电流互感器和电流检测装置制造方法

文档序号:7244685阅读:179来源:国知局
电流互感器和电流检测装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电流互感器(1),包括一磁芯(5)和围绕所述磁芯(5)的至少一个激磁绕组(3),所述磁芯(5)的横截面积的平方根与所述磁芯(5)磁路长度的比值不大于0.02。将磁芯的横截面积Ac降低到一定程度,如果维持激励频率f不变,可以通过增加线圈轧数N或降低激励电压Vext实现降低系统功耗;如果维持线圈轧数N不变,可以提高激励频率f,从而扩大系统的频率检测范围,所以可以扩大电流的检测范围,或是频率检测范围。
【专利说明】电流互感器和电流检测装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电流互感器以及应用该电流互感器的电流检测装置,尤其涉及一种包括一磁芯和围绕所述磁芯的至少一个激磁绕组的电流互感器以及应用该电流互感器的电流检测装置。
【背景技术】
[0002]基于磁调制技术的电流检测技术与传统的交流电流互感器检测方式相比,具有波型适应性强的优点,因而被广泛运用于许多不同的领域。由于该技术需要维持激励,电流的检测范围受到功耗、检测频率等要求的限制。
[0003]目前的电流检测产品主要通过改良互感器磁芯的磁性能以降低检测单位剩余电流所需要的能量。
[0004]如图1所示,专利申请ZA200203953A涉及一种用于检测对地漏电的互感器,该互感器82由以铁为主的,晶粒尺寸小于IOOnm的磁性材料构成,其具有明显的矩形B-H曲线,以及小于3A/m的矫顽力等磁特性。通过对电流互感器铁芯的磁特性进行改进,如该申请所言,可以使磁激过程中的铁损得到有效降低,从而降低系统功耗。
[0005]虽然通过改进铁芯的磁特性可以有效降低铁损,但是铁损并非系统中唯一的主要能量损耗。由于在处理电路84中通过低通滤波器812来滤除磁激的频率,磁激频率必须明显高于被检测电流的频率。激磁电路89输出的电压越高,激磁频率就越高,激磁信号也就越容易被滤除,因此激磁电路89的输出电压必须高于某个值以保证足够的激磁频率。另外为了保证激磁电路的输出能够有足够的动态范围用来响应不同的电流值,激磁电路89的输入电压必须大于某个值,该值与磁调制系统的最大峰值电流检测能力成线性关系。
[0006]综上所述,激磁电路89的输入电压必须足够高,以满足检测电流大小和频率的范围。由于激磁电路89中包含线性驱动器件,升高电压将导致功耗变大。当被检测的电流值较大时,消耗在驱动器件上的能量远大于铁损。改良互感器82的磁特性只能改善被检测电流为零或相对较小时系统的损耗,对于检测大电流时的系统功耗并无太大改善,其检测电流大小和频率范围仍然由于功耗而受到很大的限制。

【发明内容】

[0007]本发明的目的是提供一种可以扩大电流或者频率的检测范围的电流互感器。
[0008]本发明的另外一个目的是提供一种可以扩大电流或者频率的检测范围的电流检测装置。
[0009]本发明提供了一种电流互感器,包括一磁芯和围绕所述磁芯的至少一个激磁绕组,所述磁芯的横截面积的平方根与所述磁芯磁路长度的比值不大于0.02。
[0010]将磁芯的横截面积Ac降低到一定程度,如果维持激励频率f不变,可以通过增加线圈轧数N或降低激励电压Vext实现降低系统功耗;如果维持线圈轧数N不变,可以提高激励频率f,从而扩大系统的频率检测范围,所以可以扩大电流的检测范围,或是频率检测范围。
[0011]在本发明的一个实施例中,所述磁芯由一合金制成,所述合金至少包含镍和铁,其中镍的含量占所述磁芯总重量的30%以上。通过选取这样的磁芯材料可以减小饱和磁感应强度Bm,从而进一步地扩大电流的检测范围,或是频率检测范围。而且,由于上述合金材料柔韧性较好,也有利于制成横截面积比现有常用磁芯更小的磁芯。
[0012]在本发明的一个实施例中,所述互感器还包括一支架,所述支架位于所述磁芯和所述激磁绕组之间,且所述支架具有一容纳空间,所述磁芯位于所述容纳空间内。支架可以用来支撑激磁绕组,同时还可以固定磁芯。
[0013]在本发明的一个实施例中,所述磁芯和所述支架之间还填充有一填充材料,比如树脂、橡胶等材料,防止磁芯在互感器内晃动。
[0014]在本发明的一个实施例中,在所述激磁绕组外还覆盖有一壳体,用以屏蔽外部对互感器的干扰。
[0015]在本发明的一个实施例中,还包括一测试绕组,用于为所述互感器传送一测试信号,从而检测互感器是否可以正常工作。
