TWI383570B - 電流變壓器及電能表 - Google Patents

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Description

電流變壓器及電能表
本發明係關於一種電流變壓器，其偵測所需精度位準內的正弦波交流電流及半正弦波整流電流，與一種靜態型電能表，其中輸入正弦波交流電流及半正弦波整流電流，而且併入有此電流變壓器。
將電能表用於計算家庭及工業中的電機及儀表之電功率消耗。通常使用機電型電能表與靜態型電能表。然而，靜態型電能表已開始廣泛用於與電子有關的技術進步。在靜態型電能表中，有必要偵測交流負載電壓值與交流負載電流值。
用於靜態型電能表的電流變壓器包含一磁蕊，其具有傳送交流負載電流所透過的一匝式初級繞組，及與一偵測電阻器並聯連接的數百匝或數千匝次級繞組。電阻器表示次級繞組的電阻，藉由幅度差F(I)及相差φ來評估電流變壓器中的測量精度。因此，該等值應低於決定的值。
藉由下列等式決定幅度差F(I)：，其中 (1)RC u 為電阻器的電阻，其表示次級繞組的電阻(Ω)，Rb 為偵測電阻器的電阻(Ω)，δ為磁蕊的損耗角(rad)，ω＝2πf為角頻率(rad/s)，以及Ls 為次級繞組的電感(H)。
藉由下列等式決定次級繞組的電感Ls：，其中 (2)μr 為磁蕊的增量相對磁導率，μ0 為真空的磁導率4π×10－ 7 (H/m)，Ae 為磁蕊的有效斷面(m2 )，Ns 為次級繞組的匝數，以及le 為磁蕊的平均磁路徑長度(m)。
可以從等式(1)及(2)得到下列等式(3)：
藉由下列等式決定相差φ：
可以使用等式(2)及(4)獲得下列等式：
如等式(3)及(5)所示，有效的係使用具有高值的增量相對磁導率μr的磁蕊，以便減小幅度差F(I)及相差φ。從此觀點看，有利的係使用由80%鎳透磁合金製造的磁蕊或由具有大於10000的增量相對磁導率之奈米晶體合金製造的磁蕊，以便產生優良的電流變壓器。該等電流變壓器可以廣泛用於依據標準IEC 62053－22之工業使用所需的靜態型電能表。因為在工業儀表中負載電流值係如100Ar m s 一樣大或更大，所以將藉由外部特殊變壓器減小的僅少數完全零對稱正弦波交流電流輸入於此靜態型電能表中。
然而，併入由80%鎳透磁合金或具有大於10000的增量相對磁導率之奈米晶體合金製造的磁蕊之電流變壓器並不適合於負載電流所直接輸入且用於家庭使用或相對較小負載工業使用的靜態型電能表。在該等使用中，將藉由用於當前電子裝置或儀表之半波整流電路或相控制電路所引起的包含直流電流成分之零不對稱交流負載電流直接輸入於電能表中。將併入具有高增量相對磁導率的磁蕊材料之電流變壓器設計成僅接受零對稱正弦波交流電流。當將零不對稱交流輸入電流輸入於包含直流電流成分的此電流變壓器之初級繞組中時，零不對稱交流輸入電流之輸入會引起磁蕊的飽和並偽造電流偵測。
精度範圍的測量及用於測量半正弦波整流電流的測試方法係在關於負載電流所直接輸入且用於家庭使用及相對較小負載工業使用的靜態型電能表之代表性標準IEC 62053－21,8.2及附件/A中提出。標準IEC 62053－21需要靜態型電能表，其具有性能規格以測量具有在藉由此IEC標準界定之精度範圍內的最大有效電流值Im a x (Ar m s )的正弦波交流電流，並測量具有一有效電流值Im a x ．20 . 5 (Ar m s )的半正弦波整流電流。因此，波高度20 . 5 ．Im a x (Ao p )係在藉由此IEC標準所界定的精度範圍內。因為半正弦波整流電流包含具有1/π倍的波高度之值的直流電流成分，所以具有一有效電流值Im a x ．20 . 5 (Ar m s )或波高度20 . 5 ．Im a x (Ao p )之半波整流波形電流中的直接電流成分的值為(20 . 5 /π)．Im a x (AD C )。在美國專利第6,563,411B1號中建議併入共基非晶磁蕊的電流變壓器，其滿足對靜態型電能表中的交流電流測量之所需精度，即使將包含此較大值的直流電流成分之電流輸入於初級繞組中亦如此。同樣，併入由共基非晶合金VITROVAC(德國Hanau的Vacuumschmelze GmbH & Co.KG)6030F或6150F製造的環形磁蕊係藉由Vacuumschmelze GmbH & Co.KG(以下簡略為VAC)所揭示。
