技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本
發(fā)明屬于電工測量儀器技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器。
背景技術(shù)
[0002] 電流互感器是一種用途廣泛的電工測量儀器,其大量應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備、電
力系統(tǒng)一次保護和控制回路中,電流互感器基本的性能要求是具有低的測量誤差。
[0003] 常規(guī)電流互感器在轉(zhuǎn)變電流的過程中,由于磁芯磁阻的存在,必須消耗一小部分電流用于勵磁,使磁芯磁化,從而在二次線圈繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢和二次電流,電流互感器的測量誤差就是由于磁芯所消耗的勵磁電流引起的。在沒有進行誤差補償時,電流互感器的比值差和相
角差都是隨著一次電流的減小而增大,常用的補償方法有減匝補償、分數(shù)匝補償、磁分路補償?shù)鹊?,但補償后的測量誤差仍然較大。
[0004] 中國
專利文獻CN102709042B公開了一種電流互感器,如圖1所示,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5、連接在二次線圈繞組兩端的負載
電阻6、連接在輔助線圈繞組兩端的檢測電阻7;一次線圈繞組3和二次線圈繞組4繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上;檢測電阻7的阻值與負載電阻6的阻值的比值等于輔助線圈繞組5的匝數(shù)與二次線圈繞組4的匝數(shù)的比值;二次線圈繞組4的同名端與輔助線圈繞組5的非同名端相連接;一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的同名端和二次線圈繞組4的非同名端為
信號輸出端。
[0005] 上述的電流互感器中,由主磁芯1、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、負載電阻6構(gòu)成第1級電流互感器,由輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5和檢測電阻7構(gòu)成第2級電流互感器。
[0006] 該電流互感器的總的測量誤差e為第1級電流互感器的測量誤差e1與第2級電流互感器的測量誤差e2的乘積,即e=e1*e2,由于e1<<1及e2<<1,因此,該電流互感器的測量誤差e與第1級電流互感器的測量誤差e1或第2級電流互感器的測量誤差e2相比較要小得多。
[0007] 但是,若要得到測量誤差更小的電流互感器,可以采用增加電流互感器的
鐵芯截面積或增加線圈繞組的匝數(shù)或增加線圈繞組的
導(dǎo)線線徑來減小電流互感器的測量誤差,即增加第1級電流互感器的主磁芯1的鐵芯截面積來減小第1級電流互感器的測量誤差e1,或者增加第2級電流互感器的輔助磁芯2的鐵芯截面積來減小第2級電流互感器的測量誤差e2的誤差,或增加線圈繞組的導(dǎo)線線徑以降低線圈繞組的內(nèi)阻,或增加線圈繞組的匝數(shù)。但這幾種方法雖然能降低電流互感器的總的測量誤差,但使得整個流互感器的體積增大,電流互感器的材料使用量增加,造成了整個電流互感器的制造成本上升。
發(fā)明內(nèi)容
[0008] 為了解決上述問題,本發(fā)明提供了一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,采用減匝補償來減小電流互感器的測量誤差,不增加電流互感器的材料使用量就可以達到進一步減小電流互感器的測量誤差的目的。由于電流互感器的比差總是為負值,本發(fā)明采用減匝補償來減小電流互感器的測量誤差,即通過減少第1級電流互感器的二次線圈繞組的匝數(shù)的減匝補償來減小第1級電流互感器的測量誤差,或者通過減少第2級電流互感器的輔助線圈繞組的匝數(shù)的減匝補償來減小第2級電流互感器的測量誤差,這樣就可以在不增加電流互感器的材料使用量的條件下,得到測量誤差更小的電流互感器。
[0009] 為了達到上述發(fā)明目的,本發(fā)明采用以下多種技術(shù)方案。
[0010] 方案一,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組、負載電阻、輔助電阻,
[0011] 所述一次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,
[0012] 所述二次線圈繞組的一部分繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,所述二次線圈繞組的另一部分繞組繞制于所述輔助磁芯上,
[0013] 所述輔助線圈繞制于所述輔助磁芯上,
[0014] 所述二次線圈繞組的同名端和所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0015] 所述負載電阻連接在所述二次線圈繞組的兩端,
[0016] 所述輔助電阻連接在所述輔助線圈繞組的兩端,
[0017] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,
[0018] 所述輔助線圈繞組的同名端以及所述二次線圈繞組的非同名端為信號輸出端;或者,所述二次線圈繞組的兩端和所述輔助線圈繞組的同名端為信號輸出端。
[0019] 本方案一中,優(yōu)選的的設(shè)置,所述輔助線圈繞組的匝數(shù)與所述二次線圈繞組的匝數(shù)的比值小于或等于所述輔助電阻的阻值與所述負載電阻的阻值的比值。
