CN218159955U - 一种无源补偿组件及电流互感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无源补偿组件及电流互感器，涉及电流互感器，其技术方案要点是：主铁芯，所述主铁芯上设有一次绕组和二次绕组；补偿铁芯，所述补偿铁芯上设有补偿绕组；其中，所述主铁芯与所述补偿铁芯之间通过所述补偿绕组连接，使得所述一次绕组、二次绕组以及所述补偿绕组所产生的磁通交链在一起实现误差补偿。由于电流互感器铁芯需要消耗励磁电流，使得二次绕组的电流减小，造成了电流互感器的误差，本申请通过外接的补偿绕组，使得二次电流增加，补偿了原来减小的一部分电流，因此相当于对电流互感器误差起到了一定的补偿作用，从而实现了适应补偿电流互感器参数有效值变化范围较大的情况。

Description

一种无源补偿组件及电流互感器

技术领域

本实用新型涉及电流互感器，更具体地说，它涉及一种无源补偿组件及电流互感器。

背景技术

电流互感器的测量误差与电流互感器二次绕组的匝数、铁芯横截面面积、平均磁路长度、二次负载、二次绕组漏抗、铁芯磁导率以及互感器的工作点都有密切关系。测量精度与二次绕组匝数的平方、铁芯横截面面积、铁芯导磁率均成反比；与平均磁路的长度、二次负载、二次绕组漏抗均成正比。

现有技术往往是通过改善电流互感器的结构参数，从而达到提高电流互感器测量精度的目的。但经过改善的电流互感器都是为了对处在某个特定的工作点而进行参数设计的，并且所有设计的参数都是固定不变的，当电流互感器的工作点变化较大时，预先设计的参数不能跟踪变化，因此，在这种情况下，上述方式将不能有效提高电流互感器的误差测量精度。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种无源补偿组件及电流互感器，本实用新型采用匝数补偿法实现无源补偿，通过外接补偿铁芯增加补偿绕组，由于电流互感器铁芯需要消耗励磁电流，使得二次绕组的电流减小，造成了电流互感器的误差，本申请通过外接的补偿绕组，使得二次电流增加，补偿了原来减小的一部分电流，因此相当于对电流互感器误差起到了一定的补偿作用，从而实现了适应补偿电流互感器参数有效值变化范围较大的情况。

本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

第一方面，本申请提供了一种无源补偿组件，包括：

主铁芯，所述主铁芯上绕制有一次绕组和二次绕组；

补偿铁芯，所述补偿铁芯上绕制有补偿绕组；

其中，所述主铁芯与所述补偿铁芯之间通过所述补偿绕组连接，使得所述一次绕组、二次绕组以及所述补偿绕组所产生的磁通交链在一起实现误差补偿。

在一种实施方案中，所述主铁芯包括第一铁芯和第二铁芯，由所述第一铁芯和第二铁芯堆叠形成所述主铁芯。

在一种实施方案中，所述第一铁芯为由纳米晶材料制成的环形铁芯或叠片铁芯。

在一种实施方案中，所述第二铁芯由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。

在一种实施方案中，所述补偿铁芯由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。

在一种实施方案中，所述叠片铁芯的截面高度大于截面宽度，所述环形铁芯的截面高度为大于等于1.5倍截面宽度且小于等于2倍截面宽度。

在一种实施方案中，所述二次绕组和补偿绕组的表面上包裹有一层或多层的绝缘材料。

在一种实施方案中，所述绝缘材料为聚酯薄膜。

在一种实施方案中，所述二次绕组的匝数大于所述一次绕组的匝数。

第二方面，本申请提供了一种电流互感器，由如第一方面任一项所述的一种无源补偿组件构成。

与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：

本实用新型采用匝数补偿法实现无源补偿，它通过外接补偿铁芯增加补偿绕组，由于电流互感器铁芯需要消耗励磁电流，使得二次绕组的电流减小，造成了电流互感器的误差，本申请通过外接的补偿绕组，使得二次电流增加，补偿了原来减小的一部分电流，因此相当于对电流互感器误差起到了一定的补偿作用，从而实现了适应补偿电流互感器参数有效值变化范围较大的情况。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的一种无源补偿组件的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、主铁芯；2、补偿铁芯；11、一次绕组；12、二次绕组；21、补偿绕组。

