CN218826613U - 一种电流互感器 - Google Patents

Abstract

一种电流互感器，属于低压电器技术领域。包括彼此叠加设置的用于供电的铁芯电流互感器和用于测量的罗氏线圈电流互感器，所述的铁芯电流互感器包括铁芯主磁路，所述的铁芯主磁路构成为环状且围绕一次导体闭合设置，所述的铁芯电流互感器包括至少两个二次线圈，所述的二次线圈间隔均匀的设置于所述铁芯主磁路上，相邻的两个二次线圈串联电连接，每个二次线圈的外侧设置有与所述铁芯主磁路相分离的独立铁芯磁路，所述独立铁芯磁路用于吸收一次导体中的电流在铁芯主磁路中产生的主磁通的一部分，以使通过对应的二次线圈中的磁通相应减少。优点：满足断路器自生电源要求的同时具有更好的电流测量线性度。

Description

一种电流互感器

技术领域

本实用新型属于低压电器技术领域，具体涉及一种电流互感器。

背景技术

目前，低压断路器正朝着电子式、智能化方向不断发展，除了具有包括三段保护功能在内的多种保护功能外，远程通信、智能诊断、电量监测、电能管理等功能正在成为新的需求。断路器的智能化依赖于高性能的电子保护装置和包括电流互感器在内的各类传感器，其中电量监测、电能管理功能要求断路器中的电流互感器必须具有宽范围、高精度的测量能力。

根据相关标准要求，断路器电子保护装置从单相0.2In到极限短路分断电流的范围内均要能可靠工作，断路器的工作状况和结构特点决定了断路器电子保护装置需采用自生电源的方式。目前很多断路器产品均采用铁芯电流互感器来同时完成电流检测和自生电源供电两项功能。然而，一方面，铁芯电流互感器用于电流检测时，存在大电流饱和引起输出信号非线性失真的问题；另一方面，铁芯电流互感器用于自生电源供电时，当初级电流很大时，在次级线圈中产生的电流会远超电子保护装置的最佳操作范围，该种情况对电子保护装置的能量耗散电路具有相当大的挑战性，且容易引起较严重的温升问题。

目前较多高性能的低压断路器都采用融合了用于供电的铁芯电流互感器和用于测量的罗氏线圈电流互感器的双芯互感器技术。其中，在电流较高的场合，用于供电的铁芯电流互感器普遍采用磁分路技术，如专利CN200410081710所公开，但是这种形式的供电电流互感器的次级绕组普遍位于互感器的一侧，该次级绕组上的感应电流和铁芯涡流会在周围产生较明显的干扰磁场，且该干扰磁场由于铁芯磁材料固有的非线性及磁饱和特性的原因也呈非线性。再说罗氏线圈电流互感器，因其结构简单、无磁饱和问题、电流测量范围宽、线性度好等优势，成为了替代断路器电流测量CT（即电流互感器）的优选方案，但是罗氏线圈的输出信号相对CT小得多，因此容易受到外界磁场干扰。基于上述技术的双芯互感器中的铁芯电流互感器会对罗氏线圈电流互感器产生非线性干扰影响，这种影响对于0.5级及更高的电流测量精度要求是不可接受的。

根据罗氏线圈电流互感器的电流测量原理，理论上理想的罗氏线圈电流互感器可很好地屏蔽外界的磁场干扰，然而实践中决定罗氏线圈对外屏蔽性能的线圈骨架尺寸精度及绕线工艺均受到限制，特别是当罗氏线圈尺寸较小时，很难从线圈骨架和绕线工艺方面入手来进一步提高其对外部干扰磁场的屏蔽性能。

鉴于上述已有技术，有必要对现有电流互感器的结构加以改进，为此，本申请人作了有益的设计，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种断路器用电流互感器，测量精度高。