[0020] 由主磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組和負載電阻構(gòu)成第1級電流互感器,由輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組和輔助電阻構(gòu)成第2級電流互感器,有以下方程式:
[0021] Np*Ip–(1-△1)*Ns*I1-Ns*Iz1=0
[0022] Np*Ip–Ns*I1–Nf*I2–Nf*Iz2=0
[0023] (1-△1)*E1+(△1*Ns/Nf)*E2=I1*(R1+R01)
[0024] E2=I2*(R2+R02)
[0025] Iz1=E1/Z1
[0026] Iz2=E2/Z2
[0027] Uout=I1*R1+I2*R2
[0028] 其中:
[0029] Np:一次線圈繞組的匝數(shù);
[0030] Ns:二次線圈繞組的匝數(shù),其中,二次線圈繞組的(1-△1)*Ns部分繞組繞制于主磁芯和輔助磁芯上,二次線圈繞組的△1*Ns部分繞組繞制于輔助磁芯上;
[0031] Nf:輔助線圈繞組的匝數(shù);
[0032] Ip:一次線圈繞組中的電流;
[0033] I1:二次線圈繞組中的電流;
[0034] I2:輔助線圈繞組中的電流;
[0035] Iz1:主磁芯的勵磁電流;
[0036] Iz2:輔助磁芯的勵磁電流;
[0037] R1:負載電阻;
[0038] R2:輔助電阻;
[0039] R01:二次線圈繞組的阻抗;
[0040] R02:輔助線圈繞組的阻抗;
[0041] Z1:主磁芯的勵磁阻抗;
[0042] Z2:輔助磁芯的勵磁阻抗;
[0043] Uout:輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名端輸出的信號
電壓;
[0044] 求解以上方程式,輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名端輸出的信號電壓為:
[0045]
[0046] 其中:
[0047]
[0048]
[0049]
[0050] 對第1級電流互感器采用減匝補償來減小電流互感器的測量誤差,即適當減少繞制于主磁芯和輔助磁芯上的二次線圈繞組的匝數(shù),也就是二次線圈繞組的匝數(shù)的(1-△1)*Ns部分繞組繞制于主磁芯和輔助磁芯上,二次線圈繞組的匝數(shù)的△1*Ns部分繞組繞制于輔助磁芯上,同時使輔助線圈繞組的匝數(shù)與二次線圈繞組的匝數(shù)的比值等于輔助電阻7的阻值與負載電阻6的阻值的比值,則電流互感器的測量誤差為:
[0051]
[0052] 當減少繞制于主磁芯和輔助磁芯上的二次線圈繞組的部分繞組的比例△1滿足:e1-△1*(1-e1)*(1-△1)=0時,電流互感器的測量誤差為零,即e=0。
[0053] 本方案也可以對第2級電流互感器采用減匝補償來減小電流互感器的測量誤差,也即適當減小輔助線圈繞組的匝數(shù)Nf,當Nf/Ns=(R2/R1)*(1-e2)時,電流互感器的測量誤差為零,即e=0。
[0054] 本方案還可以同時對第1級電流互感器和第2級電流互感器采用減匝補償,則可使電流互感器的測量誤差達到更低的
水平。
[0055] 對于某些需要三端差分
輸入信號的
電路,可以將二次線圈繞組的兩端和輔助線圈繞組的同名端作為信號輸出端。
[0056] 方案二,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組,
[0057] 所述一次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,
[0058] 所述二次線圈繞組的一部分繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,所述二次線圈繞組的另一部分繞組繞制于所述輔助磁芯上,
[0059] 所述輔助線圈繞組繞制于所述輔助磁芯上,
[0060] 所述二次線圈繞組的同名端和所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0061] 所述輔助線圈繞組的匝數(shù)小于或等于所述二次線圈繞組的匝數(shù),
[0062] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,
[0063] 所述二次線圈繞組的兩端和所述輔助線圈繞組的同名端為信號輸出端。
[0064] 使用時,將負載電阻接于所述二次線圈繞組的兩端,將輔助電阻接于所述輔助線圈繞組的兩端,負載電阻的阻值等于輔助電阻的阻值。
[0065] 方案三,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組、負載電阻、輔助電阻,
[0066] 所述一次線圈繞組和所述二次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,[0067] 所述輔助線圈繞組繞制于所述輔助磁芯上,
[0068] 所述二次線圈繞組的同名端和所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0069] 所述負載電阻連接在所述二次線圈繞組的兩端,
[0070] 所述輔助電阻連接在所述輔助線圈繞組的兩端,
[0071] 所述輔助線圈繞組的匝數(shù)與所述二次線圈繞組的匝數(shù)的比值小于所述輔助電阻的阻值與所述負載電阻的阻值的比值,
[0072] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,所述輔助線圈繞組的同名端以及所述二次線圈繞組的非同名端為信號輸出端。
[0073] 由主磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組和負載電阻構(gòu)成第1級電流互感器,由輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組和輔助電阻構(gòu)成第2級電流互感器,有以下方程式:
[0074] Np*Ip-Ns*I1-Ns*Iz1=0
[0075] Np*Ip-Ns*I1–Nf*I2–Nf*Iz2=0
[0076] E1=I1*(R1+R01)
[0077] E2=I2*(R2+R02)
[0078] Iz1=E1/Z1
[0079] Iz2=E2/Z2
[0080] Uout=I1*R1+I2*R2
[0081] 其中:
[0082] Np:一次線圈繞組的匝數(shù);
[0083] Ns:二次線圈繞組的匝數(shù);
[0084] Nf:輔助線圈繞組的匝數(shù);
[0085] Ip:一次線圈繞組中的電流;
[0086] I1:二次線圈繞組中的電流;
[0087] I2:輔助線圈繞組中的電流;
[0088] Iz1:主磁芯的勵磁電流;
[0089] Iz2:輔助磁芯的勵磁電流;
[0090] R1:負載電阻;
[0091] R2:輔助電阻;
[0092] R01:二次線圈繞組的阻抗;
[0093] R02:輔助線圈繞組的阻抗;
[0094] Z1:主磁芯的勵磁阻抗;
[0095] Z2:輔助磁芯的勵磁阻抗;
[0096] Uout:輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名端輸出的信號電壓;
[0097] 求解以上方程式,得到輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名輸出的信號電壓為:
[0098]
[0099] 其中:
[0100]
[0101]
[0102]
[0103] 通過適當減小輔助線圈繞組的匝數(shù)Nf,當Nf/Ns=(R2/R1)*(1-e2)時,電流互感器的測量誤差e=0。
[0104] 方案四,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、輔助線圈繞組,
[0105] 所述一次線圈繞組和所述二次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上,[0106] 所述輔助線圈繞組繞制于所述輔助磁芯上,
[0107] 所述二次線圈繞組的同名端和所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0108] 所述輔助線圈繞組的匝數(shù)小于所述二次線圈繞組的匝數(shù),
[0109] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,所述輔助線圈繞組的同名端以及所述二次線圈繞組的兩端為信號輸出端。
[0110] 方案五,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈第1繞組、二次線圈第2繞組、輔助線圈繞組、負載電阻、輔助電阻,[0111] 所述一次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述輔助磁芯上;或者,所述一次線圈繞組的一半繞組繞制于所述主磁芯上,所述一次線圈繞組的另一半繞組繞制于所述輔助磁芯上;
[0112] 所述二次線圈第1繞組繞制于所述主磁芯上,
[0113] 所述二次線圈第2繞組和所述輔助線圈繞組繞制于所述輔助磁芯上,[0114] 所述二次線圈第1繞組的同名端與所述二次線圈第2繞組的非同名端相連接,[0115] 所述二次線圈第2繞組的同名端與所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0116] 所述負載電阻連接在所述二次線圈第1繞組的非同名端和所述二次線圈第2繞組的同名端,
[0117] 所述輔助電阻連接在所述輔助線圈繞組的兩端;
[0118] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,所述輔助線圈繞組的同名端和所述二次線圈第1繞組的非同名端為信號輸出端;或者,所述輔助線圈繞組的兩端以及所述二次線圈第1繞組的非同名端為信號輸出端。
[0119] 本方案五中,優(yōu)選的設(shè)置,所述二次線圈第1繞組的匝數(shù)小于或等于所述二次線圈第2繞組的匝數(shù)。
[0120] 本方案五中,優(yōu)選的設(shè)置,所述輔助線圈繞組的匝數(shù)與所述二次線圈第2繞組的匝數(shù)的比值小于或等于所述輔助電阻的阻值與所述負載電阻的阻值的比值。
[0121] 由主磁芯、一次線圈繞組、二次線圈第1繞組和二次線圈第2繞組以及負載電阻構(gòu)成第1級電流互感器,由輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈第2繞組、輔助線圈繞組和輔助電阻構(gòu)成第2級電流互感器,有以下方程式:
[0122] Np*Ip–(1-△1)*Ns*I1-Ns*Iz1=0
[0123] Np*Ip–Ns*I1–Nf*I2–Nf*Iz2=0
[0124] (1-△1)*E1+(Ns/Nf)*E2=I1*(R1+R01)
[0125] E2=I2*(R2+R02)
[0126] Iz1=E1/Z1
[0127] Iz2=E2/Z2
[0128] Uout=I1*R1+I2*R2
[0129] 其中:
[0130] Np:一次線圈繞組的匝數(shù);
[0131] (1-△1)*Ns:二次線圈第1繞組的匝數(shù);
[0132] Ns:二次線圈第2繞組的匝數(shù);
[0133] Nf:輔助線圈繞組的匝數(shù);
[0134] Ip:一次線圈繞組中的電流;
[0135] I1:二次線圈繞組中的電流;
[0136] I2:輔助線圈繞組中的電流;
[0137] Iz1:主磁芯的勵磁電流;
[0138] Iz2:輔助磁芯的勵磁電流;
[0139] R1:負載電阻;
[0140] R2:輔助電阻;
[0141] R01:二次線圈繞組的阻抗;
