CN201975250U - 电子式保护用供电电流互感器 - Google Patents

Abstract

电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的两个铁芯磁路，第一铁芯磁路是由U字形铁芯和一字形铁芯相互连接构成的封闭环路，一次导体从该封闭环内穿过，供电二次线圈套装在一字形铁芯上，开口形的第二铁芯磁路与第一铁芯磁路的一字形铁芯平行设置，并且第二铁芯磁路的开口端与第一铁芯磁路之间通过空气隙耦合。一字形铁芯的横截面的面积小于U字形铁芯的横截面的面积，以使一字形铁芯能比U字形铁芯提前进入磁饱和。U字形铁芯的中心长度是一字形铁芯的中心线长度的1.5倍至4倍。本实用新型的电流互感器不仅在一次电流远低于额定电流In的情况下即能正常启动工作，并且在一次电流超过额定电流In时也能达到抑制平缓二次线圈输出电流较快增长的目的。

Description

电子式保护用供电电流互感器

技术领域

本实用新型涉及一种为电子式控制器供电用电流互感器，特别是给低压断路器的电子脱扣器(ETU)供电用的电流互感器。

背景技术

低压断路器的电子式控制装置如电子脱扣器需要电力供应，一般是利用断路器自身所带的电流互感器从一次主回路汲取能量，电能来自于流过一次穿芯导体的电流，电流互感器二次线圈中的感应电流供应给电子脱扣器工作。

当前，低压断路器用电子式控制器功能越来越强大，致使电子式控制器自身消耗功率也越来越大。而与此同时，随着保护功能的完善，却要求电子式控制器的保护启动点越来越低。根据2009年10月1日实施的我国国家标准GB/T22710-2008《低压断路器用电子式控制器》的要求，在无辅助电源的情况下，主电路所有相电流不小于0.4In(In为额定电流)时，控制器应能可靠工作，且必须能实现基本保护功能。而美国国家标准《ANSI Std C37.17-1997》则要求，控制器必须能在无外接辅助电源的情况下完成过载和接地故障保护功能。就接地保护功能而言，保护电流整定值为0.2In～1In，即要求一次主电路三相电流最小整定到0.2In或单相0.4In时，控制器供电用互感器的二次输出足够大到能使得控制器可靠工作，且必须能实现接地保护功能。因此，电子式控制器用供电电流互感器的设计必须满足控制器的上述操作条件。也就是说，一方面，一次电流越小控制器所能保护的范围越宽，另一方面，当一次电流如上所述足够小的情况下，又要求互感器能输出足够大的二次电流。

同时，我们知道，供电用电流互感器一般为带铁芯的电流互感器。在一定范围内，铁芯互感器的输入和输出基本是成线性的，其二次电流是随一次电流的变化而变化的。当一次电流达到其正常启动电流后，电流互感器此时所感生的能量足以维持控制器的可靠工作，即控制器的功耗是一定的，而当一次电流再增大时，给电子式控制器供电的电流互感器所感应产生的能量将远远超过电子式控制器正常工作所需的能量，需要将多余的能量通过其他方式予以消耗掉，这势必需增加额外的耗能装置。因此，在电流互感器的二次输出满足控制器工作所需后，如何在一个从常态到非常态的非常宽的一次电流范围内获得一个尽可能稳定而非不断增长的二次电流输出，是这类电流互感器(通常称之为自生电源)面临的另一大矛盾。长期以来，人们尚未找到一个理想的方案来同时满意地解决以上两方面的矛盾。其难处不仅涉及到结构方案问题，而且还涉及到结构参数的优化匹配问题。

