專利名稱:電流比率標準器的設(shè)計方法及其產(chǎn)品的制作方法
電磁計量用或電力設(shè)備用電流比率標準器的設(shè)計方法和產(chǎn)品。
一種電流比率標準器的設(shè)計制造方法，以電流比率標準器中的音頻雙級電流互感器為例1.現(xiàn)有設(shè)計偏重于音頻低端精度，為了減小低頻端誤差，常用增大鐵芯截面和增加繞組匝數(shù)等方法，結(jié)果導(dǎo)至高頻端電容誤差增大，以T.M.Souders設(shè)計制造的雙級電流互感器為例，其低頻端誤差為0.1～0.2PPM，而高頻端誤差則大到11.6PPM。(見圖2)。
2.在多量限雙級電流互感器中，現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計時，為了減少電容誤差隨變比而變化，常在初級繞組的內(nèi)層和外層都加上靜電屏蔽，從而加大了對地電容，導(dǎo)至電容誤差增大。
3.為了減小雜散耦合，現(xiàn)有設(shè)計采用坡莫合金盒式磁屏蔽結(jié)構(gòu)，如圖4項3、4、5、6所示。從而使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、制造困難、繞組尺寸增大、電容誤差增大，并導(dǎo)至造價高、售價昂貴。主要材料消耗達本發(fā)明方法的8.3倍。
4.在P.N.Miljoncic文獻1中認為電流比率標準器設(shè)計時，所有尺寸都與它的鐵芯平均直徑成正比，當鐵芯內(nèi)孔增大時，則鐵芯及繞組尺寸將隨之增大，從而體積和重量增加，事實上經(jīng)推導(dǎo)上述關(guān)系并不存在，按該理論依據(jù)根本無法設(shè)計出高精度的雙級電流互感器。
現(xiàn)有技術(shù)中的雙級電流互感器的鐵芯結(jié)構(gòu)見圖5(國家計量科學(xué)院設(shè)計制造的)和圖3(美國T.M.Souders設(shè)計制造的)。
現(xiàn)有技術(shù)的參考文獻見表3。
發(fā)明的任務(wù)本發(fā)明的任務(wù)是提供一種電流比率標準器，特別是高精度、寬頻帶音頻電流互感器和電流比較儀的設(shè)計制造方法。
該任務(wù)是按權(quán)利要求
1所述技術(shù)特征來實現(xiàn)的。
1.設(shè)計時推翻了P.N.Miljoncic文獻1中所提的所有尺寸都與它的鐵芯平均直徑成正比的理論。而是盡量減少鐵芯截面積和繞組匝數(shù)，以使低頻端磁誤差與高頻端的電容誤差數(shù)值相等，根據(jù)公式(1)來計算初級繞組匝數(shù)和次邊繞組1的邊長;
NPBS=7.76×105P2(Rb+Rs)2KcT4K22μf2μrErf2minf2max(1+K1)2K36]]>(1)式中NP-初級繞組匝數(shù)，BS-次級繞組1的平均邊長;
P-鐵芯平均半徑;
RB-次級繞組負載電阻;
RS-次級繞組電阻;
T-最小變比;
μf-在最低工作頻率下的鐵芯復(fù)數(shù)導(dǎo)磁率，最低工作頻率很低且計算精度不高時可取直流導(dǎo)磁率;
Er-絕緣材料的相對介電系數(shù);
μr-絕緣材料的相對導(dǎo)磁系數(shù);
fmin-最低工作頻率;
fmax-最高工作頻率;
K1＝BP/BS;其中BP為初級繞組平均邊長(即平均匝長的1/4);
K2＝BS2/S;其中S為輔助鐵芯有效截面積;
K3＝(BP-BS)/dp;dp為靜電屏蔽與初級繞組間的絕緣厚度;
KC-電容誤差減小倍數(shù)，本設(shè)計取2～3，當采用初級繞組并聯(lián)補償時取10～20;采用等比例屏蔽時取1000;
2.取消初級繞組外層的靜電屏蔽，而以逆磁金屬外殼電磁屏蔽代替之，由于金屬外殼距繞組距離大，據(jù)C＝K (s)/(d) ，與原設(shè)計方案的靜電屏蔽相比，減少了繞組的對地電容，據(jù)實測，采用本設(shè)計結(jié)構(gòu)時，電容誤差減小，為原結(jié)構(gòu)的 1/2 以下。
3.為了減小電容誤差，必須減小繞組尺寸，使磁屏蔽的主鐵芯內(nèi)外徑與帶輔助鐵芯的具有絕緣層繞組的內(nèi)外徑相等。取消了坡莫合金盒式屏蔽，簡化了制造工藝和難度，在繞組均布的情況下，實測，雜散耦合引起的誤差在10-6以下。
按本設(shè)計方法制造的寬帶音頻雙級電流互感器和電流比較儀的鐵芯結(jié)構(gòu)如圖7所示。
應(yīng)用本設(shè)計方案制造高精度寬帶音頻雙級電流互感器和電流比較儀時，在工藝方面還應(yīng)注意如下幾點1.盡量使繞組截面呈正方形;
2.盡量使R2′/S與(RB+RS)/S2相等;式中R2為次邊2的電阻，(包括引線電阻)，S2為主鐵芯截面積。
3.當互感器原邊分幾段繞制，采用串并聯(lián)方法改變量程時，NP必須為n的整數(shù)倍;
4.除采用等比例屏蔽結(jié)構(gòu)之外，初級繞組應(yīng)為單層，且盡量減小半徑P。
按本設(shè)計方法制造的電流比率標準器的誤差可按公式(2)求得。
