据本发明的第一实施例的配置；图2显示了图1所示的电流检测器的实例的配置；图3是一个示意图，显示了电流检测元件单元中流经相邻配线的电流的影响；图4是一个框图，显示了检测电路的实际例子；图5显示了图1所示的控制电源的实际例子。
具体实施例方式
图1显示了本发明的实施例的系统总体结构。
标号R、S和T表示电源线，其连接至未在附图中显示的三相交流电源，并通过三相接触器(开关)2和三个电源变压器5a、5b和5c连接至作为负载的电动机3。在这些电源变压器5a、5b和5c的次级绕组附近为每一相设置了电流检测器4a、4b和4c，从而可以检测流经次级绕组的电流。
接触器2包含触点2a、2b和2c，每个触点通过不同电源线经过各个电源变压器5a、5b和5c的初级绕组连接至电动机3。触点2a、2b和2c机械连接，从而由电磁线圈2d同时操作。电磁线圈2d与微计算机8的数字输出端相连。由微计算机8，电流检测器4a、4b和4c，电源变压器5a、5b和5c等构成的控制电路形成了电子过载继电器1。通过切换器6顺序对电流检测器4a、4b和4c的输出进行切换。通过半波整流器7，把切换器6选择的电流检测器4a、4b和4c的输出连接到微计算机8的模拟输入端。
通过整流二极管D0、D1和D2把电源变压器5a、5b和5c的次级绕组连接至第一电容器C0，从而形成了控制电源。该第一电容器C0连接在电压调节器9的正输入端和地之间，第二(稳定)电容器C1连接在电压调节器9的正输出端和地之间，从而可以由电压调节器9提供恒定电平的电压Vcc作为控制电源。保护二极管D3、D4和D5连接在整流二极管D0、D1和D2之间。
下面参考附图描述电流检测器4a、4b和4c的实际配置。由于电流检测器4a、4b和4c的配置相同，下面描述其中的一个，作为代表性配置。
如图2所示，电流检测器包括具有磁阻抗(MI)效应的MI元件40a和40b、用于传导电流的配线200、用于安装配线200和MI元件40a和40b的基板300以及检测电路41。
MI元件40a和40b可以是，例如，日本专利申请公开特开平6-281712中公布的无定型导线，或日本专利申请公开特开平8-330645中公布的薄膜。
图3显示了电流I1和I2并行流动的一个示例。
图3中，假设电流I1和I2产生的磁通分别由1和2表示，且两个MI元件40a和40b上由1和2产生的输出电平分别为S2和N2，则两个MI元件40a和40b之间的差动输出可计算如下。
差分输出＝40a的输出-40b的输出＝S2+N3-(-S2+N3)＝2×S2……(1)因此，可以不受相邻配线210的电流I2的影响而检测电流I1。
此外，当施加有作为噪声的均匀外部磁场时，在两个MI元件40a和40b上产生大小和符号相同的输出。因此，可以消除外部磁场的影响，如同附近配线的情况一样。
图4显示了检测电路的一个实例。
检测电路41使用振荡电路411和分压电阻器R3和R4向MI元件40a和40b施加高频电流，使用检测电路412a和412b，通过电压的变化而检测MI元件40a和40b由磁场引起的阻抗变化，并使用差动电路413产生与MI元件40a和40b之间的差值成正比的输出，使用放大电路414取出这个输出。可用加法电路来替换差动电路413，从而与MI元件40a和40b之间的差值成正比的输出可替换为与MI元件40a和40b的和值成正比的输出。
在上述实例中，两个MI元件之间的磁场检测方向相同。但是很显然，通过将磁场检测方向设置为彼此相反，并获得两个MI元件的输出和，也可以和上述实例一样，检测电流不受干扰噪声的影响。
在上述实例中使用了三相交流电。但是，考虑到单相交流电对应于三相交流电中的其中一相，很显然，也可以适当地使用单相交流电。
图5显示了控制电源的另一个实例。