人们应用电磁学原理已经设计出了一些电流互感器磁分路结构设计方案，这些主磁路+分磁路+气隙方案归纳起来大概有以下两种。一种方案如美国专利US5726846A和中国专利CN200110176191，其中主磁路和分磁路不是两个独立的磁路，气隙设置在分磁路中，中国专利CN20010176191与美国专利US5726846A之间的区别是，前者的气隙厚度可变，而后者的气隙厚度固定。另一种方案如中国专利CN1637968.B，其中第一磁路和第二磁路是两个独立的各自成封闭环形的独立磁路，第一磁路与第二磁路操作连接，使得第二磁路在第一磁路主磁通量通过次级线圈的所述的芯之前吸收一定比例的主磁通量。上述现有技术存在的共同缺陷是不能同时满足两个使用要求：一是一次电流在0.2In的足够小的情况下必需满足控制器正常启动工作的要求；二是一次电流在大于1In的足够大(特别是在一次电流为过载电流或短路电流)的情况下，二次电流仍能保持稳定输出，且能保证控制器的正常工作。在上述现有技术中，可变气隙的方案虽然从原理上看似乎对解决上述问题有益，但由于参数匹配和可变气隙的变化精度、响应速度等多种因素，使该设计尚停留在理想化但不能达到理想效果的不实用状态，而且反而导致结构复杂、装配调试困难等新的问题发生。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术顾此失彼的缺陷，提供一种电子式控制器用的供电电流互感器，它既能在主电路一次电流增大超过额定电流1.0In时保持二次电流稳定输出，又能在一次电流出现过载、短路电流时，铁芯的温升低，从而提高了产品的使用寿命和安全可靠性。

本实用新型的另一个目的是提供一种电子式控制器用的供电电流互感器，它在主电路一次电流不小于0.2In时，所输出的二次电流能满足电子式控制器正常工作的要求。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案。

一种电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41，第一铁芯磁路11是由U字形铁芯12和一字形铁芯13相互连接在一起构成的一个封闭环路，并且一次穿芯导体21从第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，供电二次线圈31套装在第一铁芯磁路11的一字形铁芯13上，第二铁芯磁路41为开口形，第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11的一字形铁芯13平行设置，并且第二铁芯磁路41的开口端与第一铁芯磁路11之间通过空气隙71，72耦合。所述的一字形铁芯13的横截面的面积小于所述的U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13能比U字形铁芯12提前进入磁饱和。

根据本实用新型的优选的实施方案，所述的U字形铁芯12的横截面的面积是一字形铁芯13的横截面的面积的1.2倍至3倍。所述的U字形铁芯12的中心长度是一字形铁芯13的中心线长度的1.5倍至4倍，最好所述的第一铁芯磁路11的U字形铁芯12和一字形铁芯13与其环绕的一次穿芯导体21之间的间隔为2～3mm，以使第一铁芯磁路11与其环绕的一次导体21之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的磁路长度最短。所述的一字形铁芯13刚进入磁饱和时对应的一次电流I₁是一次主电路额定电流In的0.8倍至1.2倍。所述的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11共面设置，以使第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41之间流动的磁通保持原来的方向。并且，第二铁芯磁路41的铁芯的横截面的面积等于第一铁芯磁路11的U字形铁芯12的横截面的面积。

所述的第二铁芯磁路41的开口端与第一铁芯磁路11之间的两个空气隙71，72是固定的空气隙，它们分别位于一字形铁芯13与U字形铁芯12的两个相交处，且位于所述的供电二次线圈31的两侧。所述的两个固定空气隙71，72的厚度为0.1mm至2mm。所述的2个固定空气隙71，72厚度相等，其中分别填有固体的非铁磁物质。

根据本实用新型提供的又一种电子式控制器用供电电流互感器，包括第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41，第一铁芯磁路11是由U字形铁芯12和一字形铁芯13相互连接在一起构成的一个封闭环路，一次穿芯导体21从该封闭环内穿过，供电二次线圈31套装在所述一字形铁芯13上，第二铁芯磁路41为开口形，它与所述一字形铁芯13平行设置，并且第二铁芯磁路41的开口端与第一铁芯磁路11之间通过空气隙71耦合。所述的一字形铁芯13的横截面的面积小于所述的U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13能比U字形铁芯12提前进入磁饱和。所述的U字形铁芯12的中心长度是一字形铁芯13的中心线长度的1.5倍至4倍，以使第一铁芯磁路11与其环绕的一次导体21之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的磁路长度最短。所述的第二铁芯磁路41的开口端并联连接在位于供电二次线圈31一侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处，第二铁芯磁路41的另一端通过一个固定空气隙71耦合在位于供电二次线圈31另一侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处。