美國專利第6,563,411B1號中建議或由藉由VAC所揭示之共基合金VITROVAC6030F或6150F製造的磁蕊在用於家庭使用或相對較小負載工業使用所需的靜態型電能表時，可滿足分別輸入正弦波交流電流及半正弦波整流電流情況下該等靜態型電能表中的電能測量之所需精度。然而，當使用美國專利第6,563,411B1號中建議或由VITROVAC6030F或6150F製造的磁蕊時，達到該等靜態型電能表之所需電規格需要的磁蕊及電流變壓器之尺寸係太大。
例如，用於一靜態型電能表之六種電流變壓器係顯示在表2"用於電子瓦時表之電流變壓器"中(http：//www.vacuumschmelze.de/dynamic//docroot/medialib/documents/broschueren/kbbrosch/Pb－cteng.pdf)。五種電流變壓器分別具有額定最大有效電流值20Ar m s 、40Ar m s 、60Ar m s 、100Ar m s 及120Ar m s 之Im a x (Ar m s )，其係關於依據可與新標準IEC 62053－21相比之標準IEC 61036的正弦波交流電流。如表2所示，五種電流變壓器分別具有一額定最大峰值36Ao p 、72Ao p 、80Ao p 、113Ao p 及158Ao p 之20 . 5 ．Im a x (Ao p )，其係關於如同一表所示的半正弦波整流電流。
用於該等電流變壓器的磁蕊之規格係在"用於電子能表之電流變壓器的磁蕊"中提出(http：//www.vacuumschmelze.de/dynamic//en/home/products/coresampinductivecomponents/applications/cores/coresforcurrenttransformersforelectronicenergymeter.php)。根據該等規格，應瞭解由共基非晶合金VITROVAC6030F製造的一環形磁蕊係用於具有關於正弦波交流電流的額定最大有效電流值20Ar m s 之Im a x (Ar m s )的電流變壓器，並且由共基非晶合金VITROVAC6150F製造的環形磁蕊係用於其他電流變壓器。
依據IEC標準，具有關於正弦波交流電流的額定最大有效電流值20Ar m s 、40Ar m s 、60Ar m s 、100Ar m s 及120Ar m s 之Im a x (Ar m s )的電流變壓器應該分別具有關於半正弦波整流電流的額外最大峰值28.3Ao p 、56.6Ao p 、84.9Ao p 、141Ao p 及170Ao p 之20 . 5 ．Im a x (Ao p )。因此，嚴格而言，具有關於正弦波交流電流的額定最大有效電流值60Ar m s 、100Ar m s 及120Ar m s 之Im a x (Ar m s )的電流變壓器並不適合應用於如藉由額定最大有效電流值Im a x (Ar m s )所決定並在標準IEC 62053－21條件下設計的靜態型電能表。只有分別具有關於正弦波交流電流的額定最大有效電流值20Ar m s 及40Ar m s 之Im a x (Ar m s )的電流變壓器才可用於藉由額定最大有效電流值Im a x (Ar m s )所決定並在標準IEC 62053－21條件下設計的靜態型電能表。