[0016]在本发明的一个实施例中,所述互感器具有一圆环形结构或者方环形结构,这样结构的互感器较为常见。
[0017]本发明还提供了一种电流检测装置,包括如上任意一项所述的电流互感器,至少一个可承载电流的导体从所述互感器的中间穿过,所述检测装置还包括一激磁与检测电路,所述激磁与检测电路一端与所述激磁绕组连接,另一端则输出所述导体上承载的电流的检测信号。由于采取了上文所述的电流互感器,借助于激磁与检测电路便可以扩大电流的检测范围,或是频率检测范围。
[0018]在本发明的一个实施例中,所述电流互感器还包括一测试绕组,用于提供测试信号,所述检测装置还包括一测试电路,所述测试电路与所述测试绕组相连接,用于测试所述互感器是否正常工作。
[0019]在本发明的一个实施例中,还包括一电源模块,用于为所述激磁与检测电路进行供电,或者为所述测试电路进行供电。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]下文将以明确易懂的方式通过对优选实施例的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明,其中:
[0021]图1是现有技术中的一种电流检测装置;
[0022]图2是本发明所提供的一种电流互感器的示意图;
[0023]图3是图2所示的互感器V-V向截面图;
[0024]图4是本发明提供的一种电流检测装置的示意图。
[0025]标号说明:
[0026]I电流互感器;2导体;3激磁绕组;4测试绕组;5磁芯;6填充材料;7支架;8壳体;10激磁与检测电路;11电源模块;12测试电路;82互感器;84处理电路;89激磁电路;812低通滤波器。【具体实施方式】
[0027]为了对发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解,现对照【专利附图】
附图
【附图说明】本发明的【具体实施方式】,在各图中相同的标号表不相同的部分。
[0028]在磁调制系统中,激励电流Irartlie随着被测电流I Δη增加而增加,他们之间的关系由互感器线圈匝数N决定。如果想要减小激励电流,必须增加匝数N。但是增加匝数N以后,检测的频率范围就会因为激励频率的降低而减小。
[0029]发明人经过分析研究,得到以下结论:更多的匝数N可以降低激励所需要的电流,更小的横截面积Ac和更小的饱和磁感应强度Bm可以维持激励频率高于某个值。尤其是,磁芯横截面积对系统功耗存在至关重要的影响,如果可以将磁芯的横截面积设计的较小,在相同的功耗下,电流大小或频率检测范围便会得到显著扩大。
[0030]一方面,随着诸如剩余电流保护装置(RCD)这样的电流检测装置尺寸的增加,RCD的最大额定剩余动作电流(IDn)也会通常随之增加,而电源能力同样随之增长。通过比较磁芯的横截面积的平方根与磁芯磁路长度的比值,经过大量测试证明,该比值为0.02时,使用合适的线圈匝数,系统功耗电流增量为5mA/A (即被检测电流每增加1A,系统功耗增加5mA),当这个比值比0.02还要小时,损耗则更进一步地降低。
[0031]另外一方面,为了降低饱和磁感应强度Bm,发明人经过大量测试,选取合金材料来制作磁芯,这样的合金材料一般至少包含镍和铁,其中镍的含量占磁芯总重量的30%以上,在本发明的一个实施例里,便选取了镍的含量占磁芯总重量的50%以上的一种合金材料来制作磁芯。
[0032]同时,由于上述合金材料柔韧性较好,也有利于制成横截面积比现有常用磁芯更小的磁芯。
[0033]当饱和磁感应强度Bm和横截面积Ac都比较小的情况下,在相同的功耗下,电流和频率检测范围都可以得到显著扩大。
[0034]图2便是本发明的一种电流互感器的实施例示意图,互感器I采用了圆环形的结构,这样的结构较为常见,当然,还可以采用方环或者其他环形封闭结构来制作互感器。
[0035]在电流互感器I的中心穿过至少一条承载被测电流的导体2,同时,互感器I上还包括至少一个激磁绕组3,当然,也可以进一步地再包括一个测试绕组4,用以测试互感器是否工作正常。
[0036]图3为图2所示的互感器V-V方向上的截面视图,在该实施例中,可以看出,互感器I包括一个磁芯5和围绕磁芯5的一个激磁绕组3。
[0037]互感器I中还包括了一个支架7,支架7具有一个容纳空间,支架7可以用来支撑激磁绕组3,同时,还可以将磁芯5放置在容纳空间内,可以固定磁芯5。
[0038]进一步地,在另一个实施例中,在支架7和磁芯5之间还可以填充一些填充材料6,比如树脂、橡胶等等材料,使得磁芯5不至于在互感器I内晃动。
