專利名稱：速飽和電流互感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種被稱為速飽和電流互感器的電氣磁性配件，配套用于智能型斷路器上，為斷路器控制器提供一個電流自生電源，是對公知的電流互感器的優(yōu)化。
背景技術：
通常的電流互感器是一種特殊的變壓器，它被廣泛應用于供電系統(tǒng)中向測量儀表和繼電器的電壓線圈或電流線圈供電。將一次回路中的大電流變?yōu)槎位芈分械臉藴市‰娏?，使測量儀表和保護裝置標準化、小型化。由于互感器一次側和二次側沒有電的聯(lián)系，只有磁的聯(lián)系，因而使二次設備與大電流部分隔離，且互感器二次側均接地，從而保證 了設備和人身的安全。速飽和電流互感器是從穿過磁芯的母線取得能量，變換為有磁芯穿過的次級繞組中的二次電流，為智能型斷路器中的控制器電路供電。其主要電氣特征是，穿心式母線作為一次繞組，匝數(shù)為I ;二次繞組被磁芯穿過；與通常的電流互感器不同，二次側在母線電流較小時向負載提供一定的功率輸出；而在母線電流超過預定值(過載或短路)時，輸出功率不再上升(或允許范圍內(nèi)上升很小)，以確?？刂破鞯恼９ぷ?。即速飽和電流互感器是一種可限制最高二次電流輸出的特殊電源變換器，可作為智能型斷路器的重要部件來提供可靠的電源。圖5為公知的電流互感器結構圖，包含磁路I、二次繞組2，輸出引線3 ;其中磁路I為疊裝或繞制的軟磁金屬片，完全環(huán)繞一次導體6 ;并且磁路I的下部4穿過繞組2成為二次繞組的磁芯，并用屏蔽罩或用聚酯薄膜粘膠帶做出防護結構5。這種磁路結構的電流互感器，在一次電流沒有達到讓軟磁材料磁飽和的很大電流范圍內(nèi)，具有較好的線性輸出特性。而當一次電流增加時，二次電流近似成比例增大，在滿足控制電路功能需求外，大部分成為剩余功率，以發(fā)熱的方式消耗在互感器和電子電路上，燒損電器元件，加速器件老化，為了可靠運行則需要增加各種散熱器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種速飽和電流互感器用來為智能斷路器提供自生電流電源，具有快速飽和特性，限制一次電流較大時輸出到控制器電子電路的功率；并具有結構合理、適應性強、安裝方便、精度可控等優(yōu)點。本發(fā)明通過下述技術方案實現(xiàn)一種速飽和電流互感器，包含鐵芯磁路、二次繞組、處理單元，鐵芯磁路環(huán)繞需要保護的電路導體，鐵芯磁路的一部分穿過二次繞組，構成二次繞組的磁芯，二次繞組通過導線輸出信號到處理單元，其特征在于鐵芯磁路由連接架、主磁片、輔助磁片經(jīng)疊裝連接成日字型；主磁片呈日字外周的口字型，用于組成主磁路；輔助磁片呈日字中部的一字型，用于組成分磁路。
進一步地主磁片疊裝后的厚度與輔助磁片疊裝后的厚度相同或不相同。主磁片的材料與輔助磁片的材料相同或不相同。連接架為一片鐵磁材料制成的日字型片體；若干主磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的外周部分連接；若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的中部橫條部分連接。連接架為兩片鐵磁材料制成的日字型片體； 若干主磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的外周部分連接；若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的中部橫條部分連接。連接架為一片或兩片非磁性材料制成的日字型片體；連接架為一片時，若干主磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的外周部分連接，若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的中部橫條部分連接；連接架為兩片時，若干主磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的外周部分連接，若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的中部橫條部分連接。連接架為一片或兩片非磁性材料制成的一字型片體；連接架橫向連接于主磁片的中部；連接架為一片時，若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的連接；連接架為兩片時，若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架連接。由于采用該結構，給本發(fā)明互感器性能帶來了新的諸多良好效果首先，包含分磁路結構后，電流互感器的輸出特性具有明顯非線性特點，可快速進入增長平臺期(即一次側電流增加幅度較大的情況下，電流互感器的輸出增加幅度較小或無增長的曲線區(qū)間)。這是因為鐵芯環(huán)繞的一次導體上流過低電流時，磁通主要通過含繞組磁芯的主磁路。當一次導體流過大電流時，磁感應增強，輔助磁片和主磁路間的氣隙有大量磁通流過，分磁能力增強；限制了繞組磁芯中的磁通和互感器的輸出功率。其次，連接架的日字型結構，既與主磁片重疊構成主磁路，又有局部與輔助磁片重疊形成分磁路；在滿足磁路功能要求的同時，起著連接、定位、固定作用，從而保證了氣隙的尺寸精度。最后，分磁路的結構特點方便了調(diào)整。由于輔助磁片獨立于主磁片，在數(shù)量上與主磁片可不同，以滿足不同的分磁要求，從而更好地實現(xiàn)同一殼架智能斷路器中不同額定電流規(guī)格互感器的系列化，適用性更強、節(jié)省了成本。


圖I-圖3分別是本發(fā)明一種速飽和電流互感器的結構圖的后視圖、側視圖、前視圖；圖4是分磁路的局部放大圖；圖5是公知的電流互感器；
圖6-圖8分別是本發(fā)明的一個實施例的后視圖、側視圖、前視圖；圖9-圖11分別是圖I方案的一個相關實施例的后視圖、側視圖、前視圖；圖12-圖14分別是上述方案中的連接架選用非磁性材料，某一特定形狀時的實施例的后視圖、側視圖、如視圖；圖15-圖17分別是通過增加輔助磁片來增加大電流下分磁效果的實施例的后視圖、側視圖、前視圖；圖18和圖19是本發(fā)明一種速飽和電流互感器的裝配關系示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種速飽和電流互感器，包含鐵芯磁路、二次繞組、處理單元，鐵芯磁路環(huán)繞需要保護的電路導體，磁路的一部分穿過二次繞組，構成二次繞組的磁芯，二次繞組 通過導線輸出信號到處理單元，鐵芯磁路是由主磁路和分磁路經(jīng)連接架連接形成的日字型磁路，其中分磁路與主磁路之間留有氣隙或部分留有氣隙；主磁路至少由口字型主磁片組成，分磁路至少由片狀或條狀的輔助磁片組成。分磁路由連接架局部和呈片狀或條狀的輔助磁片組成，位于一次導體和二次繞組之間，形成分磁區(qū)域。輔助磁片為不與主磁片為一體的獨立元件，通過兩處氣隙與主磁路連通，數(shù)量可不同于主磁片。在一次導體流過低電流時，磁通主要通過繞組磁芯所處的主磁路；一次導體流過大電流時，磁感應增強，輔助磁片和主磁路間的氣隙有大量磁通流過，分磁能力增強；限制了繞組磁芯中的磁通和互感器的輸出功率。下面結合附圖詳細說明。圖I-圖3是電流互感器鐵芯圖。I為鐵芯磁路，包括主磁路4和分磁路7 ;分磁路與主磁路之間部分留有氣隙；2為二次繞組；3為需要保護的一次電路導體，5為鐵磁材料制成的連接架，呈日字型片體。在本實施例中，連接架5的數(shù)量為一片；6是日字型連接架上不包含中間橫條部分8的外框；12為主磁片，呈口字型；外框6和主磁片12形狀尺寸相同，疊片組裝后形成主磁路，并環(huán)繞在一次電路導體周圍；主磁路上的局部18，位于口字下部，穿過二次繞組成為繞組磁芯。13為輔助磁片，呈片狀或條狀，8為日字型連接架上中間橫條部分，輔助磁片和橫條部分疊片組裝后構成分磁路。在本實施例中，優(yōu)先選用銅質或鋁質鉚釘進行疊裝鉚緊處理。分磁路位于一次導體3和二次繞組2之間，形成分磁區(qū)域。二次繞組2繞制在骨架11上，9、10為二次繞組2兩端的導線，連接到處理單元；15為主磁片上口字豎直邊的部分，輔助磁片13兩端通過氣隙14、17與兩豎直邊15相連；16為疊片孔位，其中連接架的中部8進行局部增寬并做出孔位，用于鐵芯磁路疊裝，疊裝方式可為鉚接或螺母連接。主磁片、連接架在繞組磁芯18的位置，側邊角部做出角縫，用于穿過骨架11。圖4是分磁路的局部放大圖。分磁路7由連接架上位于分磁區(qū)域的中部8和輔助磁片組成；圖示實施例中連接架的中部8為一窄條，并在局部進行增寬，在增寬部位設置兩個與輔助磁片13上對應的疊片孔位。圖6-圖8是本發(fā)明一種速飽和電流互感器的一個實施例。鐵芯磁路I由主磁路4和分磁路7組成；分磁路與主磁路之間部分留有氣隙；2為二次繞組，主磁路的下部18穿過繞組骨架11，成為繞組的磁芯；3為需要保護的一次電路導體，主磁路環(huán)繞一次導體；5為鐵磁材料制成的連接架，中間帶有一個局部片狀結構，使連接架結構上近似日字型；12為主磁片，上部為圓形，整體形狀近似口字型；連接架上的外框6和主磁片重疊，構成主磁路；13是輔助磁片，為一側帶弧形的條狀件；連接架上的中部8和輔助磁片組成分磁路；分磁路位于一次導體和二次繞組之間，形成分磁區(qū)域。分磁路與主磁路之間部分留有氣隙。9、10為導線，連接繞組兩端到處理單元；輔助磁片與主磁路上的局部15之間通過氣隙14、17連接；16為疊片孔位，用于鐵芯磁片的疊裝，疊裝方式可為鉚接或螺母連接。主磁片、連接架在繞組磁芯18的側邊角部位置做出穿片切縫，用于穿過骨架。特別的，從圖中可以看出，在該實施例中，連接架上位于分磁區(qū)域的中部8，與主磁路的連接截面較寬，中間形狀為帶弧形的條狀。圖9-11是圖I-圖3的一個相關實施例。其特點是，在鐵芯磁路中設置多片日字型連接架5的數(shù)量。圖中I為鐵芯磁路，2為二次繞組，3為需要保護的一次電路導體，鐵芯磁路由主磁路4和分磁路7組成，分磁路與主磁路之間部分留有氣隙；連接架5在該例中數(shù)量為兩片，6是日字型連接架上不包含中間部分8的外框，形狀尺寸同主磁片。為了疊裝操作方便，選擇將主磁片12放置在兩片連接架5的外框之間、連接架夾心疊裝主磁片的型式。兩片連接架上的6與主磁片重疊組成主磁路；8為日字型連接架上中間橫條部分，兩片連接 架上的8與輔助磁片13組成分磁路7 ;9、10為二次繞組兩端的導線，11為繞組骨架，15為主磁片上日字結構外框上豎直兩邊、輔助磁片與15之間存在氣隙14和17，16為疊片孔位、18為主磁路上位于口字下邊部分，其穿過繞組成為磁芯。本實施例與圖I-圖3所示的實施例的不同之處在于連接架、主磁片、輔助磁片三種零部件在鐵芯中設置的數(shù)量、比例。通過調(diào)整三者的數(shù)量、比例可以得到不同的磁路特性。其實現(xiàn)機制為連接架同時是主磁路和分磁路的組成部分，連接架的中部橫條8使得部分主磁路、分磁路無氣隙連接，這樣在小電流時，橫條8就可以小量分磁。但是控制其截面積使得分磁量有限，并更容易快速飽和。措施有如圖I中的限制單片連接架上的寬度和圖4中單片寬度較大時限制連接架數(shù)量。當一次電路導體中流過大電流時，磁感應增強，磁通穿過氣隙，輔助磁片構成的分磁路部分開始有效分磁。因此，調(diào)配三種磁片的數(shù)量、比例，可以得到不同的磁路參數(shù)，滿足不同的輸出特性需要，而不用改結構件，節(jié)省了開模成本。圖12-圖14為本發(fā)明的又一個實施例。I為鐵芯磁路，包括主磁路4和分磁路7，分磁路與主磁路之間留有氣隙；2為二次繞組；3為需要保護的一次電路導體，5為連接架，選用非磁性材料；6是連接架的兩端，搭接在主磁路的左右兩處；8為連接架的中間部分；導線9、10分別連接繞在骨架11上的漆包線兩端，它們的另一端連接處理單元；12為主磁片，呈口字型，并優(yōu)先使用銅質或鋁質鉚釘將疊片鉚緊組裝成主磁路，15為主磁片構成的口字型主磁路上的兩豎直邊；輔助磁片13呈片狀或條狀，疊裝成分磁路，兩端通過氣隙14、17與15相連；分磁路位于一次導體3和二次繞組2之間，形成分磁區(qū)域。