专利名称：一种交流电流变换器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统在控制、保护和测量时的交流电流变换技术。
迄今为止，0.5千伏电力系统所涉及的交流电流变换是用电流互感器实现的。其方法是让需要变换的电流(以下简称被测电流)全部流过电流互感器的一次绕组，经电磁感应将一次电流转换为二次电流送入控制、保护和测量装置。传统电流互感器由承载全部被测电流的一次绕组，铁芯和输出电流信号的二次绕组构成(穿芯式电流互感器只有二次绕组和铁芯，一次绕组是由传输被测电流的导线担任的)。
传统电流互感器存在以下缺点1.由于被测电流(一般较大)全部穿过电流互感器的铁芯，使电流互感器的体积大，笨重，耗费很多铜线，硅钢或铁镍合金。
2.二次电流(一般为5安)全部被二次绕组和负载所消耗。在额定电流下工作时。功耗大、温升高;动稳定电流和热稳定电流低，承受过电流能力差;其电流变换精度受负载大小和负载性质的影响，负载一旦开路还会产生危及人身和二次仪表安全的高压。
3.在电力测量，电器控制和继电保护向数字化、自动化和智能化发展的今天，与之有关的数字仪表、控制保护装置和计算机的模拟输入接口都要求直流电平信号作为输入信号，而传统电流互感器只有交流电流信号输出，不能直接满足要求，因而使用不便。
本发明旨在提供一种足以克服上述缺点的新型交流电流变换器。
本发明采用部分电流采样法取代传统电流互感器的全电流变换法构成交流电流变换元件。将该元件与由运算放大器构成的电子线路组合成一体，构成交流电流变换器，接入被测电路中可将交流电流变换为交流电压和直流电压输出。
上述交流电流变换元件的原理如
图1，设流过导体(1)(以下称其为载流导体)的被测电流为I0，用一个初级为一匝，次级为N匝的变压器去采集载流导体(1)上沿I0流动方向相距一定距离的a、b两点间的压降Vob，这样，流过变压器一次绕组的电流就只是I0中的极小一部分，变压器的铁芯尺寸就被大大缩小了。以下，我们称该变压器为微型变压器。显然，微型变压器的输出电压V∝I0。
交流电流变换元件由微型变压器和载流导体的组合构成。
微型变压器的制作方法是用高导磁率硅钢片或铁镍合金作成带绕铁芯。带宽一般取4～10毫米，铁芯内径取5～8毫米，外径10～20毫米;用φ0.16～φ0.31毫米高强度漆包线经绝缘处理后的铁芯上密绕200～300匝作为微型变压器的次级(以下称铁芯和次级的组合为微型变压器的铁芯线圈);用φ1～φ3毫米的圆铜线穿过铁芯线圈的中心作为初级，将其和次级可靠绝缘后用环氧树酯对微型变压器灌封，使其在与载流导体组合后能满足0.5千伏级低压电器所规定的绝缘指标。以下所称的微型变压器均指经绝缘灌封后的微型变压器。当对交流电流变换器的精度要求较高时，在上述取值范围中取较大值，要求较低时取较小值。
载流导体(1)由铜板或铜母线冲制而成。其宽度和厚度之比约为10∶1，长度约为2倍宽度加10～40毫米。根据交流电流变换器的额定工作电流的不同，载流导体的中心结构不同，它和微型变压器的组合方式不同，进而交流电流变换元件的结构也不同。
额定工作电流较大时，载流导体截面较大，这时可用如2所示的结构。微型变压器的铁芯线圈(3)放在载流导体(1)中心的矩形孔(2)中。微型变压器的初级导体(4)焊到矩形孔(2)两侧的小槽(5)和(6)中。通过载流导体(1)两端的孔(7)和(8)将载流导体串联到被测线路中。