本实用新型的供电用电流互感器根据一次电流大小设计，当穿过互感器的一次电流增大后，通过第二磁路分流部分主磁通，从而达到平缓供电二次线圈电流输出曲线的目的。而且，由于本实用新型的主磁路结构设计使主磁路长度远远短于现有技术，磁路越短，磁阻越小，在初级电流不大的情况下，本实用新型能在一次电流较小时，获得较大的供电二次线圈电流输出，满足电子式控制器的正常工作。本实用新型按所建1600A互感器模型已通过电磁场仿真验证其原理，仿真结果表明：在一次电流足够小的情况下，本实用新型模型输出的二次电流可以使电子脱扣器获得比现有技术宽得多的保护范围，在无辅助电源的情况下，一次主电路所有相电流不小于0.4In时或三相电流不小于0.2In即320A时，二次供电线圈输出100mA，已远达到电子式控制器的启动工作点。而且，当一次电流达到5In即8000A左右时，二次供电线圈输出500mA，限制二次供电线圈输出效果明显。证明了本实用新型装置具有更佳的供电输出能力，提高了电流互感器供电输出的整体性能，保证电子式控制器正常工作而无须额外增加耗能装置。

附图说明

图1是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例的结构示意图。

图2至图4是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例工作原理示意图。

图5是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器的第二实施例的结构示意图。

图6是本实用新型的电流互感器采用不等截面与等截面对比实验效果曲线图，位于上面的曲线代表具有等截面第一铁芯磁路的电流互感器的效果。下面的曲线是在一字形铁芯13的横截面的面积略小于U字形铁芯12的横截面的面积的条件下作出的，代表本实用新型不等截面第一铁芯磁路的效果。

具体实施方式

图1是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例。如图1所示，本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器包括一个封闭环形的独立的第一铁芯磁路11、一个U形的独立的第二铁芯磁路41、一个绕在第一铁芯磁路11上的供电二次线圈31。在图1所示的实施例中，标号12为冲制好的“U”形铁芯，13为“一”字铁芯，第一铁芯磁路11由U字形铁芯12和一字形铁芯13连接组成，通过连接使得U字形铁芯12和一字形铁芯13成为一体。本实用新型的供电电流互感器由塑料外壳固定、封装，外壳上开有用于一次穿芯导体21穿过的通槽，并且该通槽与所穿过的一次穿芯导体21紧密配合，第一铁芯磁路11套在一次穿芯导体21外，允许一次穿芯导体21从环绕它的第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，一次穿芯导体21构成第一铁芯磁路11的一次线圈。供电二次线圈31由绕于线圈骨架32上的漆泡线包33构成，它套装在第一铁芯磁路11的一字形铁芯13部分上，这种套装是在一字形铁芯13与U字形铁芯12连接前完成的。先分别将“U”字形、“一”字冲片叠片铆紧或焊接牢固后，装配好线圈31，再将两者拼装成围绕一次穿芯导体21的闭合形状，接缝处焊接牢固，形成独立的第一铁芯磁路11，用塑料外壳定位和封装互感器。

如图1-4所示，第二铁芯磁路41为一冲制好的短“U”形铁芯，具有与第一铁芯磁路不同的磁导率，所述的第二铁芯磁路41位于第一铁芯磁路11的“一”字硅钢一侧，它靠近第一铁芯磁路11上装有供电二次线圈31的一侧，其开口的两端位于所述供电二次线圈31的两侧，并且呈U字形的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11之间保持有两个间隙，这两个固定空气隙71，72分别位于所述的供电二次线圈31的两侧，更确切地说，两个固定空气隙71，72分别位于所述的第一铁芯磁路11的一字形铁芯13与U字形铁芯12的两个相交处，第二铁芯磁路41的两端通过两个固定空气隙71，72与第一铁芯磁路11这样耦合，使得由一次穿芯导体21内流过的一次电流导致U字形铁芯12内的主磁通按照图2至图4所示的原理流动。当流过一次导体21的电流为低数值时，磁通主要经过绕有二次供电绕组的第一铁芯磁路。在高电流时，磁感应增强，磁通的大部分经过所述的两个气隙通过由第二铁芯磁路构成的分磁路。本实用新型的电流互感器通过非线性电流特性曲线限制了剩余功率提供到控制器电子电路和消耗在互感器上。

上面所说的耦合，是指第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41之间互不接触，或者说它们之间通过固定空气隙71，72隔着，为了按需限制二次供电线圈31的输出，它们之间存在有条件的气隙磁路的变化关系。具体说，在主磁通较小的情况下，从第一铁芯磁路11流到第二铁芯磁路41中的磁通极小，小到完全可以忽略不计的程度，只有在主磁通较大时，才会有部分主磁通明显地从第一铁芯磁路11流入第二铁芯磁路41所形成的磁并联路径。本实用新型的第一铁芯磁路11的一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13内的磁通密度高于U字形铁芯12内的磁通密度，从而使得在主磁通达到一定值时，一字形铁芯13比U字形铁芯12提前进入磁饱和。由电磁学理论可得：U字形铁芯12内流动的主磁通与一次穿芯导体21内流过的一次电流有关，而供电二次线圈31输出的二次电流与一字形铁芯13内流过的磁通有关。在一字形铁芯13和U字形铁芯12都处于非磁饱和阶段时，一次电流与二次电流之比值是定值；而在一字形铁芯13处于磁饱和状态且U字形铁芯未处于磁饱和状态的阶段，则一次电流与二次电流之比值不是定值，具体说，一次电流的增大不会导致已处于磁饱和的一字形铁芯13的磁通增加，从而不会使供电二次线圈31内感应到的二次电流随之加大。因此，一字形铁芯13横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的设计，导致了一字形铁芯13比U字形铁芯12先进入磁饱和，而一字形铁芯13进入磁饱和后的磁通不再受一次电流的增大而增大，亦即使得二次电流不再受一次电流的增大而增大，从而使得二次电流保持稳定。由于固定空气隙71，72的磁导率很小，而第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41的磁导率很大，所以在主磁通不超过设定值时，第一铁芯磁路11内的主磁通不会大量地越过固定空隙71，72而进入第二铁芯磁路41，而这个设定值取决于固定空气隙71，72的厚度。根据产品的不同要求，调整固定空气隙(71，72)的厚度，便可获得理想的设定值。本实用新型的固定空气隙71，72的技术特征和一字形铁芯13的横截面的截面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的技术特点的组合，使得本实用新型的电流互感器具有以下三级稳定二次电流的效果：第二铁芯磁路41分流磁通、一字形铁芯13磁饱和平抑二次电流、U字形铁芯12磁饱和平抑主磁通。而现有技术的电流互感器最多只有以下两级稳定二次电流的效果：第二磁路(或分磁路)分流主磁通、第一磁路(或主磁路)饱和平抑主磁通。由于本实用新型的具有三级稳定二次电流的功能，所以可产生以下显著效果：降低启动电流值，即在较小的一次电流(如0.2In)的情况下，二次电流的输出就能满足控制器可靠工作的要求；在较宽的正常的一次电流范围(如0.2In～In)内都能获得二次电流的理想稳定输出；在一次电流超过额定电流的情况下，能维持控制器正常工作，并保证互感器、控制器不被损坏。将本实用新型的上述技术特征所产生的三级稳定二次电流的功能，与现有技术的二级稳定二次电流的功能相比，其主要区别在于以下两点：本实用新型的互感器第一铁芯磁路的设计，保证了当一次回路电流较小(如0.2In)时获得能满足控制器可靠工作要求的较大的二次供电线圈输出，而现有技术不能；本实用新型的互感器能在较宽的正常的一次电流范围(如0.2In～1In)内都能获得二次电流的理想的稳定输出，而现有技术不能，只能在较窄的正常的一次电流范围(如0.4In～1In)内才能保证二次电流的理想的稳定输出。

从上描述可见，图1所述的实施例一的2个固定空气隙71，72分别位于一字铁芯13与U字形铁芯12的相交处，这是一个优选的方案，其优点是，U字形铁芯12的主磁通可直接分流到第二铁芯磁路41，这个分流不经过一字形铁芯13，所以它所分流的磁通量不会受一字形铁芯13的磁饱和限制，相反，在一字形铁芯13越趋于磁饱和状态，则第二铁芯磁路41所分流的磁通越多。当然，如果固定空气隙71，72设置在远离所述的相交处，不管它们设置在一字形铁芯13一侧或U字形铁芯12一侧，都会影响第二铁芯磁路41分流磁通的效果。

图5是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器第二实施例的结构示意图，展示了一种第一实施方式的主磁路和分磁路的变换方式。如图5和图1所示，第二实施例与第一实施例之间的区别在于，本实施例取消了一个固定空气隙，只包括一个固定空气隙71，而且主磁路和分磁路的一端是连续的，铁芯硅钢冲片方式也因此不同。如图5所示，本实用新型的一种电子控制器用供电流互感器包括一个由U字形铁芯12和一个一字形铁芯13连接组成的封闭环形的第一铁芯磁路11、一个U形的第二铁芯磁路41、一个供电二次线圈31，一次穿芯导体21从第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，供电二次线圈31套装在一字形铁芯13上。所述的一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13能比U字形铁芯12提前进入磁饱和。第二铁芯磁路41的一端并联连接在供电二次线圈31一侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处，第二铁芯磁路41的另一端是开口端，它通过1个固定空气隙71耦合在供电二次线圈31的另一侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处。这里所述的并联连接，是指将第二铁芯磁路41的一端、一字形铁芯13的一端、U字形铁芯12的一端均固定连接在一起，而且这种连接使得磁通在第二铁芯磁路41、一字形铁芯13、U字形铁芯12之间能正常流动。有关上述第二实施例的相关术语与上述第一实施例的相关术语通用，所以在此对第二实施例的与第一实施例相同的相关术语不再作重复的进一步描述。第一实施例的固定空气隙71，72是在第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41的装配过程中形成的，而第二实施例的固定空气隙71是在第一铁芯磁11和第二铁芯磁路41的固定连接过程中形成的，这种区别会导致本实用新型的第二实施例与第一实施例在生产工艺有所区别。第一实施例在两个磁路之间为2个固定空气隙，而第二实施例只有一个固定空隙，这种区别会导致二次电流输出曲线有所差异，这种不同可选配不同型号的产品，本实施例的气隙大小更方便保证，加工、装配工艺上更好控制。。

下面结合图2至图4进一步描述本实用新型电流互感器的工作原理。为了便于描述，将启动电流(能满足控制器可靠工作的最小一次电流)定义为I₀，一字形铁芯13刚进入磁饱和时所对应的一次电流定义为I₁，U字形铁芯12刚进入磁饱和时所对应的一次电流定义为I₂，一次额定电流为In，实际状态下的一次电流定义为I。图2所示的是互感器一次电流I处于小电流区的磁通分配情况，在此状态下的第二铁芯磁路41基本不分流磁通，主磁通基本都从一字形铁芯13内流过，处于小电流区的一次电流I至少大于I₀，以确保二次电流能尽快到达满足控制器可靠工作的程度，并且处于小电流区的一次电流I不能超过I₁，因为I越接近I₁，则第二铁芯磁路41分流磁通的趋势越强烈。通过设定理想的固定空气隙71，72的厚度，可设定第二铁芯磁路41明显分流磁通的起点，该起点对应的一次电流I_A应满足以下条件：I₀＜I_A≤I₁。由此可见，在设定I _A＜I₁的条件下，便实现了由第二铁芯磁路41分流磁通所产生的第一级稳定二次电流的功能。据实验所得，当两个固定空气隙71，72分别设定在0.1mm至2mm范围内，便可获得理想的I _A。图3所示是处于常态负载电流区的一次电流I情况下的磁通分配情况；在此状态下的第二铁芯磁路41分流磁通，U字形铁芯12中的主磁通不仅从一字形铁芯13流过，而且还从第二铁芯磁路4流过。通过合理设定一字形铁芯13与U字形铁芯12的横截面的面积比，便可设定一字形铁芯13刚进入磁饱和的起点I₁，理想的I₁的设定应满足以下两个条件：I₁＞I_A，且0.8In≤I₁≤1.2I n。当I₁过于小于额定电流In时，会导致在正常负荷下第二铁芯磁路41分流磁通过多、使互感器耗能过大；反之，当I₁大于额定电流In过多时，由一字形铁芯13磁饱和所提供的第二级平抑稳定二次电流的功能滞后并变弱。申请人根据实验所得：当I₁设定为控制器电流的额定电流In的0.8倍至1.2倍时，也就是I₁设在额定电流In的附近时，可获得理想的效果。另外根据实验所得，U字形铁芯12的横截面的面积是一字形铁芯13的横截面的面积的1.2倍至3倍时，可获得理想的I₁。通过上述参数设定匹配，可在一次电流较大的情况下(甚至在超过额定电流的情况下)能获得理想的二次电流的稳定输出。如图4所示，在一次电流过大(出现过载电流或短路电流)的情况下，U字形铁芯12进入磁饱和，第二铁芯磁路41分流大部分磁通，从而不管一次电流如何大，该磁饱和导致主磁通不再增加，一字形铁芯13内的磁通和第二铁芯磁路41内的磁通都趋于稳定，该稳定不仅保证了二次电流输出的稳定，而且还保护电流互感器及控制器不被损坏，互感器起到了平抑主磁通的第三级稳定二次电流的功能。

如图1所示，第一实施例的2个固定空气隙71，72的厚度相等，这是一种优选的方案，其优点是便于参数匹配设计。但本实用新型的电流互感器的2个固定空气隙的厚度也可以不等厚，不等厚的情况属第一实施例可替代的方案。如果在固定空气隙71和/或72中填充固体的非铁磁物质(如塑料片)，可获得与不填固体的非铁磁物质相同的效果，但填有固体的非铁磁物质的优点是可使固定空气隙71，72的厚度获得较高的装配精度，同时在装配后可保持良好的稳定性。

如图1所示，所述的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11共面设置，这里共面设置是指第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41处在同一平面内，第一铁芯磁路11内流动的磁通与第二铁芯磁路41内流动的磁通在同一平面内，这样设置才有可能使得第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41之间流动的磁通的方向保持原来的方向不变，即第一铁芯磁路11的磁通通过固定空气隙流入到第二铁芯磁路41的过程中不改变方向，第二铁芯磁路41的磁通通过固定空气隙流入第一铁芯磁路11的过程中不改变方向。当然如在互感器整体设计中有需要改变上述优选的共面设置的结构方案也是可以的。

为了确保在过大电流情况下第二铁芯磁路41能理想地分流磁通，所以第二铁芯磁路41的横截面的面积不宜过小，为使第二铁芯磁路41始终不会先于U字形铁芯12进入磁饱和，理想的匹配是第二铁芯磁路41的铁芯的横截面的面积等于U字形铁芯12的横截面的面积。因此，如图1所示的实施例，第二铁芯磁路41的横截面的面积，至少应大于等于一字形铁芯磁路13的横截面的截面积。

根据电磁学磁路定理可知，U字形铁芯12的长度越长，该磁阻越大，越不利于降低启动电流I₀。本实用新型为得到更小的第一铁芯磁路磁阻，以保证当一次回路电流较小时获得较大的二次供电线圈输出，第一铁芯磁路11与一次穿芯母排21之间的间隔采用紧凑化设计，以第一铁芯磁路长度L最短为原则。第一铁芯磁路设计上理想的匹配是U字形铁芯12的中心线长度为一字形铁芯13的中心线长度的1.5倍至4倍，使得第一铁芯磁路与其环绕的一次导体之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的磁路长度最短。优选将一次穿芯导体21与封装在外壳内的第一铁芯磁路11之间的固定间隔设置为2～3mm。一字形铁芯13的长度越短越好，便于产品的小形化设计，但它因受供电二次线圈31的限制不能做得太小。U字形铁芯12的长度也是越短越好，但受一字形铁芯13的长度制约不可能做得太小。当U字形铁芯12的中心线长度是一字形铁芯13的中心线长度的1.5倍至4倍时，能在兼顾各方面制约的条件下使得第一铁芯磁路的长度满足较短的优化要求。同时，本实用新型优选铁芯截面尺寸，磁路为独立封闭无气隙磁路，铁芯材料采用初始磁导率高的材料，从而只需更小的励磁电流Im就能建立一定的工作磁通Ф，从而得到相对较大的二次电流输出。

图6是本实用新型的电子式控制器供电用电流互感器采用不等截面与等截面对比效果曲线图。图中横坐标为互感器一次穿芯母排一次电流输入量，纵坐标为带控制器做为负载的互感器二次电流输出量。曲线1是在一字形铁芯13的横截面的面积等于U字形铁芯12的横截面的面积的条件下作出的，代表具有等截面第一铁芯磁路的电流互感器的效果。曲线2是在一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的条件下作出的，代表本实用新型不等截面第一铁芯磁路的效果。由图6及所附数据可以看出，在一次电流较小的情况下，曲线1与曲线2基本一致，而当一次电流增大时，工作磁通Ф也随之增大，穿越二次供电线圈的铁芯13因截面较其余三边铁芯12要小，因此其磁通密度B更高，更容易饱和。当其饱和后，因导磁特性变差，更多的磁通将选择从与之并联的第二磁路41通过。参见图6，在一次电流变大后，不等截面的输出明显低于等截面输出，且曲线2比曲线1平滑很多，说明一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的技术特征对抑制二次电流输出较快增长的作用明显，三级稳定二次电流的功能强大，能在较宽的一次电流范围内都能获得二次电流的理想稳定输出。而且这种稳定输出为一次小电流的参数选择和调整提供了便利条件。

应该理解到的是，上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的实用新型创造，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的第一铁芯磁路(11)和第二铁芯磁路(41)，第一铁芯磁路(11)是由U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)相互连接在一起构成的一个封闭环路，并且一次穿芯导体(21)从第一铁芯磁路(11)的封闭环内穿过，供电二次线圈(31)套装在第一铁芯磁路(11)的一字形铁芯(13)上，第二铁芯磁路(41)为开口形，第二铁芯磁路(41)与第一铁芯磁路(11)的一字形铁芯(13)平行设置，并且第二铁芯磁路(41)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间通过空气隙(71，72)耦合，其特征在于：

所述的一字形铁芯(13)的横截面的面积小于所述的U字形铁芯(12)的横截面的面积，以使一字形铁芯(13)能比U字形铁芯(12)提前进入磁饱和。

2.根据权利要求1所述的电子控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的U字形铁芯(12)的横截面的面积是一字形铁芯(13)的横截面的面积的1.2倍至3倍。

3.根据权利要求1或2所述的电子控制器用供电电流互感器，其特征在于：

所述的U字形铁芯(12)的中心长度是一字形铁芯(13)的中心线长度的1.5倍至4倍；

所述的第一铁芯磁路(11)的U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)与其环绕的一次穿芯导体(21)之间的间隔为2～3mm；使得第一铁芯磁路(11)与其环绕的一次导体(21)之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体(21)的第一铁芯磁路(11)的磁路长度最短。

4.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的一字形铁芯(13)刚进入磁饱和时对应的一次电流I1是一次主电路额定电流In的0.8倍至1.2倍。

5.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的第二铁芯磁路(41)与第一铁芯磁路(11)共面设置，以使第一铁芯磁路(11)与第二铁芯磁路(41)之间流动的磁通保持原来的方向。

6.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的第二铁芯磁路(41)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间的两个空气隙(71，72)是固定的空气隙，它们分别位于一字形铁芯(13)与U字形铁芯(12)的两个相交处，且位于所述的供电二次线圈(31)的两侧。

7.根据权利要求6所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的两个固定空气隙(71，72)的厚度为0.1mm至2mm。

8.根据权利要求1、6或7所述的任意一种电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：所述的2个固定空气隙(71，72)厚度相等，其中分别填有固体的非铁磁物质。

9.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于：第二铁芯磁路(41)的铁芯的横截面的面积等于第一铁芯磁路(11)的U字形铁芯(12)的横截面的面积。

10.一种电子式控制器用供电电流互感器，包括第一铁芯磁路(11)和第二铁芯磁路(41)，第一铁芯磁路(11)是由U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)相互连接在一起构成的一个封闭环路，一次穿芯导体(21)从该封闭环内穿过，供电二次线圈(31)套装在所述一字形铁芯(13)上，第二铁芯磁路(41)为开口形，它与所述一字形铁芯(13)平行设置，并且第二铁芯磁路(41)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间通过空气隙(71)耦合，其特征在于：

所述的一字形铁芯(13)的横截面的面积小于所述的U字形铁芯(12)的横截面的面积，以使一字形铁芯(13)能比U字形铁芯(12)提前进入磁饱和；

所述的U字形铁芯(12)的中心长度是一字形铁芯(13)的中心线长度的1.5倍至4倍；

所述的第二铁芯磁路(41)的开口端并联连接在位于供电二次线圈(31)一侧的一字形铁芯(13)与U字形铁芯(12)的相交处，第二铁芯磁路(41)的另一端通过一个固定空气隙(71)耦合在位于供电二次线圈(31)另一侧的一字形铁芯(13)与U字形铁芯(12)的相交处。

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