主磁路環(huán)繞一次電路導體，處于口字下邊的條狀18穿過二次繞組成為繞組磁芯。16為疊片孔位，分布在主磁路和分磁路上，數(shù)量為5。除優(yōu)先選用的鉚接外，還可以用螺母、包扎、粘、焊等多種連接方式。主磁片在繞組磁芯18側邊角部做出角縫，用于穿過線圈骨架。該實施例的特點是，選用非磁性材料來做磁架。由此，磁架可有多種結構選擇可保持圖I、圖4的連接架日字型結構，從結構上看不出變化，但連接架無磁路功能，僅起到定位、連接作用。也可如圖6所示,連接架簡化成簡單條狀結構，無磁路功能，僅連接、固定輔助磁片，使之組合到主磁路上，保證氣隙值和精度。
圖15-圖17所示為本發(fā)明的再一個實施例。圖中I為鐵芯磁路，包括主磁路4和分磁路7 ;分磁路與主磁路之間部分留有氣隙；2為二次繞組；3為需要保護的一次電路導體，5為鐵磁材料制成的連接架，呈日字型片體，數(shù)量為一片；6是日字型連接架上不包含中間部分8的外框；12為主磁片，呈口字型；外框6和主磁片12形狀尺寸相同，疊片鉚緊后組成主磁路；主磁路環(huán)繞在一次電路導體；15是位于主磁路上的兩豎直邊，在左右兩圖中，位于一次導體左右兩側；18為主磁路上口字型的下邊橫條，穿過二次繞組成為繞組磁芯。13為輔助磁片，呈片狀或條狀，疊裝鉚緊到連接架的中間部分8上，并與8 —起組成分磁路；分磁路位于一次導體3和二次繞組2之間，形成分磁區(qū)域；輔助磁片兩端與15之間通過氣隙14、17連接。二次繞組繞制在骨架11上，9、10為連接二次繞組2兩端的導線，另一端連接到處理單元；16為疊片孔位，用于疊片后的組裝，本實施例優(yōu)先選用銅質或鋁質的鉚釘進行鉚緊處理，孔位設置在主磁路和分磁路上，數(shù)量為5。主磁片、連接架在繞組磁芯18的位置，側邊角部做出角縫，用于穿過二次繞組骨架。其特點是，在圖1、4、5所示的實施例的基礎上，增加了輔助磁片13的數(shù)量，使得分磁路在單片寬度受限時通過增加厚度來增加分磁路的有效截面積，增加通過的磁通，改變分磁能力來達到想要的效果，這充分利用了輔助磁 片獨立于主磁片的結構優(yōu)勢。同時，由于這一結構特點，輔助磁片可僅僅通過選用與主磁片不同材質的軟磁材料就可以實現(xiàn)不同分磁效果，無需重新設計結構和開模，節(jié)約了成本。圖18和圖19是本發(fā)明的基本型的裝配關系圖，圖18為其組成零部件及組裝不意，圖19為組轉后的整體。圖中2為二次繞組，用漆包線繞制在線圈骨架11上，線圈骨架中部為通孔；5是連接架，呈日字型結構；由中間橫條8和外圍部分6組成；12為主磁片，其形狀尺寸與6同。在連接架和主磁片的下底邊上，一端角部開出斜縫，該結構可以使得連接架和主磁片穿入骨架中間通孔。先后穿入后，連接架和主磁片可通過設置在對應部位的連接孔16疊緊，優(yōu)先采用銅質和鋁質的鉚釘進行疊片鉚緊。主磁片的12的形狀可近似看做為兩者疊片形成的主磁路4的磁路形狀，即主磁路的形狀為口字結構，環(huán)繞一次導體3。而主磁路的下邊條18穿過二次繞組，成為繞組磁芯。輔助磁片13，形狀為條狀或片狀，至少一片的輔助磁片通過疊片組裝到連接架上，連接位在連接架上的中間部分8，一起組成分磁路7。由連接架的結構決定了，分磁路位于一次導體和二次繞組之間。由于輔助磁片是一種獨立于主磁片的零部件，由其組成的部分分磁路，與主磁路并不直接相連，兩端和主磁路的兩豎直邊15之間存在氣隙14和17。導線9、10連接到二次繞組上，將繞組上的感應信號輸入到另一端連接著的處理單元?？梢钥闯觯B接架5、主磁片12和輔助磁片13在鐵芯磁路中至少各有I片。在以上各實施例中當連接架為一片時，主磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側，并且主磁片與連接架的外周部分連接；輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩偵牝并且輔助磁片與連接架連接。當連接架為兩片時，主磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的外周部分連接，輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架連接。