额定工作电流较小时，为使载流导体载面不至于过大，可采用图3所示的结构。将微型变压器的初级(4)焊到铜板(9)、(10)上的小孔(11)、(12)中。铜板(9)、(10)垂直焊到载流导体(1)的中央。载流导体(1)两端的孔(7)和(8)将载流导体串联到被测电路中。
把上述交流电流元件与包括补偿、放大、及交直流变换的电子线路组成一体构成交流电流变换器。其原理框图如图4所示。其中A为补偿电路;B为交流放大电路;C为交直流变换电路;D为电源电路。电子线路的具体结构在实施例中给出。
本发明具有以下优点1.体积小。在相同额定电流下，体积为传统电流互感器的1/5到1/10。
2.重量轻。在相同额定电流下，重量为传统电流互感器的1/10或更小。
3.功能强。具有交直流两种输出方式。可与交直流指针式仪表连接，作测量和指示。可直接与数字仪表的输入及计算机的A/D接口相连接。可满足计数及交流电流相位的测量(如功率测量等)的需要。可直接驱动固态继电器，构成多种实用的继电保护装置。
4.功耗比传统电流互感器低。动稳定电流和热稳定电流比传统电流互感器高，适应过电流能力强。
5.负载与电流变换元件隔离。负载电流不超过规定值时，负载的大小和性质不影响电流变换精度。不会因负载开路造成危及人身及二次仪表安全的高压。
6.只要变更电子线路中的一个标定元件，即可使同一交流电流变换器既具有测量用所要求的高精度和高分辨率，又具有控制用所要求的高10%倍数。
7.可节约大量的铜线和硅钢或铁镍合金，成本低于同精度同容量的传统电流互感器。
图1，交流电流变换元件原理图;
图2，图3，交流电流变换元件结构图;
图4，交流电流变换器原理框图。
本发明实施例可用图5、图2、图6、图7作进一步说明其额定电压为0.5千伏，额定电流为300安。
载流导体(1)用铜母线冲制而成，其长度为106毫米，宽度为40毫米;中心矩形孔(2)长18.5毫米，宽10毫米;小槽(5)、(6)长均为3毫米，宽2毫米，槽深3毫米;孔(7)、(8)的中心在距载流导体(1)长边18毫米、宽边20毫米处，半径为2毫米。
微型变压器的铁芯用Q10冷轧硅钢带缠绕成圆环状。带宽6毫米，内径6.5毫米，外径14.5毫米。经绝缘后，用φ0.21毫米漆包线在上面密绕250匝作为二次绕组。用φ1.95毫米圆铜线穿过铁芯绕组的中心作为一次绕组。将一次和二次绕组可靠绝缘后用环氧树酯对微型变压器灌封。微型变压器和载流导体采用图2所示的组合方式。
补偿、放大和交直流变换电路的结构、元件参数及其与交流电流变换元件的连接如图6所示。所用运算放大器为LM324四运算放大器，A1作补偿兼交流放大，A2作交流放大兼定标、A3、A4组成交直流变换电路。
R0为交流电流变换元件的线性补偿电阻。可取0.5～5欧姆。线性度要求较高时取较小值，较低时取较大值甚至于不接R0。
R为温度补偿电阻。它是用φ0.1毫米漆包线在经绝缘后的载流导体上绕制而成。用于补偿交流电流变换元件的输出电压随温度的变化。调整R和Rf间的比例关系，可有效地改善甚至消除交流电流变换器输出电压随温度的变化。除R外，其余电阻的温度系数应尽可能小，且各电阻的温度系数应尽量接近。
Ra※为交流输出定标电阻，Rd※为直流输出定标电阻，它们按所要求的变比确定。在此，变换比定为交流输出为300安/5伏，直流输出为300安/10伏。Ra可作为一个便于更换的定标附件以方便应用。
上述电路可根据用途的不同采用多种不同的方式供电。本电路采用图7所示的电路供电。这种供电方式要求交流220伏输入严格按图中标注方式接零线与火线。且输出不能与大地连接。也可将电容C短路后用36伏低压交流电源供电。还可直接用±15伏直流电源对电路供电。