例如，為將從以上說明之電流變壓器選擇的一電流變壓器應用於具有關於在IEC標準中界定之正弦波交流電流的額外最大有效電流值60Ar m s 之Im a x (Ar m s )的靜態型電能表，必須使用具有關於正弦波交流電流的額外最大有效電流值100Ar m s 之Im a x (Ar m s )的電流變壓器。另外，不可選擇以上說明的任一電流變壓器，其係用於具有關於如藉由IEC標準所決定的正弦波交流電流之由IEC標準所決定的額定最大有效電流值120Ar m s 之Im a x (Ar m s )的靜態型電能表。此外，以上說明的電流變壓器分別具有關於具過分性能之正弦波交流電流的額定最大有效電流值20Ar m s 及40Ar m s 之Im a x (Ar m s )，因為其分別具有關於半正弦波整流電流的最大峰值36Ao p 及72Ao p 之20 . 5 ．Im a x (Ao p )。然而，依據IEC標準，該等值應該分別為28.3Ao p 及56.6Ao p 。因此，與所說明的尺寸相比，應該減小該等電流變壓器的尺寸。
如上所述，需揭示電磁規格並且磁蕊與電流變壓器之設計的方式較佳適合於靜態型電能表所需的IEC標準IEC62053－21。雖然美國專利第6,563,411B1號說明對欲加以併入於IEC(IEC 1036，其係與IEC 61036相同，該舊標準對應於IEC 62053－21)下界定之靜態型電能表中的電流變壓器及磁蕊之某些品質要求，但是揭示用於設計應用於藉由IEC標準IEC 1036所決定之靜態型電能表的磁蕊及電流變壓器之品質指南並不夠。
本發明之額外方面及/或優點將部分在以下說明中加以提出，並且將部分從該說明中明白，或可藉由本發明之實務加以瞭解。
依據本發明之一具體實施例，較小尺寸的電流變壓器仍可以測量所需精度範圍內的電流值，即使該電流變壓器包含正弦波交流電流及/或半正弦波整流電流亦如此。藉由其中將正弦波交流電流與半正弦波整流電流的靜態型電能表輸入於較小尺寸的電流變壓器中，可以在所需精度範圍內測量功率消耗。
為解決以上說明的問題，提供一電流變壓器以偵測初級繞組中具有一最大有效電流值Im a x (Ar m s )與一頻率f(Hz)的正弦波交流電流及具有一最大峰值Ip e a k (Ao p )與一頻率f(Hz)的半正弦波整流電流，該電流變壓器由具有一匝式初級繞組及與一偵測電阻器連接的至少一個多匝式次級繞組之至少一個磁蕊組成。依據本發明之一具體實施例之一電流變壓器的特徵為將磁蕊之有效斷面Ae 決定為：Ae Ae ( m i n ) ＊ (m2 )，其中，以及Bs 為磁蕊之飽和磁通量密度(T)，Ns 為次級繞組的匝數，RC u 為次級繞組的電阻(Ω)，Rb 為偵測電阻器的電阻(Ω)，以及Ae Ae ( m i n ) ＊ ＊ (m2 )，其中，以及 0.75×10－ 3 a1.25×10－ 3 (m/A0 . 5 )，以及8.0×10－ 3 b12.0×10－ 3 (m)，其中Di ( m i n ) 為磁蕊之內徑的最小值(m)，μr 為磁蕊的增量相對磁導率，μ0 為真空的磁導率4π×10－ 7 (H/m)，以及φ為電流變壓器的相差(rad)，並且平均磁路徑長度le 滿足le le ( m i n ) ＊ (m)，其中 ，以及，其中T＝1/f：週期(s)以及le le ( m i n ) ＊ ＊ (m)，其中le ( m i n ) ＊ ＊ ＝π(Di ( m i n ) ＋1.5×10－ 3 )(m)。
依據本發明之一具體實施例的電流變壓器仍可以偵測預定精度範圍內的電流值，即使該電流包含正弦波交流電流與半正弦波整流電流亦如此。此外，依據本發明之一具體實施例，初級繞組中的半正弦波整流電流之最大峰值Ip e a k (Ao p )係等於藉由初級繞組中具有最大有效電流值Im a x (Ar m s )與頻率f(Hz)的正弦波交流電流之半正弦波整流所獲得的值20 . 5 ．Im a x (Ao p )。此確保電流變壓器較佳地適合於相對較小尺寸的靜態型電能表以接受藉由代表性標準IEC 62053－21決定之用於家庭及工業的負載電流之直接輸入。