[0142] R02:輔助線圈繞組的阻抗;
[0143] Z1:主磁芯的勵磁阻抗;
[0144] Z2:輔助磁芯的勵磁阻抗;
[0145] Uout:輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞4的非同名端輸出的信號電壓;
[0146] 求解以上方程式,得到輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名端輸出的信號電壓為:
[0147]
[0148] 其中:
[0149]
[0150]
[0151]
[0152] 當二次線圈第1繞組的匝數(shù)等于二次線圈第2繞組的匝數(shù),即△1=0,以及輔助線圈繞組5的匝數(shù)與二次線圈第2繞組42的匝數(shù)的比值等于輔助電阻7的阻值與負載電阻6的阻值的比值,Nf/Ns=R2/R1時,電流互感器的測量誤差為:
[0153]
[0154] 電流互感器的測量誤差e要比第1級電流互感器的測量誤差e1或第2級電流互感器的測量誤差e2要小得多。
[0155] 若對第1級電流互感器采用減匝補償來減小第1級電流互感器的測量誤差e1,則可使電流互感總的測量誤差e更小,即適當減少繞制于主磁芯上的二次線圈第1繞組的匝數(shù),可使電流互感總的測量誤差更小,即:
[0156]
[0157] 當二次線圈第1繞組的匝數(shù)的減少的比例△1滿足e1-△1*(1-△1)*(1-e1)=0,電流互感器的測量誤差為零,即e=0。
[0158] 也可以對第2級電流互感器采用減匝補償來減小第2級電流互感器的測量誤差e2,即適當減小輔助線圈繞組的匝數(shù)Nf與所述二次線圈繞組的匝數(shù)Ns的比值,也可進一步減小電流互感器的測量誤差,即:
[0159]
[0160] 當Nf/Ns=(R2/R1)*(1-e2)時,電流互感器的測量誤差為零,即e=0。
[0161] 若同時對第1級電流互感器和第2級電流互感器采用減匝補償來減小第1級電流互感器和第2級電流互感器的測量誤差,則可使電流互感器的測量誤差達到更低的水平。
[0162] 對于某些需要三端差分輸入信號的電路,可以將二次線圈第1繞組的非同名端和輔助線圈繞組的兩端作為信號輸出端。
[0163] 方案六,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈第1繞組、二次線圈第2繞組、輔助線圈繞組,
[0164] 所述一次線圈繞組繞制于主磁芯和輔助磁芯上,或者,所述一次線圈繞組的一半繞組繞制于所述主磁芯上,所述一次線圈繞組的另一半繞組繞制于所述輔助磁芯上;
[0165] 所述二次線圈第1繞組繞制于所述主磁芯上,
[0166] 所述二次線圈第2繞組和所述輔助線圈繞組繞制于所述輔助磁芯上,[0167] 所述二次線圈第1繞組的同名端與所述二次線圈第2繞組的非同名端相連接,[0168] 所述二次線圈第2繞組的同名端與所述輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0169] 所述二次線圈第1繞組的匝數(shù)小于或等于所述二次線圈第2繞組的匝數(shù),[0170] 所述輔助線圈繞組的匝數(shù)小于或等于所述二次線圈第2繞組的匝數(shù),[0171] 一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組的兩端和二次線圈第1繞組的非同名端為信號輸出端。
[0172] 方案七,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯、第1輔助磁芯、第2輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、第1輔助線圈繞組、第2輔助線圈繞組、負載電阻、第1輔助電阻、第2輔助電阻,
[0173] 所述一次線圈繞組繞制于所述主磁芯和所述第1輔助磁芯以及所述第2輔助磁芯上,
[0174] 所述二次線圈繞組的一部分繞組繞制于所述主磁芯和所述第1輔助磁芯以及所述第2輔助磁芯上,所述二次線圈繞組的另一部分繞組繞制于所述第1輔助磁芯以及所述第2輔助磁芯上;
[0175] 所述第1輔助線圈繞組的一部分繞組繞制于所述第1輔助磁芯和所述第2輔助磁芯上,所述第1輔助線圈繞組的另一部分繞組繞制于所述第2輔助磁芯上,或者,所述第1輔助線圈繞組繞制于所述第1輔助磁芯和所述第2輔助磁芯上;
[0176] 所述第2輔助線圈繞組繞制于所述第2輔助磁芯上,
[0177] 所述二次線圈繞組的同名端和所述第1輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0178] 所述第1輔助線圈繞組的同名端和所述第2輔助線圈繞組的非同名端相連接,[0179] 所述負載電阻連接在所述二次線圈繞組的兩端,
[0180] 所述第1輔助電阻連接在所述第1輔助線圈繞組的兩端,
[0181] 所述第2輔助電阻連接在所述第2輔助線圈繞組的兩端,
[0182] 所述第1輔助線圈繞組的匝數(shù)等于所述二次線圈繞組的匝數(shù),
[0183] 所述第2輔助線圈繞組的匝數(shù)小于或等于所述二次線圈繞組的匝數(shù),[0184] 所述第1輔助電阻的阻值等于負載電阻的阻值,
[0185] 所述第2輔助電阻的阻值等于負載電阻的阻值,
[0186] 所述一次線圈繞組的兩端為電流輸入端,
[0187] 所述第2輔助線圈繞組的同名端和所述二次線圈繞組的非同名端為信號輸出端。
[0188] 由主磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組和負載電阻構(gòu)成第1級電流互感器,由第1輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、第1輔助線圈繞組和第1輔助電阻構(gòu)成第2級電流互感器,由第2輔助磁芯、一次線圈繞組、二次線圈繞組、第1輔助線圈繞組、第2輔助線圈繞組和第2輔助電阻構(gòu)成第3級電流互感器,有以下方程式:
[0189] Np*Ip–(1-△1)*Ns*I1-Ns*Iz1=0
[0190] Np*Ip–Ns*I1–(1-△2)*Ns*I2–Ns*Iz2=0
[0191] Np*Ip–Ns*I1–Ns*I2–(1-△3)*Ns*I3–Ns*Iz3=0
[0192] (1-△1)*E1+△1*E2=I1*(R1+R01)
[0193] (1-△2)*E2+△2*E3=I2*(R2+R02)
[0194] (1-△3)*E3=I3*(R3+R03)
[0195] Iz1=E1/Z1
[0196] Iz2=E2/Z2
[0197] Iz3=E3/Z3
[0198] Uout=I1*R1+I2*R2+I3*R3
[0199] R1=R2=R3=R
[0200] 其中:
[0201] Np:一次線圈繞組的匝數(shù);
[0202] Ns:二次線圈繞組的匝數(shù)以及第1輔助線圈繞組的匝數(shù),
[0203] (1-△1)*Ns:繞制于主磁芯和第1輔助磁芯以及第2輔助磁芯上的二次線圈繞組的部分繞組的匝數(shù),
[0204] △1*Ns:繞制于第1輔助磁芯以及第2輔助磁芯上的二次線圈繞組的另一部分繞組的匝數(shù);
[0205] (1-△2)*Ns:繞制于第1輔助磁芯和第2輔助磁芯上的第1輔助線圈繞組的部分繞組的匝數(shù),
[0206] △2*Ns:繞制于第2輔助磁芯上的第1輔助線圈繞組的另一部分繞組的匝數(shù);
[0207] (1-△3)*Ns:第2輔助線圈繞組的匝數(shù);
[0208] Ip:一次線圈繞組中的電流;
[0209] I1:二次線圈繞組中的電流;
[0210] I2:第1輔助線圈繞組中的電流;
[0211] I3:第2輔助線圈繞組中的電流;
[0212] Iz1:主磁芯的勵磁電流;
[0213] Iz2:第1輔助磁芯的勵磁電流;
[0214] Iz3:第2輔助磁芯的勵磁電流;
[0215] R1:負載電阻;
[0216] R2:第1輔助電阻;
[0217] R3:第2輔助電阻;
[0218] R01:二次線圈繞組的阻抗;
[0219] R02:第1輔助線圈繞組的阻抗;
[0220] R03:第2輔助線圈繞組的阻抗;
[0221] Z1:主磁芯的勵磁阻抗;
[0222] Z2:第1輔助磁芯的勵磁阻抗;
[0223] Z3:第2輔助磁芯的勵磁阻抗;
[0224] Uout:第2輔助線圈繞組的同名端以及二次線圈繞組的非同名端輸出的信號電壓;
[0225] 求解以上方程式,輸出的信號電壓為:
[0226] Uout=I1*R1+I2*R2+I3*R3=(I1+I2+I3)*R
[0227] Uout=(Np/Ns)*Ip*R*(1-e)
[0228] 其中:
[0229]
[0230]
[0231]
[0232]
[0233]
[0234]
[0235]
[0236]
[0237]
[0238]
[0239]
[0240]
[0241]
[0242] 對第1級電流互感器采用減匝補償或?qū)Φ?級電流互感器采用減匝補償或?qū)Φ?級電流互感器采用減匝補償,都可以達到減小電流互感器的測量誤差的目的,[0243] 對第1級電流互感器采用減匝補償,令(f1-1)=0,則e=0,即:
[0244]
[0245]
[0246] 減匝補償比例為:△1≈e1
[0247] 同理,對第2級電流互感器采用減匝補償或第3級電流互感器采用減匝補償,令(f2-1)=0,或令(f3-1)=0,則e=0,即:
[0248]
[0249]
[0250]
[0251]
[0252] 第2級電流互感器的減匝補償比例為:△2≈e2;
[0253] 第3級電流互感器的減匝補償比例為:△3≈e3。
[0254] 由于電流互感器的測量誤差隨測量電流的大小不同而不同,因此,只針對某級電流互感器進行減匝補償時,在電流互感器的全量程范圍內(nèi)可能達不到所想得到的足夠低的測量誤差,此時,可以同時對第1級電流互感器和第2級電流互感器以及第3級電流互感器采用減匝補償,則可使電流互感器的測量誤差達到更低的水平。
[0255] 本發(fā)明的電流互感器與中國專利文獻CN102709042B公開了一種電流互感器的技術(shù)方案相比,有益效果是:本發(fā)明在不增加制作電流互感器的材料用量的條件下,通過減匝補償來減少第1級電流互感器的測量誤差或者第2級電流互感器的測量誤差,使得本發(fā)明的采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器具有測量誤差更小的特點。
附圖說明
[0256] 圖1是中國專利文獻CN102709042B公開的一種電流互感器的原理圖;
[0257] 圖2和圖3是本發(fā)明的第1
實施例的原理圖;
[0258] 圖4是本發(fā)明實施例2的原理圖;
[0259] 圖5是本發(fā)明實施例3的原理圖;
[0260] 圖6是本發(fā)明實施例4的原理圖;
[0261] 圖7、圖8、圖9和圖10是本發(fā)明實施例5的原理圖;
[0262] 圖11和圖12是本發(fā)明實施例6的原理圖;
[0263] 圖13是本發(fā)明實施例7的原理圖。
具體實施方式
[0264] 下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步描述說明。實施例中附圖標有的“*”代表繞組的同名端。
[0265] 實施例1
[0266] 本實施例對應(yīng)方案一,如圖2所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5、負載電阻6、輔助電阻7,
[0267] 一次線圈繞組3繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0268] 二次線圈繞組4的其中一部分繞組繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,二次線圈繞組4的另一部分繞組繞制于輔助磁芯2上,