r=1.76×10-8fmax(1+K1)3TP2(Rb+Rs)2fmax(1+K1)Er2μ2rK32TK22μf2f2minKc2]]>應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計方法可制造高精度電流比率標準器，尤其適用于制造各種比率的寬帶音頻雙級電流互感器和電流比較儀。
實施例應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計方法制造的(5 10 25 50)/5寬頻帶音頻雙級電流互感器，其結(jié)構(gòu)如圖7所示，技術(shù)數(shù)據(jù)如下輔助鐵芯尺寸φ100/φ80×15;
主鐵芯尺寸2×φ110/φ90×10;
金屬外殼1mm銅板制成;
次邊繞組22×φ1.2 60匝;
次邊繞組1φ1.68 60匝;
靜電屏蔽0.08mm銅箔;
絕緣厚3mm;
原邊繞組φ1.68，10×6匝;
保護盒1mm銅板制成。
應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計方法制造的5～50/5寬帶音頻雙級電流互感器最大測量誤差為3.4PPM，為國外同類雙級電流互感器誤差的1/3.4，可定為0.0005級，比國外同類雙級電流互感器(0.02～0.05級)高2～3個精度級。
應(yīng)用本發(fā)明設(shè)計方法制造的5～50/5寬帶音頻雙級電流互感器為例，其特性曲線同圖1。
圖1，為本發(fā)明實施例(5 10 25 50/5)寬帶音頻雙級電流互感器特性曲線圖。
圖2，為T.M.Souders制造的2號雙級電流互感器特性曲線圖。
圖3，T.M.Souders制造的雙級電流互感器鐵芯結(jié)構(gòu)截面圖，圖中1帶保護盒的輔助鐵芯;2帶絕緣的次級2繞組;3Mu合金屏蔽盒;4主鐵芯。
圖4，常見的雙級電流互感器和電流比較儀鐵芯結(jié)構(gòu)截面圖。圖中1帶保護盒的輔助鐵芯;2帶絕緣的次級2繞組;3、4、5、6為主鐵芯，(并作磁屏蔽盒);7銅屏蔽盒。
圖5，為中國計量科學(xué)研究院制造的雙級互感器鐵芯結(jié)構(gòu)截面圖，圖中1、4主鐵芯;2帶保護盒的輔助鐵芯;3帶絕緣的次邊2繞組;5銅保護盒。
圖6，本發(fā)明實施例5 10 25 50/5寬帶音頻雙級電流互感器鐵芯結(jié)構(gòu)截面圖，圖中1、4主鐵芯;2帶保護盒的輔助鐵芯;3帶絕緣的次邊2繞組;5銅保護盒。
圖7，本發(fā)明的實施例5 10 25 50/5寬帶音頻雙級電流互感器的結(jié)構(gòu)圖，圖中1、10主鐵芯;2銅保護盒;3輔助鐵芯;4帶絕緣的次級2繞組;5銅保護盒;6帶絕緣次邊，繞組;7靜電屏蔽8帶絕緣的初級繞組;9銅質(zhì)外殼。
圖8，1為升流變壓器;2為被檢電流比率標準器;3為比率誤差裝置;4為本發(fā)明電流比率標準器。
主要材料消耗比較表表2
參考文獻表31.P.N.Miljancic“Capacitive error in current comparaton”IEEE Trans Instrum.Meas.IM-13 December 1964。
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6.張佑峰“具有新的屏蔽結(jié)構(gòu)一等比例屏蔽的電流互感器”電能測量文集P101-107，1981。
權(quán)利要求
1.一種電流比率標準器的設(shè)計、制造方法，特別適用于高精度、寬頻帶音頻雙級電流互感器和電流比較儀，其特征是按照公式(1)設(shè)計，采用逆磁金屬外NPBS=7.76×105P2(Rb+Rs)2KcT4K22μf2μrErf2minf2max(1+K1)2K36]]>…(1)殼屏蔽，主鐵芯內(nèi)外徑與帶輔助鐵芯的具有絕緣層繞組的內(nèi)外徑相等。
2.按照權(quán)利要求
1所述的設(shè)計制造方法，其特征是初級繞組匝數(shù)和次邊繞組1的邊長是由公式(1)確定的，以達到高低頻端誤差接近的一種設(shè)計方法。
3.按照權(quán)利要求
1、2所述的設(shè)計制造方法，其特征是取消初級繞組外層的靜電屏蔽，采用逆磁金屬外殼屏蔽以達到減少雜散耦合和電容誤差的一種設(shè)計方法。
4.一種按照權(quán)利要求
1所述的設(shè)計方法，其特征是主鐵芯內(nèi)外徑與帶輔助鐵芯，具有絕緣層的繞組內(nèi)外徑相等的設(shè)計方法。
5.一種電流比率標準器，其特征是按照權(quán)利要求
1、3、4所設(shè)計制造的電流比率標準器。
6.一種按權(quán)利要求
5所述的電流比率標準器，其特征是一種高精度、寬頻帶音頻雙級電流互感器。
7.一種按權(quán)利要求
5所述的電流比率標準器，其特征是一種電流比較儀。
專利摘要
一種電力設(shè)備及電磁計量裝置用電流比率標準器的設(shè)計、制造方法，特別適用于設(shè)計制造寬頻帶雙級電流互感器和電流比較儀。本發(fā)明按公式(1)
文檔編號G01R17/00GK85100355SQ85100355
公開日1986年8月20日 申請日期1985年4月1日
發(fā)明者陸郱, 李慶蓮 申請人:湘潭電機廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan