专利名称：电子式保护用供电电流互感器的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及一种为电子式控制器供电用电流互感器，特别是给低压断路器的电子 脱扣器(ETU)供电用的电流互感器。
背景技术：
低压断路器的电子式控制装置如电子脱扣器需要电力供应，一般是利用断路器自 身所带的电流互感器从一次主回路汲取能量，电能来自于流过一次穿芯导体的电流，电流 互感器二次线圈中的感应电流供应给电子脱扣器工作。当前，低压断路器用电子式控制器功能越来越强大，致使电子式控制器自身消耗 功率也越来越大。而与此同时，随着保护功能的完善，却要求电子式控制器的保护启动点越 来越低。根据2009年10月1日实施的我国国家标准GB/T22710-2008《低压断路器用电 子式控制器》的要求，在无辅助电源的情况下，主电路所有相电流不小于0.4Inan为额定 电流)时，控制器应能可靠工作，且必须能实现基本保护功能。而美国国家标准《ANSI Std C37. 17-1997》则要求，控制器必须能在无外接辅助电源的情况下完成过载和接地故障保护 功能。就接地保护功能而言，保护电流整定值为0. 21η lln，即要求一次主电路三相电流 最小整定到0. 21η或单相0. 41η时，控制器供电用互感器的二次输出足够大到能使得控制 器可靠工作，且必须能实现接地保护功能。因此，电子式控制器用供电电流互感器的设计必 须满足控制器的上述操作条件。也就是说，一方面，一次电流越小控制器所能保护的范围越 宽，另一方面，当一次电流如上所述足够小的情况下，又要求互感器能输出足够大的二次电 流。同时，我们知道，供电用电流互感器一般为带铁芯的电流互感器。在一定范围内， 铁芯互感器的输入和输出基本是成线性的，其二次电流是随一次电流的变化而变化的。当 一次电流达到其正常启动电流后，电流互感器此时所感生的能量足以维持控制器的可靠工 作，即控制器的功耗是一定的，而当一次电流再增大时，给电子式控制器供电的电流互感器 所感应产生的能量将远远超过电子式控制器正常工作所需的能量，需要将多余的能量通过 其他方式予以消耗掉，这势必需增加额外的耗能装置。因此，在电流互感器的二次输出满足 控制器工作所需后，如何在一个从常态到非常态的非常宽的一次电流范围内获得一个尽可 能稳定而非不断增长的二次电流输出，是这类电流互感器(通常称之为自生电源)面临的 另一大矛盾。长期以来，人们尚未找到一个理想的方案来同时满意地解决以上两方面的矛 盾。其难处不仅涉及到结构方案问题，而且还涉及到结构参数的优化匹配问题。人们应用电磁学原理已经设计出了一些电流互感器磁分路结构设计方案，这些主 磁路+分磁路+气隙方案归纳起来大概有以下两种。一种方案如美国专利US57^846A和中 国专利CN200110176191，其中主磁路和分磁路不是两个独立的磁路，气隙设置在分磁路中， 中国专利CN20010176191与美国专利US57^846A之间的区别是，前者的气隙厚度可变，而 后者的气隙厚度固定。另一种方案如中国专利CN1637968. B，其中第一磁路和第二磁路是两 个独立的各自成封闭环形的独立磁路，第一磁路与第二磁路操作连接，使得第二磁路在第一磁路主磁通量通过次级线圈的所述的芯之前吸收一定比例的主磁通量。上述现有技术存 在的共同缺陷是不能同时满足两个使用要求一是一次电流在0. 21η的足够小的情况下必 需满足控制器正常启动工作的要求；二是一次电流在大于IIn的足够大(特别是在一次电 流为过载电流或短路电流)的情况下，二次电流仍能保持稳定输出，且能保证控制器的正 常工作。在上述现有技术中，可变气隙的方案虽然从原理上看似乎对解决上述问题有益，但 由于参数匹配和可变气隙的变化精度、响应速度等多种因素，使该设计尚停留在理想化但 不能达到理想效果的不实用状态，而且反而导致结构复杂、装配调试困难等新的问题发生。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术顾此失彼的缺陷，提供一种电子式控制器用 的供电电流互感器，它既能在主电路一次电流增大超过额定电流1. OIn时保持二次电流稳 定输出，又能在一次电流出现过载、短路电流时，铁芯的温升低，从而提高了产品的使用寿 命和安全可靠性。本发明的另一个目的是提供一种电子式控制器用的供电电流互感器，它在主电路 一次电流不小于0. 21η时，所输出的二次电流能满足电子式控制器正常工作的要求。为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案。一种电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的第一铁芯磁路11和第二 铁芯磁路41，第一铁芯磁路11是由U字形铁芯12和一字形铁芯13相互连接在一起构成的 一个封闭环路，并且一次穿芯导体21从第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，供电二次线圈31 套装在第一铁芯磁路11的一字形铁芯13上，第二铁芯磁路41为开口形，第二铁芯磁路41 与第一铁芯磁路11的一字形铁芯13平行设置，并且第二铁芯磁路41的开口端与第一铁芯 磁路11之间通过空气隙71，72耦合。所述的一字形铁芯13的横截面的面积小于所述的U 字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13能比U字形铁芯12提前进入磁饱和。根据本发明的优选的实施方案，所述的U字形铁芯12的横截面的面积是一字形铁 芯13的横截面的面积的1. 2倍至3倍。所述的U字形铁芯12的中心长度是一字形铁芯13 的中心线长度的1. 5倍至4倍，最好所述的第一铁芯磁路11的U字形铁芯12和一字形铁 芯I3与其环绕的一次穿芯导体21之间的间隔为2 3mm，以使第一铁芯磁路11与其环绕 的一次导体21之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的 磁路长度最短。所述的一字形铁芯13刚进入磁饱和时对应的一次电流Il是一次主电路额 定电流h的0. 8倍至1. 2倍。所述的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11共面设置，以使 第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41之间流动的磁通保持原来的方向。并且，第二铁芯磁 路41的铁芯的横截面的面积等于第一铁芯磁路11的U字形铁芯12的横截面的面积。所述的第二铁芯磁路41的开口端与第一铁芯磁路11之间的两个空气隙71，72是 固定的空气隙，它们分别位于一字形铁芯13与U字形铁芯12的两个相交处，且位于所述的 供电二次线圈31的两侧。所述的两个固定空气隙71，72的厚度为0. Imm至2mm。所述的2 个固定空气隙71，72厚度相等，其中分别填有固体的非铁磁物质。根据本发明提供的又一种电子式控制器用供电电流互感器，包括第一铁芯磁路11 和第二铁芯磁路41，第一铁芯磁路11是由U字形铁芯12和一字形铁芯13相互连接在一起 构成的一个封闭环路，一次穿芯导体21从该封闭环内穿过，供电二次线圈31套装在所述一字形铁芯13上，第二铁芯磁路41为开口形，它与所述一字形铁芯13平行设置，并且第二铁 芯磁路41的开口端与第一铁芯磁路11之间通过空气隙71耦合。所述的一字形铁芯13的 横截面的面积小于所述的U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字形铁芯13能比U字形 铁芯12提前进入磁饱和。所述的U字形铁芯12的中心长度是一字形铁芯13的中心线长 度的1. 5倍至4倍，以使第一铁芯磁路11与其环绕的一次导体21之间具有良好的电气隔 离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的磁路长度最短。所述的第二铁芯磁路 41的开口端并联连接在位于供电二次线圈31 —侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相 交处，第二铁芯磁路41的另一端通过一个固定空气隙71耦合在位于供电二次线圈31另一 侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处。本发明的供电用电流互感器根据一次电流大小设计，当穿过互感器的一次电流增 大后，通过第二磁路分流部分主磁通，从而达到平缓供电二次线圈电流输出曲线的目的。而 且，由于本发明的主磁路结构设计使主磁路长度远远短于现有技术，磁路越短，磁阻越小， 在初级电流不大的情况下，本发明能在一次电流较小时，获得较大的供电二次线圈电流输 出，满足电子式控制器的正常工作。本发明按所建1600A互感器模型已通过电磁场仿真验 证其原理，仿真结果表明在一次电流足够小的情况下，本发明模型输出的二次电流可以使 电子脱扣器获得比现有技术宽得多的保护范围，在无辅助电源的情况下，一次主电路所有 相电流不小于0. 41η时或三相电流不小于0. 21η即320A时，二次供电线圈输出100mA，已远 达到电子式控制器的启动工作点。而且，当一次电流达到51η即8000A左右时，二次供电线 圈输出500mA，限制二次供电线圈输出效果明显。证明了本发明装置具有更佳的供电输出能 力，提高了电流互感器供电输出的整体性能，保证电子式控制器正常工作而无须额外增加 耗能装置。
图1是本发明的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例的结构示意图。图2至图4是本发明的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例工作原理示 意图。图5是本发明的电子式控制器供电用电流互感器的第二实施例的结构示意图。图6是本发明的电流互感器采用不等截面与等截面对比实验效果曲线图，位于上 面的曲线代表具有等截面第一铁芯磁路的电流互感器的效果。下面的曲线是在一字形铁芯 13的横截面的面积略小于U字形铁芯12的横截面的面积的条件下作出的，代表本发明不等 截面第一铁芯磁路的效果。
具体实施例方式图1是本发明的电子式控制器供电用电流互感器的第一实施例。如图1所示，本 发明的电子式控制器供电用电流互感器包括一个封闭环形的独立的第一铁芯磁路11、一个 U形的独立的第二铁芯磁路41、一个绕在第一铁芯磁路11上的供电二次线圈31。在图1所 示的实施例中，标号12为冲制好的“U”形铁芯，13为“一”字铁芯，第一铁芯磁路11由U字 形铁芯12和一字形铁芯13连接组成，通过连接使得U字形铁芯12和一字形铁芯13成为 一体。本发明的供电电流互感器由塑料外壳固定、封装，外壳上开有用于一次穿芯导体21穿过的通槽，并且该通槽与所穿过的一次穿芯导体21紧密配合，第一铁芯磁路11套在一次 穿芯导体21外，允许一次穿芯导体21从环绕它的第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，一次 穿芯导体21构成第一铁芯磁路11的一次线圈。供电二次线圈31由绕于线圈骨架32上的 漆泡线包33构成，它套装在第一铁芯磁路11的一字形铁芯13部分上，这种套装是在一字 形铁芯13与U字形铁芯12连接前完成的。先分别将“U”字形、“一”字冲片叠片铆紧或焊 接牢固后，装配好线圈31，再将两者拼装成围绕一次穿芯导体21的闭合形状，接缝处焊接 牢固，形成独立的第一铁芯磁路11，用塑料外壳定位和封装互感器。如图1-4所示，第二铁芯磁路41为一冲制好的短“U”形铁芯，具有与第一铁芯磁 路不同的磁导率，所述的第二铁芯磁路41位于第一铁芯磁路11的“一”字硅钢一侧，它靠近 第一铁芯磁路11上装有供电二次线圈31的一侧，其开口的两端位于所述供电二次线圈31 的两侧，并且呈U字形的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11之间保持有两个间隙，这两个 固定空气隙71，72分别位于所述的供电二次线圈31的两侧，更确切地说，两个固定空气隙 71，72分别位于所述的第一铁芯磁路11的一字形铁芯13与U字形铁芯12的两个相交处， 第二铁芯磁路41的两端通过两个固定空气隙71，72与第一铁芯磁路11这样耦合，使得由 一次穿芯导体21内流过的一次电流导致U字形铁芯12内的主磁通按照图2至图4所示的 原理流动。当流过一次导体21的电流为低数值时，磁通主要经过绕有二次供电绕组的第一 铁芯磁路。在高电流时，磁感应增强，磁通的大部分经过所述的两个气隙通过由第二铁芯磁 路构成的分磁路。本发明的电流互感器通过非线性电流特性曲线限制了剩余功率提供到控 制器电子电路和消耗在互感器上。上面所说的耦合，是指第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41之间互不接触，或者说 它们之间通过固定空气隙71，72隔着，为了按需限制二次供电线圈31的输出，它们之间存 在有条件的气隙磁路的变化关系。具体说，在主磁通较小的情况下，从第一铁芯磁路11流 到第二铁芯磁路41中的磁通极小，小到完全可以忽略不计的程度，只有在主磁通较大时， 才会有部分主磁通明显地从第一铁芯磁路11流入第二铁芯磁路41所形成的磁并联路径。 本发明的第一铁芯磁路11的一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面 的面积，以使一字形铁芯13内的磁通密度高于U字形铁芯12内的磁通密度，从而使得在主 磁通达到一定值时，一字形铁芯13比U字形铁芯12提前进入磁饱和。由电磁学理论可得 U字形铁芯12内流动的主磁通与一次穿芯导体21内流过的一次电流有关，而供电二次线圈 31输出的二次电流与一字形铁芯13内流过的磁通有关。在一字形铁芯13和U字形铁芯12 都处于非磁饱和阶段时，一次电流与二次电流之比值是定值；而在一字形铁芯13处于磁饱 和状态且U字形铁芯未处于磁饱和状态的阶段，则一次电流与二次电流之比值不是定值， 具体说，一次电流的增大不会导致已处于磁饱和的一字形铁芯13的磁通增加，从而不会使 供电二次线圈31内感应到的二次电流随之加大。因此，一字形铁芯13横截面的面积小于 U字形铁芯12的横截面的面积的设计，导致了一字形铁芯13比U字形铁芯12先进入磁饱 和，而一字形铁芯13进入磁饱和后的磁通不再受一次电流的增大而增大，亦即使得二次电 流不再受一次电流的增大而增大，从而使得二次电流保持稳定。由于固定空气隙71，72的 磁导率很小，而第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41的磁导率很大，所以在主磁通不超过设 定值时，第一铁芯磁路11内的主磁通不会大量地越过固定空隙71，72而进入第二铁芯磁路 41，而这个设定值取决于固定空气隙71，72的厚度。根据产品的不同要求，调整固定空气隙(71,72)的厚度，便可获得理想的设定值。本发明的固定空气隙71，72的技术特征和一字形 铁芯13的横截面的截面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的技术特点的组合，使得本 发明的电流互感器具有以下三级稳定二次电流的效果第二铁芯磁路41分流磁通、一字形 铁芯13磁饱和平抑二次电流、U字形铁芯12磁饱和平抑主磁通。而现有技术的电流互感器 最多只有以下两级稳定二次电流的效果第二磁路(或分磁路)分流主磁通、第一磁路(或 主磁路)饱和平抑主磁通。由于本发明的具有三级稳定二次电流的功能，所以可产生以下 显著效果降低启动电流值，即在较小的一次电流(如0.21η)的情况下，二次电流的输出就 能满足控制器可靠工作的要求；在较宽的正常的一次电流范围(如0.21η h)内都能获 得二次电流的理想稳定输出；在一次电流超过额定电流的情况下，能维持控制器正常工作， 并保证互感器、控制器不被损坏。将本发明的上述技术特征所产生的三级稳定二次电流的 功能，与现有技术的二级稳定二次电流的功能相比，其主要区别在于以下两点本发明的互 感器第一铁芯磁路的设计，保证了当一次回路电流较小(如0.21η)时获得能满足控制器可 靠工作要求的较大的二次供电线圈输出，而现有技术不能；本发明的互感器能在较宽的正 常的一次电流范围(如0.2 IIn)内都能获得二次电流的理想的稳定输出，而现有技术 不能，只能在较窄的正常的一次电流范围(如0.4 IIn)内才能保证二次电流的理想的 稳定输出O从上描述可见，图1所述的实施例一的2个固定空气隙71，72分别位于一字铁芯 13与U字形铁芯12的相交处，这是一个优选的方案，其优点是，U字形铁芯12的主磁通可 直接分流到第二铁芯磁路41，这个分流不经过一字形铁芯13，所以它所分流的磁通量不会 受一字形铁芯13的磁饱和限制，相反，在一字形铁芯13越趋于磁饱和状态，则第二铁芯磁 路41所分流的磁通越多。当然，如果固定空气隙71，72设置在远离所述的相交处，不管它 们设置在一字形铁芯13 —侧或U字形铁芯12 —侧，都会影响第二铁芯磁路41分流磁通的 效果。图5是本发明的电子式控制器供电用电流互感器第二实施例的结构示意图，展示 了一种第一实施方式的主磁路和分磁路的变换方式。如图5和图1所示，第二实施例与第 一实施例之间的区别在于，本实施例取消了一个固定空气隙，只包括一个固定空气隙71，而 且主磁路和分磁路的一端是连续的，铁芯硅钢冲片方式也因此不同。如图5所示，本发明的 一种电子控制器用供电流互感器包括一个由U字形铁芯12和一个一字形铁芯13连接组成 的封闭环形的第一铁芯磁路11、一个U形的第二铁芯磁路41、一个供电二次线圈31，一次 穿芯导体21从第一铁芯磁路11的封闭环内穿过，供电二次线圈31套装在一字形铁芯13 上。所述的一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积，以使一字 形铁芯13能比U字形铁芯12提前进入磁饱和。第二铁芯磁路41的一端并联连接在供电 二次线圈31 —侧的一字形铁芯13与U字形铁芯12的相交处，第二铁芯磁路41的另一端 是开口端，它通过1个固定空气隙71耦合在供电二次线圈31的另一侧的一字形铁芯13与 U字形铁芯12的相交处。这里所述的并联连接，是指将第二铁芯磁路41的一端、一字形铁 芯13的一端、U字形铁芯12的一端均固定连接在一起，而且这种连接使得磁通在第二铁芯 磁路41、一字形铁芯13、U字形铁芯12之间能正常流动。有关上述第二实施例的相关术语 与上述第一实施例的相关术语通用，所以在此对第二实施例的与第一实施例相同的相关术 语不再作重复的进一步描述。第一实施例的固定空气隙71，72是在第一铁芯磁路11和第二铁芯磁路41的装配过程中形成的，而第二实施例的固定空气隙71是在第一铁芯磁11和 第二铁芯磁路41的固定连接过程中形成的，这种区别会导致本发明的第二实施例与第一 实施例在生产工艺有所区别。第一实施例在两个磁路之间为2个固定空气隙，而第二实施 例只有一个固定空隙，这种区别会导致二次电流输出曲线有所差异，这种不同可选配不同 型号的产品，本实施例的气隙大小更方便保证，加工、装配工艺上更好控制。。下面结合图2至图4进一步描述本发明电流互感器的工作原理。为了便于描述， 将启动电流(能满足控制器可靠工作的最小一次电流)定义为Itl，一字形铁芯13刚进入磁 饱和时所对应的一次电流定义为I1,U字形铁芯12刚进入磁饱和时所对应的一次电流定义 为I2，一次额定电流为In，实际状态下的一次电流定义为I。图2所示的是互感器一次电流 I处于小电流区的磁通分配情况，在此状态下的第二铁芯磁路41基本不分流磁通，主磁通 基本都从一字形铁芯13内流过，处于小电流区的一次电流I至少大于Itl,以确保二次电流 能尽快到达满足控制器可靠工作的程度，并且处于小电流区的一次电流I不能超过I1,因为 I越接近I1，则第二铁芯磁路41分流磁通的趋势越强烈。通过设定理想的固定空气隙71， 72的厚度，可设定第二铁芯磁路41明显分流磁通的起点，该起点对应的一次电流Ia应满足 以下条件山< Ia彡‘由此可见，在设定Ia < I1的条件下，便实现了由第二铁芯磁路41 分流磁通所产生的第一级稳定二次电流的功能。据实验所得，当两个固定空气隙71，72分 别设定在0. Imm至2mm范围内，便可获得理想的IA。图3所示是处于常态负载电流区的一 次电流I情况下的磁通分配情况；在此状态下的第二铁芯磁路41分流磁通，U字形铁芯12 中的主磁通不仅从一字形铁芯13流过，而且还从第二铁芯磁路4流过。通过合理设定一字 形铁芯13与U字形铁芯12的横截面的面积比，便可设定一字形铁芯13刚进入磁饱和的起 点I1,理想的I1的设定应满足以下两个条件=I1 > Ia，且0.8 彡I1 ( 1.21η。当I1过于 小于额定电流^时，会导致在正常负荷下第二铁芯磁路41分流磁通过多、使互感器耗能过 大；反之，当I1大于额定电流h过多时，由一字形铁芯13磁饱和所提供的第二级平抑稳定 二次电流的功能滞后并变弱。申请人根据实验所得当I1设定为控制器电流的额定电流^ 的0. 8倍至1. 2倍时，也就是I1设在额定电流h的附近时，可获得理想的效果。另外根据 实验所得，U字形铁芯12的横截面的面积是一字形铁芯13的横截面的面积的1. 2倍至3倍 时，可获得理想的Ii。通过上述参数设定匹配，可在一次电流较大的情况下(甚至在超过额 定电流的情况下)能获得理想的二次电流的稳定输出。如图4所示，在一次电流过大(出 现过载电流或短路电流)的情况下，U字形铁芯12进入磁饱和，第二铁芯磁路41分流大部 分磁通，从而不管一次电流如何大，该磁饱和导致主磁通不再增加，一字形铁芯13内的磁 通和第二铁芯磁路41内的磁通都趋于稳定，该稳定不仅保证了二次电流输出的稳定，而且 还保护电流互感器及控制器不被损坏，互感器起到了平抑主磁通的第三级稳定二次电流的 功能。如图1所示，第一实施例的2个固定空气隙71，72的厚度相等，这是一种优选的方 案，其优点是便于参数匹配设计。但本发明的电流互感器的2个固定空气隙的厚度也可以 不等厚，不等厚的情况属第一实施例可替代的方案。如果在固定空气隙71和/或72中填 充固体的非铁磁物质(如塑料片)，可获得与不填固体的非铁磁物质相同的效果，但填有固 体的非铁磁物质的优点是可使固定空气隙71，72的厚度获得较高的装配精度，同时在装配 后可保持良好的稳定性。
如图1所示，所述的第二铁芯磁路41与第一铁芯磁路11共面设置，这里共面设置 是指第一铁芯磁路11与第二铁芯磁路41处在同一平面内，第一铁芯磁路11内流动的磁通 与第二铁芯磁路41内流动的磁通在同一平面内，这样设置才有可能使得第一铁芯磁路11 与第二铁芯磁路41之间流动的磁通的方向保持原来的方向不变，即第一铁芯磁路11的磁 通通过固定空气隙流入到第二铁芯磁路41的过程中不改变方向，第二铁芯磁路41的磁通 通过固定空气隙流入第一铁芯磁路11的过程中不改变方向。当然如在互感器整体设计中 有需要改变上述优选的共面设置的结构方案也是可以的。为了确保在过大电流情况下第二铁芯磁路41能理想地分流磁通，所以第二铁芯 磁路41的横截面的面积不宜过小，为使第二铁芯磁路41始终不会先于U字形铁芯12进入 磁饱和，理想的匹配是第二铁芯磁路41的铁芯的横截面的面积等于U字形铁芯12的横截 面的面积。因此，如图1所示的实施例，第二铁芯磁路41的横截面的面积，至少应大于等于 一字形铁芯磁路13的横截面的截面积。根据电磁学磁路定理可知，U字形铁芯12的长度越长，该磁阻越大，越不利于降低 启动电流Ιο。本发明为得到更小的第一铁芯磁路磁阻，以保证当一次回路电流较小时获得 较大的二次供电线圈输出，第一铁芯磁路11与一次穿芯母排21之间的间隔采用紧凑化设 计，以第一铁芯磁路长度L最短为原则。第一铁芯磁路设计上理想的匹配是U字形铁芯12 的中心线长度为一字形铁芯13的中心线长度的1. 5倍至4倍，使得第一铁芯磁路与其环绕 的一次导体之间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体21的第一铁芯磁路11的磁 路长度最短。优选将一次穿芯导体21与封装在外壳内的第一铁芯磁路11之间的固定间隔 设置为2 3mm。一字形铁芯13的长度越短越好，便于产品的小形化设计，但它因受供电二 次线圈31的限制不能做得太小。U字形铁芯12的长度也是越短越好，但受一字形铁芯13 的长度制约不可能做得太小。当U字形铁芯12的中心线长度是一字形铁芯13的中心线长 度的1. 5倍至4倍时，能在兼顾各方面制约的条件下使得第一铁芯磁路的长度满足较短的 优化要求。同时，本发明优选铁芯截面尺寸，磁路为独立封闭无气隙磁路，铁芯材料采用初 始磁导率高的材料，从而只需更小的励磁电流Lii就能建立一定的工作磁通Φ，从而得到相 对较大的二次电流输出。图6是本发明的电子式控制器供电用电流互感器采用不等截面与等截面对比效 果曲线图。图中横坐标为互感器一次穿芯母排一次电流输入量，纵坐标为带控制器做为负 载的互感器二次电流输出量。曲线1是在一字形铁芯13的横截面的面积等于U字形铁芯 12的横截面的面积的条件下作出的，代表具有等截面第一铁芯磁路的电流互感器的效果。 曲线2是在一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的条件下作 出的，代表本发明不等截面第一铁芯磁路的效果。由图6及所附数据可以看出，在一次电流 较小的情况下，曲线1与曲线2基本一致，而当一次电流增大时，工作磁通Φ也随之增大， 穿越二次供电线圈的铁芯13因截面较其余三边铁芯12要小，因此其磁通密度B更高，更容 易饱和。当其饱和后，因导磁特性变差，更多的磁通将选择从与之并联的第二磁路41通过。 参见图6，在一次电流变大后，不等截面的输出明显低于等截面输出，且曲线2比曲线1平滑 很多，说明一字形铁芯13的横截面的面积小于U字形铁芯12的横截面的面积的技术特征 对抑制二次电流输出较快增长的作用明显，三级稳定二次电流的功能强大，能在较宽的一 次电流范围内都能获得二次电流的理想稳定输出。而且这种稳定输出为一次小电流的参数选择和调整提供了便利条件。 应该理解到的是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何 不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的第一铁芯磁路(11)和第二 铁芯磁路(41)，第一铁芯磁路(11)是由U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)相互连接在一 起构成的一个封闭环路，并且一次穿芯导体从第一铁芯磁路(11)的封闭环内穿过，供 电二次线圈(31)套装在第一铁芯磁路(11)的一字形铁芯(13)上，第二铁芯磁路Gl)为 开口形，第二铁芯磁路Gl)与第一铁芯磁路(11)的一字形铁芯(13)平行设置，并且第二 铁芯磁路Gl)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间通过空气隙(71，72)耦合，其特征在于所述的一字形铁芯(13)的横截面的面积小于所述的U字形铁芯(12)的横截面的面 积，以使一字形铁芯(13)能比U字形铁芯(12)提前进入磁饱和。
2.根据权利要求1所述的电子控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的U字形 铁芯(1 的横截面的面积是一字形铁芯(1 的横截面的面积的1.2倍至3倍。
3.根据权利要求1或2所述的电子控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的U字形铁芯(12)的中心长度是一字形铁芯(13)的中心线长度的1. 5倍至4倍；所述的第一铁芯磁路(11)的U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)与其环绕的一次穿 芯导体之间的间隔为2 3mm ；使得第一铁芯磁路(11)与其环绕的一次导体Ql)之 间具有良好的电气隔离，同时使得环绕一次导体的第一铁芯磁路(11)的磁路长度最 短。