具体实施方式

在本申请的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本申请的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件或与另一组成元件“相连”，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件或与另一组成元件“直接相连”时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本申请作进一步的详细说明，本申请的示意性实施方式及其说明仅用于解释本申请，并不作为对本申请的限定。

电流互感器的测量误差与电流互感器二次绕组的匝数、铁芯横截面面积、平均磁路长度、二次负载、二次绕组漏抗、铁芯磁导率以及互感器的工作点都有密切关系。测量精度与二次绕组匝数的平方、铁芯横截面面积、铁芯导磁率均成反比；与平均磁路的长度、二次负载、二次绕组漏抗均成正比。因此，为针对实际需要，现有技术往往是通过改善电流互感器的结构参数，从而达到提高电流互感器测量精度的目的。

上述改善电流互感器结构和参数的方式在电流互感器一次电流有效值变化范围较小以及工频状态时，可以有效地提高电流互感器的测量精度，但是对于一次电流有效值较大或较小、且含有多种谐波成份时，即使利用上述方式很难保证电流互感器的测量精度。其主要原因在于上述方法都是根据电流互感器处在某个特定的工作点进行参数设计的，而且所有设计的参数都是固定不变的，当电流互感器的工作点变化较大时，预先设计的参数不能跟踪变化，因此，在这种情况下，上述方式将不能有效提高电流互感器的误差测量精度。

本申请实施例提供的一种无源补偿组件及电流互感器，采用匝数补偿法实现无源补偿，它通过外接补偿铁芯增加补偿绕组，由于电流互感器铁芯需要消耗励磁电流，使得二次绕组的电流减小，造成了电流互感器的误差，本申请通过外接的补偿绕组，使得二次电流增加，补偿了原来减小的一部分电流，因此相当于对电流互感器误差起到了一定的补偿作用，从而实现了适应补偿电流互感器参数有效值变化范围较大的情况

如图1所示，一种无源补偿组件，包括：

主铁芯1，主铁芯1上绕制有一次绕组11和二次绕组12；

补偿铁芯2，补偿铁芯2上绕制有补偿绕组21；

其中，主铁芯1与所述补偿铁芯2之间通过补偿绕组21连接，使得一次绕组11、二次绕组12以及补偿绕组21所产生的磁通交链在一起实现误差补偿。

具体的，如图1所示，绕组的匝数对误差有一定的影响，误差与二次绕组12的匝数的平方成反比，所以二次绕组12匝数对误差的影响很大。因此在一般情况下，增加二次绕组12的匝数，能够减小误差。但是随着二次绕组12匝数的增加，绕组的内阻抗也逐渐增大，这在一定程度上，限制了误差的下降。同时随着二次绕组12的增加，一次绕组11也按比例增加，这不仅大大增加了绕组的用铜量，而且还使绕组的绕制工艺复杂。因此，从节约铜线和简化工艺的角度出发，绕组的匝数愈少愈好，最好采用一匝的绕组，这就是常见的单匝式或母线型电流互感器。这种电流互感器没有一次绕组11，在运行中，一次线从铁芯窗口中穿过，当作一匝的一次绕组11，具体可参见图1所示的结构示意图。

误差与磁路平均长度成正比，磁路愈短，误差愈小。铁芯的磁路长度，主要决定于铁芯窗口的面积，而铁芯窗口(即图1中一次绕组11所穿过的圆圈部分)的大小，必须保证能装下一次和二次绕组12以及它们之间的绝缘，在满足这个要求后，应尽可能地缩小铁芯窗口面积，缩短铁芯的磁路长度。铁芯磁路长度越小，越节省铁芯材料，不但能减小误差，也减小造价。

综上，本实用新型采用匝数补偿法这一基础原理实现无源补偿，它通过外接补偿铁芯2增加补偿绕组21，由于电流互感器铁芯需要消耗励磁电流，使得二次绕组12的电流减小，造成了电流互感器的误差，本申请通过外接的补偿绕组21，使得二次电流增加，补偿了原来减小的一部分电流，因此相当于对电流互感器误差起到了一定的补偿作用，从而实现了适应补偿电流互感器参数有效值变化范围较大的情况。

在一种实施方案中，主铁芯1包括第一铁芯和第二铁芯，由第一铁芯和第二铁芯堆叠形成主铁芯1。作为一种优选的实施方式，第一铁芯为由纳米晶材料制成的环形铁芯或叠片铁芯。第二铁芯由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。补偿铁芯2由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。

需要说明的是，电流互感器的误差分为上限误差和下限误差，其中，电流互感器的上限误差主要是受电流互感器铁芯饱和的影响，当一次侧电流流过一次绕组11时，二次侧绕组中将感应出电动势，当二次绕组12接负载时，产生二次侧电流，根据磁动势平衡的原理可知，一次侧的磁动势一部分平衡二次侧磁动势，另一部分作为励磁电流产生主磁通，励磁电流不仅在电流互感器铁芯中产生磁通，还产生涡流损失和磁滞损失。电流互感器在一次侧电流过大的时候，互感器的铁芯达到饱和状态，由于铁芯的磁通不能无限制的提高，当电流互感器铁芯磁通趋于饱和时，二次电流不再是标准的正弦波形，此时二次电流波形发生了畸变，励磁电流会迅速增大，导致电流互感器误差的增大，所以缓解电流互感器铁芯的饱和问题，是解决电流互感器测量上限误差较大的关键。而电流互感器的下限误差主要是受电流互感器铁芯材料的影响，传统电流互感器的铁芯材料为硅钢，其磁化曲线的线性区的比例较小，当一次侧电流很小时，电流互感器工作在磁化曲线的非线性区，此时磁导率和损耗角会随着增大，电流互感器的误差会快速增大，超出电流互感器测量精度的范围，所以选择性能更优的铁芯材料。

因此，为了能够适应5Hz～1000Hz的电流频率下电流互感器在量程的上限和下限都能有较高的精度，本实施例的主铁芯1，一部分是由纳米晶材料制成的第一铁芯，另一部分是由冷轧硅钢材料制成的第二铁芯，两者堆叠在一起形成主铁芯1，可以达到在较大电流情况下，利用硅钢片饱和磁感应强度大的优势降低误差，而在电流较小的情况下利用纳米晶合金材料线性区较大的优势降低误差。通过结合这两种铁芯自身的独特优势可以很好地在宽频、宽量程范围下达到0.2S级的误差精度。针对无源补偿方法中的补偿铁芯2，采用硅钢片制成，主要是考虑其承受电流较小，都处于线性区，故采用哪种材料的铁芯都可以，硅钢片的成本最低，故选择硅钢材质。

在一种实施方案中，叠片铁芯的截面高度大于截面宽度，环形铁芯的截面高度为大于等于1.5倍截面宽度且小于等于2倍截面宽度。

具体的，由现有原理可知，电流互感器误差与铁芯的截面积成反比。一般来说，增大铁芯截面可以减小误差。但是实际上伴随着铁芯截面的增大，铁芯的磁导率下降，铁芯的平均磁路长度增长，二次绕组12内阻抗增大，这些又使误差增加，大大限制了误差的减小，甚至在某些情况下，铁芯截面的增大，不但不能使误差减小，反而使误差增大，这就白白浪费了材料。铁芯截面的形状对误差也有影响。这是因为在相同的截面下，铁芯愈高，平均磁路长度愈短。铁芯的截面高度与宽度相同时，每匝绕组所用的铜线最短，内阻最小。因此在设计时必须正确选择截面高度h和截面宽度b的关系。对于叠片铁芯，一般选择截面高度h稍大于截面宽度b即可。对于环形铁芯，因为铁芯的内径比外径小，绕制绕组时铁芯的截面宽度比截面高度增长快，所以一般选择1.5b≤h≤2b比较合适，这样既保证每匝绕组所用的铜线少，内阻小，而且铁芯的平均磁路长度又不至太长。

在一种实施方案中，二次绕组12和补偿绕组21的表面上包裹有一层或多层的绝缘材料。

具体的，在二次绕组12和补偿绕组21的表面上包裹有一层或多层的绝缘材料是为了保证足够的绝缘强度，避免发生击穿现象。

作为一种优选的实施方案，绝缘材料为聚酯薄膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜和聚四氟乙烯膜五种中的任意一种。具体的，可在聚酯薄膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜和聚四氟乙烯膜选用聚酯薄膜，这是因为一层聚酯薄膜即可承受1000V的电压，但为安全考虑，可多增加一层，其具备绝缘性能十分优异并且厚度很薄，即使缠绕20层，整体厚度也就1mm左右，不会增加主铁芯1和补偿铁芯2的厚度。

作为一种优选的实施方案，二次绕组12的匝数大于一次绕组11的匝数。具体的，二次绕组12的匝数大于一次绕组11的匝数是本领域技术人员的公知常识，因此不做多余的叙述。

基于同一技术构思，本申请实施例还提供了一种电流互感器，包括上述实施例的一种无源补偿组件。

由无源补偿组件所构成的电流互感器，无源补偿组件采用一个主铁芯1与补偿铁芯2实现磁动势的补充，其中主铁芯1由一个纳米晶材料制成的第一铁芯与冷轧硅钢片制成的第二铁芯共同堆叠而成，二者由补偿绕组21相连接使得一次绕组11、二次绕组12以及补偿绕组21所产生的磁通交链在一起，共同实现补偿功能。

在设计的过程中，可充分考虑以下3点：

(1)铁芯材料的选择：既要满足宽量程，又要满足宽频的要求，铁芯可以选择复合铁芯；

(2)计算满足误差条件所使用的漆包线截面积，以及误差补偿所需要的漆包线不同的线径，每种线径下的匝数；

(3)材料确定后，注意处理铁芯的棱角毛刺、绕线工艺以及浇注工艺；

上述三个部分的内容都是本领域技术人员所能理解的公知常识，在制作电流互感器时，针对具体的应用场景，对上述3点的条件进行适当的调整。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无源补偿组件，其特征在于，包括：

主铁芯(1)，所述主铁芯(1)上绕制有一次绕组(11)和二次绕组(12)；

补偿铁芯(2)，所述补偿铁芯(2)上绕制有补偿绕组(21)；

其中，所述主铁芯(1)与所述补偿铁芯(2)之间通过所述补偿绕组(21)连接，使得所述一次绕组(11)、二次绕组(12)以及所述补偿绕组(21)所产生的磁通交链在一起实现误差补偿。

2.根据权利要求1所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述主铁芯(1)包括第一铁芯和第二铁芯，由所述第一铁芯和第二铁芯堆叠形成所述主铁芯(1)。

3.根据权利要求2所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述第一铁芯为由纳米晶材料制成的环形铁芯或叠片铁芯。

4.根据权利要求2所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述第二铁芯由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。

5.根据权利要求1所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述补偿铁芯(2)由冷轧硅钢片制成的环形铁芯或叠片铁芯。

6.根据权利要求3-5任一项所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述叠片铁芯的截面高度大于截面宽度，所述环形铁芯的截面高度为大于等于1.5倍截面宽度且小于等于2倍截面宽度。

7.根据权利要求1所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述二次绕组(12)和补偿绕组(21)的表面上包裹有一层或多层的绝缘材料。

8.根据权利要求7所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述绝缘材料为聚酯薄膜、聚酰亚胺膜、聚乙烯膜、聚偏二氟乙烯膜和聚四氟乙烯膜五种中的任意一种。

9.根据权利要求1所述的一种无源补偿组件，其特征在于，所述二次绕组(12)的匝数大于所述一次绕组(11)的匝数。

10.一种电流互感器，其特征在于，由如权利要求1-9任一项所述的一种无源补偿组件构成。

Images