依據本發明之一具體實施例，磁蕊之有效斷面Ae 滿足 以及Ae cAe ( m i n ) ＊ ＊ (m2 )，其中 並且平均磁路徑長度le 滿足 以及le dle ( m i n ) ＊ ＊ (m)，其中
在此類條件下，可以最小化電流變壓器的尺寸而不減小測量精度。因此，如以上所說明，可以在較小尺寸的電流變壓器中併入能夠測量所需精度範圍內的功率消耗且接受包含正弦波交流電流與半正弦波整流電流的負載電流之直接輸入的靜態型電能表。
現在詳細參考本發明之具體實施例，其範例在附圖中加以說明，在所有該等附圖中相同參考數字指相同元件。以下說明具體實施例以藉由參考圖式而說明本發明。
本發明之一具體實施例係關於一電流變壓器，依據該變壓器可以在所需精度範圍內測量電流值，即使該電流包含依據界定用於其中直接輸入負載電流的家庭使用與工業使用之相對較小尺寸的靜態型電能表之代表性標準IEC 62053－21的正弦波交流電流與半正弦波整流電流亦如此。
在具有一有效電流Ip ( r m s ) (Ar m s )及一頻率f的零對稱正弦波交流電流係在一匝式初級繞組2中流動的情況下，如下說明圖1中顯示的電流變壓器之操作。
此處假定磁蕊1之B－H迴路為線性，並且與初級繞組2中具有一有效電流值Ip ( r m s ) (Ar m s )的正弦波交流電流相比，勵磁電流係可忽略地小。若磁蕊1並未飽和，則下列等式滿足相等安匝之定律。
Ip ( r m s ) ＝Ns ．Is ( r m s ) (A) (25)Ns ：次級繞組3的匝數因此，藉由等式(25)決定之具有一有效電流值Is ( r m s ) 的零對稱正弦波交流電流在次級繞組3中流動。
另一方面，於此情況下在次級繞組中感應的電壓Vs 之有效值Vs ( r m s ) 係藉由下列等式所界定：Vs ( r m s )＝Is ( r m s ) ．(RC u ＋Rb )(V) (26)RC u ：次級繞組3之繞組電阻5(Ω)Rb ：偵測電阻器4之電阻(Ω)。
可藉由等式(25)及(26)得到下列等式：
圖2顯示非飽和磁蕊1之動態B－H迴路的概念圖，在該磁蕊中將零對稱正弦波交流電流輸入於一電流變壓器之初級繞組2中，其中Vs ( r m s ) ＝4.44．f．Ns ．Ae ．Bm (V)，其中 (28)Ae ：磁蕊1之有效斷面(m2 )，以及Bm ：磁蕊1之操作磁通量密度(T)。
因此，根據等式(28)，藉由下列等式決定磁蕊1之有效斷面Ae ：
當磁蕊1並未飽和時獲得等式(29)。於此條件下，當在初級繞組2中流動的正弦波交流電流之最大有效電流值為Im a x (Ar m s )時，應該藉由下列條件決定磁蕊1之有效斷面Ae ：
藉由下列各項決定磁蕊1之內徑的最小值Di ( m i n ) (m)：初級繞組2之線徑、用於次級繞組3之繞組空間、用於初級繞組2與次級繞組3之間的隔離測試之空間、以及用於磁蕊1所需的外殼及絕緣塗層之必要空間。雖然磁蕊的內徑應該提供用於藉由初級繞組2之線徑決定的一匝式初級繞組2之空間及用於該繞組的空間，但是已決定實務上足以將直徑Di ( m i n ) 界定為等於正弦波交流電流的最大有效電流值Im a x (Ar m s )之0.75倍至1.25倍的根值。然而，為具有用於次級繞組3的繞組之空間、用於初級繞組與次級繞組之間的隔離之空間、及用於外殼或絕緣塗層之空間，考量樹脂外殼之厚度、樹脂塗層之厚度、絕緣外殼之厚度或絕緣塗層之厚度，已決定若將必要空間保持為在8 mm至12 mm之間的值，則該必要空間實務上已足夠。