[0039]再进一步地,在另外一个实施例中,激磁绕组3外还覆盖有一壳体8,如图3所不,在互感器I中还可以包括一个护壳作为壳体8,壳体8可以选用碳钢材料,也可以选用其他可以屏蔽外部干扰的材料。
[0040]图4则展示了一种将电流互感器I应用在一个完整的系统中组成电流检测装置的例子。[0041]在一个电流检测装置的实施例中,如图4所示,至少有一个承载被测电流的导体2从互感器I的中间穿过。互感器I至少有一个激磁绕组3被连接到了激磁与检测电路10,激磁与检测电路10的具体结构可以参见中国专利申请102338822A。激磁与检测电路10通过模拟信号或者数字信号将电流的读数输出到外部的对象。
[0042]在另一个实施例中,在该装置中可以有测试绕组4被连接到一个测试电路12。测试电路12提供测试信号,以便激磁与检测电路10检测互感器I是否可以正常工作。
[0043]在又一个实施例里,该装置还包括一个电源模块11,电源模块11可以从外部输入的电源获得能量,并提供给测试电路12或者激磁与检测电路10工作电压。
[0044]这样的电流检测装置可以是剩余电流保护装置,当然,也可以是其他具备电流检测功能的电气设备。
[0045]可以看出,本发明提供了一种电流互感器和应用该互感器的检测装置,通过横截面积Ac,如果维持激励频率f不变,可以通过增加线圈轧数N或降低激励电压Vext实现降低系统功耗;如果维持线圈轧数N不变,可以提高激励频率f,从而扩大系统的频率检测范围。如果进一步减小饱和磁感应强度Bm,则可以进一步扩大电流的检测范围,或是频率检测范围,二者的平衡可以在应用中通过电路的配置进行调节。
[0046]在本文中,“示意性”表示“充当实例、例子或说明”,不应将在本文中被描述为“示意性”的任何图示、实施方式解释为一种更优选的或更具优点的技术方案。
[0047]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电流互感器(1),包括一磁芯(5)和围绕所述磁芯(5)的至少一个激磁绕组(3),其特征在于,所述磁芯(5)的横截面积的平方根与所述磁芯(5)磁路长度的比值不大于0.02。
2.如权利要求1所述的电流互感器(1),其特征在于,所述磁芯(5)由一合金制成,所述合金至少包含镍和铁,其中镍的含量占所述磁芯(5)总重量的30%以上。
3.如权利要求1所述的电流互感器(1),其特征在于,所述互感器(I)还包括一支架(7 ),所述支架(7 )位于所述磁芯(5 )和所述激磁绕组(3 )之间,且所述支架(7 )具有一容纳空间,所述磁芯(5)位于所述容纳空间内。
4.如权利要求3所述的电流互感器(1),其特征在于,所述磁芯(5)和所述支架(7)之间还填充有一填充材料(6)。
5.如权利要求1所述的电流互感器(1),其特征在于,在所述激磁绕组(3)外还覆盖有一壳体(8)。
6.如权利要求1所述的电流互感器(1),其特征在于,还包括一测试绕组(4),用于为所述互感器(I)传送一测试信号。
7.如权利要求1所述的电流互感器(I),其特征在于,所述互感器(I)具有一圆环形结构或者方环形结构。
8.一种电流检测装置,其特征在于,包括如权利要求1至7中任意一项所述的电流互感器(1),至少一个可承载电流的导体(2)从所述互感器(I)的中间穿过,所述检测装置还包括一激磁与检测电路(10),所述激磁与检测电路(10)—端与所述激磁绕组(3)连接,另一端则输出所述导体(2)上承载的电流的检测信号。
9.如权利要求8所述的检测装置,其特征在于,所述电流互感器(I)还包括一测试绕组(4),用于提供测试信号,所述检测装置还包括一测试电路(12),所述测试电路(12)与所述测试绕组(4)相连接,用于测试所述互感器(I)是否正常工作。
10.如权利要求8所述的检测装置,其特征在于,还包括一电源模块(11),用于为所述激磁与检测电路(10 )进行供电。
11.如权利要求9所述的检测装置,其特征在于,还包括一电源模块(11),用于为所述测试电路(12)进行供电。
【文档编号】H01F27/26GK103632826SQ201210303118
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月23日 优先权日:2012年8月23日
【发明者】包章尧, 卢向东, 吴笛 申请人:西门子公司
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