图1中，假设电源变压器配备有铁芯。在图5所示的实例中，使用了中空铁芯。由于其他点与图5所示的实例相同，此处省略了相应的说明。
根据本发明，由具有磁阻抗效应的磁检测元件检测由电流产生的磁通，所以不会出现由广泛使用的电流检测变压器所导致的铁芯磁饱和，从而扩展了电流检测范围。
在本发明的电流检测单元中，由于两个磁检测元件被设置为磁检测元件的输出的绝对值相等，作为由电流产生的磁通值，而磁检测元件的输出的极性相反，并检测磁检测元件的输出之间的差值，所以，可以不受由外部磁场和流经相邻配线的电流所产生的磁场的影响而检测电流。因此，可以提供一种过载电流保护设备，其不易受的噪声的影响并具有优异的抗环境干扰性能。
根据本发明的电流检测单元检测电源变压器的次级侧的电流。因此，可以使用高灵敏度的磁检测元件来调节输出灵敏度。尤其当所检测的电流很大时，可以提供具有宽的电流检测范围而会由于所检测的电流而导致输出饱和的过载电流保护设备。
此外，根据本发明的控制电源不需要配备外部恒压电源，因此，提供了一种能够减少总成本的通用过载电流保护设备。
另外，本发明的控制电源的电源变压器的中空结构实现了低成本的过载电流保护设备。
权利要求
1.一种过载电流保护设备，其包括开关，用于提供或切断从电源到负载的电流；电流检测器，用于检测电流；控制电源，其具有包含初级绕组和次级绕组的电源变压器，插入在从电源到负载的电流供应线路中，并向各个单元供电，从而，在产生电流过载时，可以切断负载的电流供应，其特征在于电流检测器由具有磁阻抗效应的磁检测元件构成，并且其所处位置使得可以检测由流经电源变压器次级绕组的电流产生的磁通。
2.一种过载电流保护设备，其包括开关，用于提供或切断从电源到负载的电流；电流检测器，用于检测电流；控制电源，其具有包含初级绕组和次级绕组的电源变压器，插入在从电源到负载的电流供应线路中，并向各个单元供电，从而，在产生电流过载时，可以切断负载的电流供应，其特征在于多个电流检测器各由具有磁阻抗效应的磁检测元件构成，并且其所处位置使得可以检测由流经所述次级绕组的电流产生的磁通。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于控制电源被配置为电源变压器的初级绕组和次级绕组都是中空的，并包含用于存储所述次级绕组的电流的电容器以及电压调节器。
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于提供了用于传导电流的配线和安装配线的基板，磁检测元件位于基板上配线的附近，从而磁检测元件可以检测电流产生的磁通。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述的设备，其特征在于两个磁检测元件所处的位置使得与电流产生的磁通相对应的输出的绝对值相等而极性相反，并且根据两个磁检测元件之间的输出差值计算结果来检测电流。
全文摘要
一种过载电流保护设备，用于在发生过载时通过接触器(开关)(2)切断从电源提供给诸如电动机的负载(3)的电源，其中，把具有磁阻抗(MI)效应的MI元件作为电流检测器(4a、4b和4c)安装在能够检测流经电源变压器(5a、5b和5c)的次级绕组的电流的位置上，电源变压器(5a、5b和5c)产生控制电源，从而无需使用恒压电源，能够减少成本，并消除了由铁芯导致的磁饱和，从而扩展了电流检测范围，避免了传统电流互感器中存在的问题，从而提供了一种低成本、高精度的具有宽电流检测范围的过载电流保护设备。
文档编号H02M7/06GK1491471SQ02805044
公开日2004年4月21日 申请日期2002年2月14日 优先权日2001年2月16日
发明者工藤高裕, 北出雄二郎, 石川公忠, 二郎, 忠 申请人:富士电机株式会社