专利名称：调频电动机保护用电流互感器及电流变量器的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统技术领域，更具体地涉及继电保护、调频电动机电流互感器、 电流变量器的设计。
背景技术：
拖动大型给水泵、引风机等设备的普通电动机，由于不能调速，需要安装水门、风 门等机械设备，实质上是用消耗能量大小的方法控制流量。普通大型电动机在电源开关柜和电动机的尾端各装设一组电流互感器，构成“环 流式纵差保护”。拖动大型给水泵、引风机的调频电动机，自动用改变工作频率的方法，调节负载的 输出，不需要用消耗能量大小的方法控制流量。大型异步电动机进行调频后可以节能30%左右，启动过程中频率由0逐渐上升到 需要的工作频率，不存在普通异步电动机自启动电流达到额定电流8倍左右的问题。调频电动机的调频设备出现异常时，可以将调频设备跨接，直接接入50hz工频系 统中运行。因此调频电动机具有“调频”和“工频”两种运行方式。调频电动机在“调频”方式下运行时，原纵差保护首、尾两端电流互感器中电流频 率不同，因此原纵差保护必须停用。目前所有调频改造后的大型异步电动机，调频设备的输出端至电动机尾端的回路 中工作频率相同，只要在调频设备的输出端与电动机尾端各装设一组电流互感器，就可以 构成调频电动机纵差保护。到目前为止除了四方公司试运行产品外，其它大型调频电动机 均没有装设纵差保护。其原因是对于常规电流互感器，是否可以在调频电动机系统中使用 的问题没有答案。常规大型异步电动机系统中纵差保护使用最多的是，额定二次电流5A、40VA10P20 电流互感器参数如下1、在工频下运行的参数额定二次回路负载1.20，二次绕组电阻0.40，额定二 次回路总负载1. 6 Ω ；出现10%误差时二次绕组的电感量为0. 051Η ；二次绕组的极限感应 电动势为80V。2、额定二次电流5A、40VA10P20电流互感器在调频电动机系统中工作状态分析调频电动机纵差保护安装在调频设备附近，与电动机的距离不超过100m，电流二 次回路每芯电缆的电阻可以按照0.5Ω计算，二次回路总电阻按照0.9Ω计算；当二次绕组电感量L为0.051H时二次绕组励磁阻抗Z^按照(3)式计算，调频电 动机电流互感器的百分比误差△按照(4)式估算，各频率下的误差如表1所示Zlc = 2 π fL = 2 π X0. 051f = 0. 32f(3)Δ = 100R/Zlc = 100X0. 9/0. 32f = 218. 25/f (4)表15A、40VA10P20电流互感器各频率下的误差表
权利要求
一种调频电动机保护用电流互感器，其在调频电动机频率变动范围内正常运行，包括铁芯、缠绕在同一个铁芯上的一次绕组、第一二次绕组和第二二次绕组；其特征在于所述铁芯为使用超微晶材料制成超微晶铁芯；所述调频电动机保护用电流互感器的二次侧额定电流为1A，缠绕在同一个铁芯上的所述第一二次绕组和第二二次绕组，其中每个二次绕组的电阻值控制在0.5Ω之内，第一二次绕组和第二二次可以串联也可以并联。
2.根据权利要求1所述的电流互感器，所述铁芯有效截面积优选为Syx，其单位为cm2， 通过⑴式计算，⑴式中2252.225/, JN22Bti其中，Ilmax —次绕组最大工作电流，单位A，在工频状态运行时，取额定一次电流的10 倍，在调频状态下运行时取额定电流的2倍；R 二次回路总电阻，单位Ω ；f:工作频率，单位赫兹；N2 二次绕组匝数；Bfflax 最大磁感应强度，单位特斯拉，超微晶铁心的Bmax = 1. 25特斯拉，为了确保电流互 感器工作在B-H曲线的线性部分，计算时取为1特斯拉。
3.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于在同一个铁芯上绕制的所述一次 绕组为1匝或者2匝，所述第一二次绕组和第二二次绕组优选分别使用2. 0漆包线绕制300 匝；所述两个二次绕组可以串联使用也可以并联使用，通过所述一次绕组、与所述两个二次 绕组串联或并联组合之间的配合，电流互感器的变比在600A/1A、300A/1A和150A/1A三种 变比之间变换；当使用600A/1A、300A/1A两种变比时，一次绕组取1匝；当使用150A/1A变比时，一次绕组取2匝。
4.根据权利要求3所述的电流互感器，其特征在于所述电流互感器的变比为600A/1A 时，第一二次绕组和第二二次绕组电阻值的和控制在0. 5 Ω、二次回路总电阻控制在1 Ω之 内；所述电流互感器的变比为300Α/1Α时，第一二次绕组与第二二次绕组电阻值的和控制 在0. 25 Ω、二次回路总电阻控制在0.75 Ω之内。
5.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于所述超微晶铁心优选采用 0D170/120-40超微晶材料制成，其初始导磁率达到40特斯拉。
6.根据权利要求1所述的电流互感器，其特征在于安装于调频电动机首端的电流互 感器采用穿心式结构；安装于调频电动机尾端电流互感器采用母排式结构，并设置了 B相 支持结构件。
7.一种调频电动机电流变量器，其在调频电动机频率变动范围内能够正常运行，包括 铁芯、一次绕组、二次绕组；其特征在于所述电流变量器每伏匝数Ntl利用(2)式计算，调频电动机电流变量器的频率按照2赫 兹计算，电流变量器每伏匝数Ntl，单位匝/V，(2)式中
8.根据权利要求7所述的电流变量器，其特征在于所述使用0D30/14-30超微晶铁心 制成。
9.根据权利要求8所述的电流变量器，其特征在于所述一次绕组为4匝，使用1.2漆 包线绕制；所述二次绕组为4532匝，使用0. 08漆包线绕制。
10.根据权利要求9所述的电流变量器，其特征在于与所述二次绕组并联连接电流电 压转换电阻R，取为400 Ω。
全文摘要
本发明公开了一种调频电动机电流互感器和电流变量器，其在调频电动机工作频率调节范围内能够正常运行。对大型异步电动机进行调频改造，是一项重大的节能措施。调频改造后，由于没有适合于在调频系统中使用的电流互感器和电流变量器，使得调频电动机的纵差保护不能投入使用。本发明将电磁性能优异的超微晶铁芯，用于保护用电流互感器和电流变量器中，推导出保护用电流互感器和电流变量器铁心有效截面积的计算公式，解决了上述技术难题。
文档编号H01F27/28GK101996763SQ20101051282
公开日2011年3月30日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者屠黎明, 袁伯诚, 赵玉才 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;北京四方继保工程技术有限公司