[0269] 輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0270] 二次線圈繞組4的同名端和輔助線圈繞組5的非同名端相連接,
[0271] 負載電阻6連接在二次線圈繞組4的兩端,
[0272] 輔助電阻7連接在輔助線圈繞組5的兩端,
[0273] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)等于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0274] 輔助電阻7的阻值等于負載電阻6的阻值,
[0275] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,
[0276] 輔助線圈繞組5的同名端以及二次線圈繞組4的非同名端為信號輸出端。
[0277] 需要三端輸出方式時可采用如圖3所示的輸出。
[0278] 以下就采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開口電流互感器、采用中國專利文獻CN102709042B公開的“一種電流互感器”的技術(shù)方案的開口電流互感器、以及采用本發(fā)明的方案一技術(shù)方案的開口電流互感器的性能試驗數(shù)據(jù)進行比對,開口電流互感器的規(guī)格為10(80)A/10mA。
[0279] 采用本發(fā)明的方案一技術(shù)方案的開口電流互感器的性能試驗數(shù)據(jù):
[0280] 第1級電流互感器采用使用減匝補償,
[0281] 主磁芯1:型號:UF35F,材料:R10K
[0282] 輔助磁芯2:型號:UF35F,材料:R10K
[0283] 一次線圈繞組3:單匝,
銅棒,截面積:20平方毫米;
[0284] 二次線圈繞組4:漆包線線徑:0.18mm,匝數(shù):1000匝,其中二次線圈繞組4的993匝繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,二次線圈繞組4的7匝繞制于輔助磁芯2上;
[0285] 輔助線圈繞組5:漆包線線徑:0.18mm,匝數(shù):1000匝,繞制于輔助磁芯2上;
[0286] 負載電阻6:5.1Ω
[0287] 輔助電阻7:5.1Ω
[0288] 測試誤差數(shù)據(jù):
[0289]電流(A) 幅值誤差(%)
相位誤差(′)
80 0.081 0.106
40 0.081 0.091
20 0.082 0.076
10 0.091 0.056
5 0.091 0.028
2 0.086 0.026
1 0.096 0.026
0.5 0.095 0.022
[0290] 采用中國專利文獻CN102709042B公開的“一種電流互感器”的技術(shù)方案的開口電流互感器的性能試驗數(shù)據(jù):
[0291] 主磁芯1:型號:UF35F,材料:R10K
[0292] 輔助磁芯2:型號:UF35F,材料:R10K
[0293] 一次線圈繞組3:單匝,銅棒,截面積:20平方毫米;
[0294] 二次線圈繞組4:漆包線線徑:0.18mm,匝數(shù):1000匝,繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上;
[0295] 輔助線圈繞組5:漆包線線徑:0.18mm,匝數(shù):1000匝,繞制于輔助磁芯2上;
[0296] 負載電阻6:5.1Ω
[0297] 輔助電阻7:5.1Ω
[0298] 測試誤差數(shù)據(jù):
[0299]電流(A) 幅值誤差(%) 相位誤差(′)
80 0.183 0.206
40 0.181 0.192
20 0.182 0.178
10 0.192 0.156
5 0.191 0.128
2 0.188 0.126
1 0.197 0.126
0.5 0.195 0.122
[0300] 采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開口電流互感器的性能試驗數(shù)據(jù):
[0301] 主磁芯1:型號:UF35F,材料:R10K
[0302] 一次線圈繞組3:單匝,銅棒,截面積:20平方毫米;
[0303] 二次線圈繞組4:漆包線線徑:0.18mm,匝數(shù):1000匝;
[0304] 負載電阻6:5.1Ω
[0305] 測試誤差數(shù)據(jù):
[0306]電流(A) 幅值誤差(%) 相位誤差(′)
80 0.657 52.66
40 0.664 54.01
20 0.679 57.27
10 0.686 60.47
5 0.714 64.02
2 0.735 64.78
1 0.779 73.00
0.5 0.658 65.94
[0307] 由以上試驗數(shù)據(jù)對比可知,采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開口電流互感器的比差不大于0.8%以及角差不大于73分,采用中國專利文獻CN102709042B公開的“一種電流互感器”的技術(shù)方案的開口電流互感器的比差不大于0.2%以及角差不大于0.21分,采用本發(fā)明的方案一的技術(shù)方案的開口電流互感器的比差不大于0.1%以及角差不大于0.11分,中國專利文獻CN102709042B公開的“一種電流互感器”的技術(shù)方案與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開口電流互感器相比較能夠大幅減小開口電流互感器的測量誤差,而本發(fā)明的方案一的技術(shù)方案與中國專利文獻CN102709042B公開的“一種電流互感器”的技術(shù)方案相比較能夠更進一步降低開口電流互感器的測量誤差。
[0308] 實施例2
[0309] 本實施例對應(yīng)方案二,如圖4所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5,
[0310] 一次線圈繞組3繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0311] 二次線圈繞組4的一部分繞組繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,二次線圈繞組4的另一部分繞組繞制于輔助磁芯2上,
[0312] 輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0313] 二次線圈繞組4的同名端和輔助線圈繞組5的非同名端相連接,
[0314] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)小于或等于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0315] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,
[0316] 二次線圈繞組4的兩端和輔助線圈繞組5的同名端為信號輸出端。
[0317] 使用時將負載電阻6連接在二次線圈繞組4的兩端,輔助電阻7連接在輔助線圈繞組5的兩端,輔助電阻7的阻值等于負載電阻6的阻值,實施例2的電流互感器可獲得與實施例1的電流互感器同樣小的測量誤差。
[0318] 實施例3
[0319] 本實施例對應(yīng)方案三,如圖5所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5、負載電阻6、輔助電阻7,
[0320] 一次線圈繞組3和二次線圈繞組4繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0321] 輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0322] 二次線圈繞組4的同名端和輔助線圈繞組5的非同名端相連接,
[0323] 負載電阻6連接在二次線圈繞組4的兩端,
[0324] 輔助電阻7連接在輔助線圈繞組5的兩端,
[0325] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)小于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0326] 輔助電阻7的阻值等于負載電阻6的阻值的比值,
[0327] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的同名端以及二次線圈繞組4的非同名端為信號輸出端。
[0328] 實施例4
[0329] 本實施例對應(yīng)方案四,如圖6所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、輔助線圈繞組5,
[0330] 一次線圈繞組3和二次線圈繞組4繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0331] 輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0332] 二次線圈繞組4的同名端和輔助線圈繞組5的非同名端相連接,
[0333] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)小于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0334] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的同名端以及二次線圈繞組4的兩端為信號輸出端。
[0335] 使用時,輔助電阻6的阻值等于負載電阻7的阻值,實施例4的電流互感器的測量
精度與實施例3的相同。
[0336] 實施例5
[0337] 本實施例對應(yīng)方案五,如圖7所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈第1繞組41、二次線圈第2繞組42、輔助線圈繞組5、負載電阻6、輔助電阻7,
[0338] 一次線圈繞組3繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0339] 二次線圈第1繞組41繞制于主磁芯1上,
[0340] 二次線圈第2繞組42和輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0341] 二次線圈第1繞組41的同名端與二次線圈第2繞組42的非同名端相連接,[0342] 二次線圈第2繞組42的同名端與輔助線圈繞組5的非同名端相連接,[0343] 負載電阻6連接在二次線圈第1繞組41的非同名端和二次線圈第2繞組42的同名端,
[0344] 輔助電阻7連接在輔助線圈繞組5的兩端,
[0345] 二次線圈第1繞組41的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),[0346] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)與二次線圈第2繞組42的匝數(shù)的比值小于或等于輔助電阻7的阻值與負載電阻6的阻值的比值;
[0347] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的同名端和二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端;
[0348] 當需要使用三端輸出方式時,可按如圖8所示,輔助線圈繞組5的兩端以及二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端。