本实用新型的目的是这样来达到的，一种电流互感器，包括彼此紧密叠加设置的用于供电的铁芯电流互感器和用于测量的罗氏线圈电流互感器，所述的铁芯电流互感器包括铁芯主磁路，所述的铁芯主磁路构成为环状且围绕一次导体闭合设置，其特征在于：所述的铁芯电流互感器还包括至少两个匝数相同的二次线圈，所述的二次线圈间隔均匀的设置于所述铁芯主磁路上，相邻的两个二次线圈串联连接，每个二次线圈的外侧设置有一个与所述铁芯主磁路相分离的独立铁芯磁路，所述独立铁芯磁路用于吸收一次导体中的电流在铁芯主磁路中产生的主磁通的一部分，以使通过对应的二次线圈中的磁通相应减少。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述独立铁芯磁路设置于所述铁芯主磁路的轴向外侧。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述独立铁芯磁路设置于所述铁芯主磁路的径向外侧。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的罗氏线圈电流互感器为由圆环形骨架绕制成的空心线圈，所述二次线圈沿所述的罗氏线圈电流互感器的环型主体呈均匀分布。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的铁芯主磁路为圆形或方形。

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述二次线圈缠绕于塑料骨架上，通过所述的塑料骨架定位在铁芯主磁路上。

在本实用新型的进而一个具体的实施例中，还包括塑料外壳，所述的塑料外壳由底座及上盖拼合而成，所述的铁芯电流互感器和罗氏线圈电流互感器设置在塑料外壳的壳腔内。

本实用新型由于采用了上述结构，与现有技术相比，具有的有益效果是：具有更好的电流测量线性度；能够满足断路器电子保护装置自生电源的要求，有效降低较大的初级电流给电子保护装置的能量耗散电路所带来的压力；使得在工艺上对互感器线性度进行改善的可操作性更高，无需对空心线圈骨架尺寸精度及绕线工艺有过于苛刻的要求，可提升高精度互感器的成品合格率。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图。

图2为本实用新型一实施例中的铁芯电流互感器的结构示意图。

图3a为本实用新型一实施例中的独立铁芯磁路的一安装位置示意图。

图3b为图3a在另一视角上的示意图。

图4a为本实用新型另一实施例中的独立铁芯磁路的安装位置示意图。

图4b是图4a中的铁芯主磁路与独立铁芯磁路的装配示意图。

图5为本实用新型另一实施例中的铁芯电流互感器的结构示意图。

图6为本实用新型实现高精度测量的原理示意图。

图中：1.铁芯电流互感器、10.一次导体、11.铁芯主磁路、111.卡口、112.凸起磁路、12.二次线圈、13.供电输出端、14.独立铁芯磁路、15.塑料骨架；2.罗氏线圈电流互感器；3、塑料外壳、31.底座、32.上盖；4.绝缘纸板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，在下面描述中凡是涉及上、下、左、右、前和后的方向性（或者称方位性）的概念均是针对正在被描述的图所处的位置状态而言的，目的在于方便公众理解，因而不能将其理解为对本实用新型提供的技术方案的特别限定。

本实用新型涉及一种用于低压断路器中为电子保护装置供电和提供电流测量信号的电流互感器。请参阅图1，该电流互感器包括相互叠放且同轴设置的用于供电的铁芯电流互感器1和用于测量的罗氏线圈电流互感器2。

实施例1：

图2示意了本实用新型一实施例中的铁芯电流互感器1的结构示意图。所述的铁芯电流互感器1包括铁芯主磁路11，所述的铁芯主磁路11构成为环状，可以为圆形，也可为方形，此处采用了圆环状的结构。请参阅图3a及图3b，所述的铁芯主磁路11围绕一次导体10闭合设置，在铁芯主磁路11上呈间隔状态均匀分布有至少两个二次线圈12。各个二次线圈12分别缠绕于塑料骨架15上，通过塑料骨架15定位在铁芯主磁路11上。各个二次线圈12依次串联连接后引出一对供电输出端13，用于为外部电子装置供电。每个二次线圈12外分别配备有一个与所述铁芯主磁路11分离的独立铁芯磁路14。所述的独立铁芯磁路14设置于铁芯主磁路11的轴向侧或径向侧，用于吸收一次导体10中的电流在所述铁芯主磁路11中产生的主磁通的一部分，以使通过二次线圈12中的磁通能够相应地减少。

所述的罗氏线圈电流互感器2为传统的由圆环形骨架绕制成的空心线圈，其围绕一次导体10设置。所有铁芯电流互感器1上的二次线圈12沿罗氏线圈电流互感器2的环型主体呈均匀分布。

在本实施例中，采用了四个二次线圈12，且各个二次线圈12的匝数均相同，该四个二次线圈12串联连接后，由第一个及第四个分别引出一出线端而共同构成一对供电输出端13。与二次线圈12相对应的，所述的独立铁芯磁路14的数量也为四个，分别对应四个二次线圈12，并且设置在铁芯主磁路11的轴向外侧，如图3a和图3b所示。图3a和图3b是从两个视角观察到的二次线圈12和铁芯主磁路11的位置示意图。

在本实施例中，所述的铁芯主磁路11可用硅钢带卷绕而成，也可用冲压成圆环形的硅钢片层叠而成，还可用多段圆弧形硅钢片层叠紧固后通过铆接或焊接而成；所述的独立铁芯磁路14可用硅钢、铁块或其他磁性材料成型后卡装在铁芯主磁路11上。

实施例2：

图4a示意了本实用新型另一实施例中的铁芯电流互感器1的结构示意图。在本实施例中，所述的二次线圈12和独立铁芯磁路14的数量同样均为四个，与实施例1的区别在于，所述的独立铁芯磁路14设置于铁芯主磁路11径向外侧。

如图4b所示，在本实施例中，所述的铁芯主磁路11可用冲压成圆环形的硅钢片层叠而成，还可用多段圆弧形硅钢片层叠紧固后通过铆接或焊接而成，其中冲压成型的圆环型硅钢片或多段圆弧形硅钢片上间隔设置有卡口111，用于安装缠绕有二次线圈12的塑料骨架15，相邻的两个卡口111之间还设置有向外凸起的凸起磁路112，相邻的凸起磁路112之间安装有各个所述的独立铁芯磁路14。所述的独立铁芯磁路14可用硅钢、铁块或其他磁性材料成型为适于安装在凸起磁路112之间的形状，从而与铁芯电流互感器1的其他部分组成一个在结构上便于安装的整体。

实施例3：

图5示意了本实用新型又一实施例中的铁芯电流互感器1的结构示意图。该实施例与实施例1及实施例2的主要区别在于本实施例中的铁芯主磁路11的形状为方形，且二次线圈12、独立铁芯磁路14、塑料骨架15的数量均为两个。

请参阅图6，详细说明本实用新型实现高精度测量的过程。图中，中间圆环表示罗氏线圈，定义绕圆环逆时针方向的磁场强度B0为正方向，将沿该正方向的磁通量改变所导致的罗氏线圈各匝线圈上所感应出的电压相量方向记为正，则绕圆环顺时针方向的磁通量改变所导致的罗氏线圈各匝线圈上所感应出的电压相量方向为负。直径D1D2为罗氏线圈左侧和右侧的中间位置。根据右手螺旋法则，位于罗氏线圈左侧的电流元（电流方向朝外），在罗氏线圈左侧的大部分单匝线圈上所感应出的有效磁场B1Y为顺时针方向，即在左侧的大部分单匝线圈上感应出的电压相量方向为负；而在罗氏线圈右侧的单匝线圈上所感应出的有效磁场B1Y’为逆时针方向，即在右侧的单匝线圈上感应出的电压相量方向为正。同理，位于罗氏线圈右侧的电流元（电流方向也朝外），在罗氏线圈左侧的单匝线圈上所感应出的有效磁场B2Y为逆时针方向，即在左侧的单匝线圈上感应出的电压相量方向为正；而在罗氏线圈右侧的单匝线圈上所感应出的有效磁场B2Y’为顺时针方向，即在右侧的单匝线圈上感应出的电压相量方向为负。根据普遍的认知，罗氏线圈的输出电压由它所包含的每匝线圈各自感应出的电压叠加而成，当罗氏线圈趋于理想状态时，位于其外部的干扰电流回路在其两侧线圈上感应出的电压相量叠加后相互抵消，即实现对外部磁场的屏蔽。然而，按现有工艺制作的罗氏线圈总会出现一些不理想的状况，如匝数密度不均匀，其可理解为罗氏线圈上某一位置或某几个位置出现多余的匝数或缺少了一些线圈匝数；又如线圈截面积差异（线圈骨架截面不均匀），导致通过位于不均匀处的各匝线圈的磁通量改变，其也可以理解为罗氏线圈上某一位置或某几个位置出现多余的或缺少一些线圈匝数（线圈面积与不均匀度有关）；又或者其他情况，其均可理解为罗氏线圈上某一位置或某几个位置出现了与线圈匝数（或匝数面积）相关的缺陷。当在原本应该理想的罗氏线圈上的某一位置出现了线圈匝数缺陷，比如在图上的P点位置多出了一些线圈匝数，此时位于罗氏线圈左侧的干扰电流元将在这些多余的线圈中感应出相量方向为负的额外电压，而位于罗氏线圈右侧的同方向干扰电流元将在这些多余的线圈中感应出相量方向为正的额外电压，显然上述两侧的同方向干扰电流元产生的额外电压具有相反的效果。

采用原有技术的双芯互感器，其铁芯电流互感器的次级线圈位于互感器的一侧，即在罗氏线圈的一侧的邻近处出现了与上述次级线圈中电流相关的干扰电流回路，而上述次级线圈感应出的电流与初级导体中的电流呈非线性关系，因此非理想的罗氏线圈中也感应出了与初级导体中的电流呈非线性关系的额外电压，即受到了非线性干扰。

本实用新型将铁芯电流互感器1的次级线圈，即二次线圈12设置为至少两个，且间隔均匀地分布于所述铁芯主磁路11上，目的在于：一方面减小了原本位于罗氏线圈一侧的总干扰电流，降低其通过紧邻处的罗氏线圈主要缺陷所产生的干扰影响；另一方面使位于罗氏线圈多侧的干扰电流在罗氏线圈中产生的额外电压进行抵消，从而削弱总的额外电压，也即是有效减小了铁芯电流互感器1对罗氏线圈电流互感器2的非线性干扰，由此就达到了发明目的。

继续见图1，为本实用新型一个实施例最终实现的电流互感器结构图，将铁芯电流互感器1和罗氏线圈电流互感器2用塑料外壳3进行定位和封装，所述的塑料外壳3包括底座31和上盖32。铁芯电流互感器1和罗氏线圈电流互感器2之间还设有绝缘纸板4。

上述提及的三个实施例仅为对本实用新型主要技术特征的举例说明，对实施例的描述不是对技术方案的限制，所述电流互感器可经多种变型和改变，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种电流互感器，包括彼此紧密叠加设置的用于供电的铁芯电流互感器(1)和用于测量的罗氏线圈电流互感器(2)，所述的铁芯电流互感器(1)包括铁芯主磁路(11)，所述的铁芯主磁路(11)构成为环状且围绕一次导体(10)闭合设置，其特征在于：所述的铁芯电流互感器(1)还包括至少两个匝数相同的二次线圈(12)，所述的二次线圈(12)间隔均匀地设置于所述铁芯主磁路(11)上，相邻的两个二次线圈(12)串联连接，每个二次线圈(12)的外侧设置有一个与所述铁芯主磁路(11)相分离的独立铁芯磁路(14)，所述独立铁芯磁路(14)用于吸收一次导体(10)中的电流在铁芯主磁路(11)中产生的主磁通的一部分，以使通过对应的二次线圈(12)中的磁通相应减少。

2.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于所述独立铁芯磁路(14)设置于所述铁芯主磁路(11)的轴向外侧。

3.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于所述独立铁芯磁路(14)设置于所述铁芯主磁路(11)的径向外侧。

4.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于所述的罗氏线圈电流互感器(2)为由圆环形骨架绕制成的空心线圈，所述二次线圈(12)沿所述的罗氏线圈电流互感器(2)的环型主体呈均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于所述的铁芯主磁路(11)为圆形或方形。

6.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于所述二次线圈(12)缠绕于塑料骨架(15)上，通过所述的塑料骨架(15)定位在铁芯主磁路(11)上。

7.根据权利要求1所述的一种电流互感器，其特征在于还包括塑料外壳(3)，所述的塑料外壳(3)由底座(31)及上盖(32)拼合而成，所述的铁芯电流互感器(1)和罗氏线圈电流互感器(2)设置在塑料外壳(3)的壳腔内。

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