因上述限制，所以磁蕊1的最小值Di ( m i n ) 應該滿足下列等式：，其中 (10) 0.75×10－ 3 a1.25×10－ 3 (m/A0 . 5 )，以及 (11)
使用磁蕊之以上界定的最小值Di ( m i n ) 及實務上的最小直徑1.5mm，考量可在工廠加以製造且可靠的磁蕊之最小厚度，可以藉由下列等式決定磁蕊之平均磁路徑長度的最小值le ＊ ＊ ：le ＊ ＊ ＝π(Di ( m i n ) ＋1.5×10－ 3 )(m)。 (18)
根據等式(5)，可以藉由下列等式決定電流變壓器之相差：
因為等式(30)中的餘弦δ對欲用於電流變壓器的磁蕊而言為約1，所以可以獲得下列表達式：
為將相差φ限制於所需要的值範圍，藉由下列等式決定磁蕊1之有效斷面Ae ＊ ＊ ：
可以從等式(18)及(32)得到下列等式：
根據製造電流變壓器及減小與預定值比較的相差以將測量精度限制在所需值範圍內之實務要求，可以獲得用於決定磁蕊1之有效斷面Ae ＊ ＊ 的下列條件： ，以及 (9)，其中 (10) 0.75×10－ 3 a1.25×10－ 3 (m/A0 . 5 )，以及 (11)
於藉由具有頻率f之正弦波交流電流之半波整流獲得的具有峰值Ip ( o p ) 之半正弦波整流電流在一匝式初級繞組2中流動的情況下，如下說明圖1所示的電流變壓器之操作。B－H迴路係假定為線性並且勵磁電流與初級繞組2中具有峰值電流值Ip ( o p ) 之半正弦波整流電流相比係可忽略地小。
具有峰值Ip ( o p ) 的半正弦波整流電流之瞬間值可藉由電流之傅立葉展開加以表示為時間t相依函數i( t ) ，如以下所示：
如從等式(34)所瞭解，具有峰值Ip ( o p ) 的半正弦波整流電流包含直流電流成分Ip ( o p ) /π。藉由以下等式(35)所界定的直接磁場HD C b i a s 對磁蕊1直接進行偏壓，而且疊加等式(34)中表示的其他交流電流成分。此操作係概念地顯示在圖3中。
可以藉由下列等表示對應於直接磁場HD C b i a s 的直接磁通量密度BD C b i a s ：
在此情況下，可以在下列等式中說明最大磁場Hm 與最大磁通量密度Bm ：，以及 (37)
因此，應該在無需使磁蕊1飽和的情況下滿足得自等式(37)的下列等式：
當具有峰值Ip ( o p ) 的半正弦波整流電流在電流變壓器之初級繞組中流動而且磁蕊1並未飽和時，在圖4中概念地說明次級繞組3之端子電壓Vs 的波形。此處，圖4中顯示的端子電壓變化△Vs 可藉由取決於次級繞組3中的電流變化△Is 之下列等式加以表示：△Vs ＝△Is (RC u ＋Rb )(V)。 (40)
此電流變化△Is 可以依據相等安匝定律藉由下列等式加以界定：
使用等式(40)及(41)，可以如下界定用於端子電壓之變化△Vs的等式：
可藉由時間(t)相依函數vs (t)如下表示次級繞組中的端子電壓，其係在圖4中顯示的0至T/2之時間範圍內： 並且在T/2至T的時間範圍內，
在圖4中所說明的時間TV s 0 情況下次級繞組3中的端子電壓可以得自等式(43)：
可以從等式(45)獲得下列等式：
如圖4所示，當電壓變vs (t)為零時，可以藉由下列等式決定時間TV s 0 ：
如圖5中說明的之概念波形vs 所示，vs (t)在TV s 0 與(T/2)－TV s 0 之間的時間範圍內為正值，而且在(T/2)－TV s 0 t o 與T＋TV s 0 之間的時間範圍內為負值。
因為在該兩個時間週期中磁通量密度之變化△B應該相等，所以應該滿足下列等式：
藉由解等式(47)而獲得下列等式：
可以藉由下列等式決定對應於磁通量密度之變化△B的磁場之變化△H。
使用等式(37)及(49)，依據下列等式決定最大磁場Hm ：
因此，可以藉由下列等式決定當具有峰值Ip ( o p ) 的半正弦波整流電流於電流變壓器之初級繞組2中流動時在無需使磁蕊1飽和的情況下可以測量電流的限制條件： 其中Hs 為藉由下列等式決定的飽和磁場：
當提供磁蕊1之飽和磁通量密度Hs 、有效斷面Ae 及平均磁路徑長度le 時，可以藉由如得自等式(51)的下列等式表達在無需使磁蕊1飽和情況下欲加以測量的半正弦波整流電流之最大值Ip e a k ：
此外，可以藉由下列等式表達在無需使磁蕊1飽和的情況下測量具有最大峰值Ip e a k 之半正弦波整流電流所需要的平均磁路徑長度之最小值le ( m i n ) ：
已調查一電流變壓器，其用於偵測依據上述分析結果、如表1所指定的正弦波交流電流與半正弦波整流電流。使用由具有表2所示的磁特徵之Fe基非晶金屬製造的磁蕊1。
磁蕊1之最小有效斷面Ae ( m i n ) ＊ 可以藉由如得自等式(7)的下列等式所表達，以便在無需使磁蕊1飽和的情況下測量正弦波交流電流之最大值Im a x ：
考量等式(7)及(53)，有效斷面Ae ( m i n ) 將滿足下列表達式：
磁蕊1之最小直徑Di ( m i n ) 將滿足如得自等式(10)的下列等式：
使用等式(11)中a的中值1.0×10－ 3 及等式(12)中b的中值10×10－ 3 ，可以獲得用於最小直徑Di ( m i n ) 的下列值：Di ( m i n ) ＝7.75a＋b＝7.75×1.0×10－ 3 ＋10×10－ 3 ＝17.7×10－ 3 m。 (56)
可以藉由將Di ( m i n ) (＝17.7×10－ 3 m)及自表1及2的其他常數代入等式(9)來獲得實務上需要的磁蕊1之最小斷面Ae ( m i n )＊ ＊ ：
有效斷面將滿足如得自等式(8)及(58)的下列條件：
因此，磁蕊1之有效斷面為9.41 mm2 ，其為用於滿足等式(54)及等式(58)的最小值。
可以如下得到在無需使磁蕊1飽和的情況下測量半正弦波整流電流之最大峰值Ip e a k 所必需的磁蕊1之有效斷面的最小值le ( m i n ) ＊ 。可以藉由如得自等式(16)的下列等式來決定當次級繞組3之端子電壓變為零的時間TV s 0 。
藉由將以上的TV s 0 ＝1.03ms及自表1及2的其他常數代入等式(14)，可以藉由下列等式表達平均磁路徑長度之最小值：
因此，磁蕊1之平均磁路徑長度le ＊ 將滿足如得自等式(13)及(60)的下列條件：
可以依據下列等式，藉由使用等式(56)中的Di ( m i n ) ＝17.7×10－ 3 m來修改等式(18)中說明的平均磁路徑長度之最小值le ( m i n ) ＊ ＊ ：le ＊ ＊ ＝π(Di ( m i n ) ＋1.5×10－ 3 )＝π(17.7×10－ 3 ＋1.5×10－ 3 )＝60.3 mm。 (62)
因此，磁蕊1之平均磁路徑長度le ＊ 將滿足如得自等式(17)及等式(62)的下列表達式：
在上述條件下，平均磁路徑長度le 係決定為60.3mm，其為用於滿足等式(61)及等式(63)的最小值。
表3顯示藉由上述分析所設計的磁蕊1之規格。
已確認，具有磁蕊1並具有表3中說明的尺度及磁特徵、一匝式初級繞組2、具有55Ω的電阻以及12.5Ω的偵測電阻之2500匝次級繞組之圖1所示的電流變壓器可滿足如表1所示的規格。
已調查實務上允許用於有效斷面Ae ( m i n ) 、藉由等式(6)及(8)界定的上限，與藉由等式(13)及(17)界定的平均磁路徑長度le 。調查已確認，若將上限界定為分別藉由等式(6)及(8)與等式(13)及(17)界定的有效斷面Ae ( m i n ) 及平均磁路徑長度le 之值的1.25倍，則可以產生實務上可靠的電流變壓器以在120℃的溫度情況下使用達十年週期。
此外，可以確認，若藉由等式(14)獲得的峰值係等於由具有最大有效電流Im a x (Ar m s )及頻率f(Hz)的正弦波交流電流之整流得到的值20 . 5 ．Im a x (Ao p )，則可以最小化電流變壓器之尺寸以較佳地適合於標準IEC 62053－21。
如從以上說明所瞭解，該範例中的電流變壓器可有利於偵測正弦波交流電流及半正弦波整流電流且併入於其中直接輸入正弦波交流電流及半正弦波整流電流之較小尺寸的靜態型電能表中。
雖然已顯示並說明本發明之少許具體實施例，但是熟習技術人士應瞭解可改變該等具體實施例而不脫離本發明之原理及精神，本發明之範疇在申請專利範圍及其等效物中加以界定。
1．．．磁蕊
2．．．初級繞組
3．．．次級繞組
4．．．偵測電阻器
5．．．繞組電阻
從結合附圖所進行的具體實施例之以上說明，將更輕易地瞭解並明白本發明之該等及/或其他方面與優點，在該等附圖中：圖1為顯示依據本發明之一具體實施例的一電流變壓器之一電路的方塊圖；圖2為顯示非飽和磁蕊1之動態B－H迴路的概念圖，在該磁蕊中將零對稱正弦波交流電流輸入於依據本發明之一具體實施例的一電流變壓器之初級繞組2中；圖3為顯示非飽和磁蕊1之動態B－H迴路的概念圖，在該磁蕊中將半正弦波整流電流輸入於依據本發明之一具體實施例的一電流變壓器之初級繞組2中；圖4為顯示當將半正弦波整流電流輸入於依據本發明之一具體實施例的一電流變壓器之初級繞組2中而且磁蕊1並未飽和時，次級繞組3中的端子電壓之波形的概念圖；以及圖5為詳細地顯示當將半正弦波整流電流輸入於依據本發明之一具體實施例的一電流變壓器之初級繞組2中而且磁蕊1並未飽和時，次級繞組3中的端子電壓之波形的概念圖。
1．．．磁蕊
2．．．初級繞組
3．．．次級繞組
4．．．偵測電阻器
5．．．繞組電阻

Claims (6)

  1. 一種用於偵測初級繞組中具有一最大有效電流值Im a x (Ar m s )與一頻率f(Hz)的正弦波交流電流及具有一最大峰值Ip e a k (Ao p )與一頻率f(Hz)的半正弦波整流電流之電流變壓器，其包括：至少一個磁蕊，其具有一匝式初級繞組及與一偵測電阻器並聯連接的多匝式次級繞組，而且具有由下列等式決定的該磁蕊之一有效斷面Ae ，其中Bs 為該磁蕊之一飽和磁通量(T)，Ns 為該次級繞組之一匝數，RC u 為該次級繞組之一電阻(Ω)，Rb 為該偵測電阻器之一電阻(Ω)，以及 8.0×10－ 3 b12.0×10－ 3 (m)，其中Di ( m i n ) 為該磁蕊之一內徑的一最小值(m)，μr 為該磁蕊之一增量相對磁導率，μ0 為一真空之一磁導率4π×10－ 7 (H/m)，以及φ為電流變壓器之一相差(rad)，並且該平均磁路徑長度le 滿足 ，其中T＝1/f：週期(s)，以及 le ( m i n ) ＊ ＊ ＝π(Di ( m i n ) ＋1.5×10－ 3 )(m)。
  2. 如請示項1之電流變壓器，其中該初級繞組中的該半正弦波整流電流之該最大峰值Ip e a k (Ao p )係等於藉由該初級繞組中具有一最大有效電流值Im a x (Ar m s )與一頻率f(Hz)的該正弦波交流電流之半波整流所獲得的該值20 . 5 ．Im a x (Ao p )。
  3. 如請求項1或請求項2之電流變壓器，其中該磁蕊之該有效斷面Ae滿足 以及Ae cAe ( m i n ) ＊ ＊ (m2 )，其中 並且該平均磁路徑長度le 滿足 以及le dle ( m i n ) ＊ ＊ (m)，其中
  4. 一種靜態型電能表，其中一正弦波交流電流與一半正弦波整流電流係輸入，而且併入有如請求項1之電流變壓器。
  5. 一種靜態型電能表，其中一正弦波交流電流與一半正弦波整流電流係輸入，而且併入有如請求項2之電流變壓器。
  6. 一種靜態型電能表，其中一正弦波交流電流與一半正弦波整流電流係輸入，而且併入有如請求項3之電流變壓器。
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