CN103337355A

CN103337355A - 一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器

Info

Publication number: CN103337355A
Application number: CN2013102970402A
Authority: CN
Inventors: 冯长泳; 王彦硕; 王力崇; 胡文亭; 和鹏; 陈双平; 王少华; 耿赛; 强寅成
Original assignee: Hebei Shenke Electronics Co Ltd
Current assignee: Hebei Shenke Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-07-09
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2013-10-02

Abstract

一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，包括机壳，还包括设置在机壳内的第一环形铁芯、第二环形铁芯、一次绕组、二次绕组、附加绕组和接在附加绕组两端的补偿电阻，N₂：N₂′：N₃＝1：(1/3～1)：(1/3～1)，补偿电阻满足公式

技术效果是利用材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢的机壳可以有效防止利用强磁场进行窃电情况的发生，通过磁分路补偿和电势补偿相结合，即可达到0.02、0.01、0.005级的误差要求，提高了测量精度，减小了铁芯的体积，节约了生产成本。利用塑料绝缘层可以很好地起到加强绝缘和耐潮湿的作用。

Description

一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器

技术领域

本发明属于电流测量技术领域，涉及到一种电流互感器，特别是一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器。

背景技术

在电测领域用到的普通电流互感器，通常都是用单个铁芯，在其上绕制相当多的漆包线，以达到所要求的电流和测量精度，尤其是仪表用微型电流互感器，因其体积很小，单个铁芯所能做到的最高测量精度等级目前是0.05级。比如0.05级1.5(6)A/5mA的电流互感器，用16/21×10的铁芯，性能要求10mA≥0.45mV，二次绕组2400匝，一次绕组8匝，才能达到JJG313-2010对0.05级的要求，这种铁芯在生产时非常困难，成本很高。由于单个铁芯的电流互感器对铁芯要求非常高，而要做出性能很高的铁芯，就需要增加铁芯的尺寸，故所用的铁芯体积较大，而客户往往要求体积要小，并且产品趋势是越来越小。另外，由于用单个铁芯的电流互感器所要求的性能很高，合格率很低，所以生产时非常困难，生产成本很高，不能大量生产。

为了提高电流互感器的精度，满足实际需要，国内外学者提出了很多带补偿和不带补偿的方案，有些已经在实际中有所应用，因为电流互感器应用非常广泛，所以不同的领域对其要求的侧重点不同，但是所有领域都会对其测量精度有特殊的要求，所以提高互感器的测量精度等级是十分重要的。

目前普遍应用的有双极互感器、电子式补偿互感器等等，但是双极互感器对两个磁芯有特殊的要求，需要两个磁芯匹配好，这就需要非常清楚两个磁芯的工作状态，以及工作状态下的磁导率、磁通密度等具体参数，以便准确地进行补偿；而电子式补偿互感器需要后续接比较复杂的电子处理电路，对客户来说很不方便。另外，现有的电流互感器不能防止利用强磁场进行窃电情况的发生，影响了测量精度。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的电流互感器测量精度太低、体积太大、生产成本太高、不具有防窃电功能的技术问题，为了解决这个问题，我们设计了一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，使用方便，利用材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢的机壳可以有效防止利用强磁场进行窃电情况的发生，通过磁分路补偿和电势补偿相结合，即可达到0.02、0.01、0.005级的误差等级，大大提高了测量精度，减小了铁芯的体积，节约了生产成本。

本发明所采用的具体技术方案是：一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，包括机壳，关键是：所述的电流互感器还包括设置在机壳内的第一环形铁芯、第二环形铁芯、一次绕组、二次绕组、附加绕组和接在附加绕组两端的补偿电阻，一次绕组分别依次穿绕第一环形铁芯、第二环形铁芯各N₁匝，或同时穿绕第一环形铁芯、第二环形铁芯共N₁匝，二次绕组包括依次穿绕第一环形铁芯、第二环形铁芯的第一二次绕组和第二二次绕组，第一二次绕组和第二二次绕组的线圈匝数分别为N₂和N₂′，附加绕组穿绕第二环形铁芯的线圈匝数为N₃，N₂∶N₂′∶N₃＝1∶(1/3～1)∶(1/3～1)，补偿电阻满足公式

R_{f} = \frac{{N_{3}}^{2}}{(N_{2} - {N_{2}}^{'}) \times {N_{2}}^{'}} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'}) - r_{3},

其中R_b为接在二次绕组两端的采样电阻，r₂为第一二次绕组部分的内阻，r₂′为第二二次绕组部分的内阻，r₃为附加绕组部分的内阻，机壳的材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢。

本发明的有益效果是：采用磁分路电势补偿方式的电流互感器属于一种特殊的双极互感器，利用电势补偿方式，将各种复杂的磁学参数，转化为简单的电学参数，对设计和使用都非常方便，通过磁分路补偿和电势补偿相结合，即可达到0.02、0.01、0.005级的误差要求，因此对第一环形铁芯和第二环形铁芯要求不高，达到同样的测量精度时，第一环形铁芯和第二环形铁芯的体积较小，节约了生产成本，如两个14/20×5的铁芯，要比一个16/21×10的铁芯稍微小些，并且绕的漆包线匝数要少很多，为原来的1/2，或者匝数更少也能达到。利用材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢的机壳可以有效防止利用强磁场进行窃电情况的发生，提高了测量精度。机壳内部设置的塑料绝缘层，很好地起到了加强绝缘和耐潮湿的作用。采用微型电位器或定值电阻作为补偿电阻，可根据实际需要灵活调节至所需的测量精度。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

附图中，T₁代表第一环形铁芯，T₂代表第二环形铁芯，R_f代表补偿电阻，A1代表一次绕组，A2代表第一二次绕组，A2′代表第二二次绕组，A3代表附加绕组。

具体实施方式

一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，包括机壳，关键是：所述的电流互感器还包括设置在机壳内的第一环形铁芯T₁、第二环形铁芯T₂、一次绕组A1、二次绕组、附加绕组A3和接在附加绕组A3两端的补偿电阻R_f，一次绕组A1分别依次穿绕第一环形铁芯T₁、第二环形铁芯T₂各N₁匝，或同时穿绕第一环形铁芯T₁、第二环形铁芯T₂共N₁匝，二次绕组包括依次穿绕第一环形铁芯T₁、第二环形铁芯T₂的第一二次绕组A2和第二二次绕组A2′，第一二次绕组A2和第二二次绕组A2′的线圈匝数分别为N₂和N₂′，附加绕组A3穿绕第二环形铁芯T₂的线圈匝数为N₃，N₂∶N₂′∶N₃＝1∶(1/3～1)∶(1/3～1)，补偿电阻R_f满足公式

R_{f} = \frac{{N_{3}}^{2}}{(N_{2} - {N_{2}}^{'}) \times {N_{2}}^{'}} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'}) - r_{3},

其中R_b为接在二次绕组两端的采样电阻，r₂为第一二次绕组A2部分的内阻，r₂′为第二二次绕组A2′部分的内阻，r₃为附加绕组A3部分的内阻，机壳的材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢。

所述的机壳内部设置有塑料绝缘层。

所述的补偿电阻R_f为微型电位器或定值电阻。

本发明的工作原理如下：

(1)磁平衡方程式：

对第一环形铁芯T₁有：I₁N₁+I₂N₂＝I₀₁N₁，I₀₁为第一环形铁芯T₁的励磁电流；

对第二环形铁芯T₂有：I₁N₁+I₂N₂+I₃N₃＝I₀₂N₁，I₀₂为第二环形铁芯T₂的励磁电流；

使用时，I₀₁，I₀₂均近似为零，由上两式我们得到：

N₂/N₁＝I₁/I₂

I_{3} = \frac{I_{1} N_{1}}{N_{3}} (\frac{N_{2} - {N_{2}}^{'}}{N_{2}})