權利要求
1.一種速飽和電流互感器，包含鐵芯磁路、二次繞組、處理單元，鐵芯磁路環(huán)繞需要保護的電路導體，鐵芯磁路的一部分穿過二次繞組，構成二次繞組的磁芯，二次繞組通過導線輸出信號到處理單元，其特征在于 所述鐵芯磁路由連接架、主磁片、輔助磁片經(jīng)疊裝連接成日字型； 主磁片呈日字外周的口字型，用于組成主磁路； 輔助磁片呈日字中部的一字型，用于組成分磁路。
2.根據(jù)權利要求I所述的速飽和電流互感器，其特征在于 主磁片疊裝后的厚度與輔助磁片疊裝后的厚度相同或不相同。
3.根據(jù)權利要求I所述的速飽和電流互感器，其特征在于 主磁片的材料與輔助磁片的材料相同或不相同。
4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的速飽和電流互感器，其特征在于連接架為一片鐵磁材料制成的日子型片體； 若干主磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的外周部分連接； 若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的中部橫條部分連接。
5.根據(jù)權利要求1-3之一所述的速飽和電流互感器，其特征在于 連接架為兩片鐵磁材料制成的日字型片體； 若干主磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的外周部分連接； 若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的中部橫條部分連接。
6.根據(jù)權利要求1-3之一所述的速飽和電流互感器，其特征在于連接架為一片或兩片非磁性材料制成的日字型片體； 連接架為一片時，若干主磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的外周部分連接，若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的中部橫條部分連接； 連接架為兩片時，若干主磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的外周部分連接，若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架的中部橫條部分連接。
7.根據(jù)權利要求1-3之一所述的速飽和電流互感器，其特征在于 連接架為一片或兩片非磁性材料制成的一字型片體； 連接架橫向連接于主磁片的中部； 連接架為一片時，若干輔助磁片置于連接架單側或分置于連接架兩側并與連接架的連接; 連接架為兩片時，若干輔助磁片夾置于兩片連接架之間并與連接架連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種速飽和電流互感器，包含鐵芯磁路、二次繞組、處理單元，鐵芯磁路環(huán)繞需要保護的電路導體，鐵芯磁路的一部分穿過二次繞組，構成二次繞組的磁芯，二次繞組通過導線輸出信號到處理單元，其特征在于鐵芯磁路由連接架、主磁片、輔助磁片經(jīng)疊裝連接成日字型；主磁片呈日字外周的口字型；輔助磁片呈日字中部的一字型。主磁片疊裝后的厚度與輔助磁片疊裝后的厚度相同或不相同，主磁片的材料與輔助磁片的材料相同或不相同，連接架為鐵磁材料或非鐵磁材料。由于輔助磁片獨立于主磁片，在數(shù)量上與主磁片可不同，以滿足不同的分磁要求，從而更好地實現(xiàn)同一殼架智能斷路器中不同額定電流規(guī)格互感器的系列化，適用性更強、節(jié)省了成本。
文檔編號H01F27/245GK102800471SQ20111013808
公開日2012年11月28日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者南寅, 劉來桂 申請人:北京人民電器廠有限公司