全部电路安装在一块50×60毫米2的印制电路板上。电路板垂直固定在载流导体(1)上并封装在外壳(20)中。外壳(20)由阻燃塑料制成。其一面设有交流220伏接线端子(13)(接零线)和(14)(接火线)，交流输出接线端子(15)兼作定标附件(16)(即Ra)的固紧螺钉，(17)是定标附件(16)的另一固紧螺钉，(18)是交直流输出公共接线端子，(19)是直流正极输出接线端子。交流电流变换器外形结构如图7所示。
图5，电子线路结构参数图;
图6，供电电路图;
图7，交流电流变换器外形结构图。
权利要求
1.一种交流电流变换器，其特征在于由载流导体(1)和微型变压器组成的交流电流变换元件与电子线路以及外壳(20)构成。载流导体(1)与微型变压器可以有不同的组合方式组成交流电流变换元件。
2.如权利要求1所述的交流电流变换器，其特征在于所说的载流导体(1)的中心可以开有一矩形孔(2)，孔两侧有小槽(5)、(6);也可以固定有两个铜板(9)、(10)，铜板上有小孔(11)、(12)。载流导体(1)两端有圆孔(7)、(8)。载流导体(1)用铜板或铜母线冲制而成。
3.如权利要求1所述的交流电流变换器，其特征在于所说的微型变压器由一个承载部分被测电流绕组为一匝的初级(4)和环形铁心绕有N匝二次绕组的铁心线圈(3)组成。
4.如权利要求1、2、3所述的交流电流变换器，其特征在于所说的交流电流变换元件的结构是把用环氧树酯灌封后的微型变压器放在载流导体(1)中心的矩形孔(2)中，其初级(4)焊接在小槽(5)、(6)上。也可以把用环氧树酯灌封后的微型变压器放置于载流导体(1)上的两个铜板(9)、(10)之间，其初级(4)焊接在两铜板上的小孔(11)、(12)中。载流导体(1)两端的圆孔(7)、(8)与被测电路连接。交流电流变换元件的输出端与电子线路输入端相连。
5.如权利要求1、4所述的交流电流变换器，其特征在于所说的电子线路，是由运算放大器构成的补偿、放大以及交直流变换电路，其中包括补偿电阻、输出定标电阻等。
6.如权利要求1、4、5所述的交流电流变换器，其特征在于所说的补偿电阻，其温度补偿电阻可用一段漆包线在载流导体上绕制而成;线性补偿电阻并联在交流电流变换元件中的输出端。
7.如权利要求1、4、5、6所述的交流电流变换器，其特征在于所说的输出定标电阻，作成可方便装拆的定标附件(16)装在外壳(20)上。
8.如权利要求1、4、5、6、7所述的交流电流变换器，其特征在于所说的电子线路可全部安装在一小块电路板上，电路板固定在载流导体(1)的中部，并封装在外壳(20)中。
9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述的交流电流变换器，其特征在于所说的外壳(20)，由阻然塑料做成，外壳的一面有电源输入接线端子(13)、(14)，有交流输出接线端子(15)，直流输出的正极接线端子(19)，交直流输出的公共接线端子(18)。
全文摘要
一种交流电流变换器，是电力系统在控制、保护和测量时使用的交流电流变换器件。本发明由包括载流导体，微型变压器的交流电流变换元件与补偿、交流放大和交直流变换的电路线路组成。与传统的电流互感器比较，具有体积小、重量轻、结构简单、功能强、功耗低、使用安全、方便、节约大量铜线、硅钢或铁镍合金等优点。
文档编号G01R19/00GK1035896SQ8810587
公开日1989年9月27日 申请日期1988年3月19日 优先权日1988年3月19日
发明者王富元 申请人:王富元