----------------①式

从而我们通过①式来确定附加绕组A3过多大电流，即可以用相应横截面积的导线进行绕制。

(2)R_b回路的电动势平衡方程式，

E₂+E₂′＝I₂(R_b+r₂+r₂′)-------------------②式

(3)R_f回路的电动势平衡方程式，

E₃＝I₃(R_f+r₃)---------------------------③式

又因为N₃与N₂′在第二环形铁芯T₂上构成一个小型变压器，有如下关系：

{E_{2}}^{'} = E_{3} = \frac{{N_{2}}^{'}}{N_{3}}

------------------------------④式

将③式、④式代入②式，可得到，

E_{2} + I_{3} (R_{f} + r_{3}) \frac{{N_{2}}^{'}}{N_{3}} = I_{2} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'})

调节R_f，使

I_{3} (R_{f} + r_{3}) \frac{{N_{2}}^{'}}{N_{3}} = I_{2} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'})

-----------------⑤式

此时，E₂＝0，即第一环形铁芯T₁内部无励磁电流，达到零磁通的目的。

将①式代入上面关系式，有

R_{f} = \frac{{N_{3}}^{2}}{(N_{2} - {N_{2}}^{'}) \times {N_{2}}^{'}} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'}) - r_{3}

--------------⑥式

其中，R_b为机壳外接在二次绕组引出线两端的采样电阻；r₂为第一二次绕组A2部分的内阻，r₂′为第二二次绕组A2′部分的内阻，r₃为附加绕组A3部分的内阻。

当N₂′＝N₃＝N₂/2时，有R_f＝R_b+r₂+r₂′-r₃，当然，N₂′、N₃不能小于N₂/3，否则第二环形铁芯T₂容易饱和；N₂′、N₃不能大于N₂，否则加工工艺难度较大，操作性复杂且对第一环形铁芯T₁的补偿量会降低。

当各个绕组线径一致时，有R_f＝R_b+r₂。

在实际生产时，由于多种因素的影响，各个内阻往往会稍微有点差异，所以补偿电阻R_f可以用一个小型电位器来进行微调，或者用一个稍微小于R_b+r₂的定值电阻。实际测量时，只要调整补偿电阻R_f使附加绕组A3通过第二环形铁芯T₂耦合到第二二次绕组A2′部分的感应电势正好能达到第二二次绕组A2′部分所需要的电势，那么电流互感器的误差近似为零，即可达到0.05级及以上的精度要求。

Claims

1.一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，包括机壳，其特征在于：所述的电流互感器还包括设置在机壳内的第一环形铁芯(T₁)、第二环形铁芯(T₂)、一次绕组(A1)、二次绕组、附加绕组(A3)和接在附加绕组(A3)两端的补偿电阻(R_f)，一次绕组(A1)分别依次穿绕第一环形铁芯(T₁)、第二环形铁芯(T₂)各N₁匝，或同时穿绕第一环形铁芯(T₁)、第二环形铁芯(T₂)共N₁匝，二次绕组包括依次穿绕第一环形铁芯(T₁)、第二环形铁芯(T₂)的第一二次绕组(A2)和第二二次绕组(A2′)，第一二次绕组(A2)和第二二次绕组(A2′)的线圈匝数分别为N₂和N₂′，附加绕组(A3)穿绕第二环形铁芯(T₂)的线圈匝数为N₃，N₂∶N₂′∶N₃＝1∶(1/3～1)∶(1/3～1)，补偿电阻(R_f)满足公式

R_{f} = \frac{{N_{3}}^{2}}{(N_{2} - {N_{2}}^{'}) \times {N_{2}}^{'}} (R_{b} + r_{2} + {r_{2}}^{'}) - r_{3},

其中R_b为接在二次绕组两端的采样电阻，r₂为第一二次绕组(A2)部分的内阻，r₂′为第二二次绕组(A2′)部分的内阻，r₃为附加绕组(A3)部分的内阻，机壳的材质为冷轧钢板、或电工纯铁、或坡莫合金、或硅钢。

2.根据权利要求1所述的一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，其特征在于：所述的机壳内部设置有塑料绝缘层。

3.根据权利要求1所述的一种可防强磁场窃电的零磁通电流互感器，其特征在于：所述的补偿电阻(R_f)为微型电位器或定值电阻。