4.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的一字 形铁芯(1 刚进入磁饱和时对应的一次电流Il是一次主电路额定电流^！的0.8倍至1.2倍。
5.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的第二 铁芯磁路与第一铁芯磁路(11)共面设置，以使第一铁芯磁路(11)与第二铁芯磁路 (41)之间流动的磁通保持原来的方向。
6.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的第二 铁芯磁路Gl)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间的两个空气隙(71，72)是固定的空气 隙，它们分别位于一字形铁芯(13)与U字形铁芯(12)的两个相交处，且位于所述的供电二 次线圈(31)的两侧。
7.根据权利要求6所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于所述的两个 固定空气隙(71，72)的厚度为0. Imm至2mm。
8.根据权利要求1、6或7所述的任意一种电子式控制器用供电电流互感器，其特征在 于所述的2个固定空气隙(71，72)厚度相等，其中分别填有固体的非铁磁物质。
9.根据权利要求1所述的电子式控制器用供电电流互感器，其特征在于第二铁芯磁 路Gl)的铁芯的横截面的面积等于第一铁芯磁路(11)的U字形铁芯(12)的横截面的面 积。
10.一种电子式控制器用供电电流互感器，包括第一铁芯磁路(11)和第二铁芯磁路 (41)，第一铁芯磁路(11)是由U字形铁芯(12)和一字形铁芯(13)相互连接在一起构成的 一个封闭环路，一次穿芯导体从该封闭环内穿过，供电二次线圈(31)套装在所述一字 形铁芯(13)上，第二铁芯磁路Gl)为开口形，它与所述一字形铁芯(13)平行设置，并且第 二铁芯磁路Gl)的开口端与第一铁芯磁路(11)之间通过空气隙(71)耦合，其特征在于所述的一字形铁芯(13)的横截面的面积小于所述的U字形铁芯(12)的横截面的面2积，以使一字形铁芯(13)能比U字形铁芯(12)提前进入磁饱和；所述的U字形铁芯(12)的中心长度是一字形铁芯(13)的中心线长度的1. 5倍至4倍； 所述的第二铁芯磁路Gl)的开口端并联连接在位于供电二次线圈(31) —侧的一字形 铁芯(13)与U字形铁芯(12)的相交处，第二铁芯磁路Gl)的另一端通过一个固定空气隙 (71)耦合在位于供电二次线圈(31)另一侧的一字形铁芯(13)与U字形铁芯(12)的相交 处。
全文摘要
电子式控制器用供电电流互感器，包括相互独立的两个铁芯磁路，第一铁芯磁路是由U字形铁芯和一字形铁芯相互连接构成的封闭环路，一次导体从该封闭环内穿过，供电二次线圈套装在一字形铁芯上，开口形的第二铁芯磁路与第一铁芯磁路的一字形铁芯平行设置，并且第二铁芯磁路的开口端与第一铁芯磁路之间通过空气隙耦合。一字形铁芯的横截面的面积小于U字形铁芯的横截面的面积，以使一字形铁芯能比U字形铁芯提前进入磁饱和。U字形铁芯的中心长度是一字形铁芯的中心线长度的1.5倍至4倍。本发明的电流互感器不仅在一次电流远低于额定电流In的情况下即能正常启动工作，并且在一次电流超过额定电流In时也能达到抑制平缓二次线圈输出电流较快增长的目的。
文档编号H01F38/28GK102136358SQ201110006789
公开日2011年7月27日 申请日期2011年1月13日 优先权日2011年1月13日
发明者徐泽亮, 胡应龙 申请人:上海诺雅克电气有限公司