[0349] 此外,也可以將一次線圈繞組3等分成兩個部分,一次線圈繞組3的一半繞組繞制于主磁芯1上,一次線圈繞組3的另一半繞組繞制于輔助磁芯2上,如圖9所示,[0350] 二次線圈第1繞組41繞制于主磁芯1上,
[0351] 二次線圈第2繞組42和輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0352] 二次線圈第1繞組41的同名端與二次線圈第2繞組42的非同名端相連接,[0353] 二次線圈第2繞組42的同名端與輔助線圈繞組5的非同名端相連接,[0354] 負載電阻6連接在二次線圈第1繞組41的非同名端和二次線圈第2繞組42的同名端,
[0355] 輔助電阻7連接在輔助線圈繞組5的兩端,
[0356] 二次線圈第1繞組41的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),[0357] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)與二次線圈第2繞組42的匝數(shù)的比值小于或等于輔助電阻7的阻值與負載電阻6的阻值的比值;
[0358] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的同名端和二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端;三端輸出方式時,可采用如圖10所示的連接方式,輔助線圈繞組5的兩端以及二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端。
[0359] 實施例6
[0360] 本實施例對應(yīng)方案六,如圖11所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、輔助磁芯2、一次線圈繞組3、二次線圈第1繞組41、二次線圈第2繞組42、輔助線圈繞組5,
[0361] 一次線圈繞組3繞制于主磁芯1和輔助磁芯2上,
[0362] 二次線圈第1繞組41繞制于主磁芯1上,
[0363] 二次線圈第2繞組42和輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0364] 二次線圈第1繞組41的同名端與二次線圈第2繞組42的非同名端相連接,[0365] 二次線圈第2繞組42的同名端與輔助線圈繞組5的非同名端相連接,[0366] 二次線圈第1繞組41的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),[0367] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),
[0368] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的兩端和二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端。
[0369] 或者,如圖12所示,將一次線圈繞組3等分成兩個部分,一次線圈繞組3的一半繞組繞制于主磁芯1上,一次線圈繞組3的另一半繞組繞制于輔助磁芯2上,
[0370] 二次線圈第1繞組41繞制于主磁芯1上,
[0371] 二次線圈第2繞組42和輔助線圈繞組5繞制于輔助磁芯2上,
[0372] 二次線圈第1繞組41的同名端與二次線圈第2繞組42的非同名端相連接,[0373] 二次線圈第2繞組42的同名端與輔助線圈繞組5的非同名端相連接,[0374] 二次線圈第1繞組41的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),[0375] 輔助線圈繞組5的匝數(shù)小于或等于二次線圈第2繞組42的匝數(shù),
[0376] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,輔助線圈繞組5的兩端和二次線圈第1繞組41的非同名端為信號輸出端。
[0377] 實施例7
[0378] 本實施例對應(yīng)方案七,如圖13所示,一種采用減匝補償?shù)碾p級電流互感器,包括主磁芯1、第1輔助磁芯2、第2輔助磁芯8、一次線圈繞組3、二次線圈繞組4、第1輔助線圈繞組5、第2輔助線圈繞組9、負載電阻6、第1輔助電阻7、第2輔助電阻10;
[0379] 一次線圈繞組3繞制于主磁芯1和第1輔助磁芯2以及第2輔助磁芯8上,[0380] 二次線圈繞組4的一部分繞組繞制于主磁芯1和第1輔助磁芯2以及第2輔助磁芯8上,二次線圈繞組4的另一部分繞組繞制于第1輔助磁芯2和第2輔助磁芯8上,[0381] 第1輔助線圈繞組5的一部分繞組繞制于第1輔助磁芯2和第2輔助磁芯8上,第1輔助線圈繞組5的另一部分繞組繞制于第2輔助磁芯8上;或者,第1輔助線圈繞組5繞制于第1輔助磁芯2和第2輔助磁芯8上,
[0382] 第2輔助線圈繞組9繞制于第2輔助磁芯8上,
[0383] 二次線圈繞組4的同名端和第1輔助線圈繞組5的非同名端相連接,
[0384] 第1輔助線圈繞組5的同名端和第2輔助線圈繞組9的非同名端相連接,[0385] 負載電阻6連接在二次線圈繞組4的兩端,
[0386] 第1輔助電阻7連接在第1輔助線圈繞組5的兩端,
[0387] 第2輔助電阻10連接在第2輔助線圈繞組9的兩端,
[0388] 第1輔助線圈繞組5的匝數(shù)等于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0389] 第2輔助線圈繞組9的匝數(shù)小于或等于二次線圈繞組4的匝數(shù),
[0390] 第1輔助電阻7的阻值等于負載電阻6的阻值,
[0391] 第2輔助電阻10的阻值等于負載電阻6的阻值,
[0392] 一次線圈繞組3的兩端為電流輸入端,
[0393] 第2輔助線圈繞組9的同名端和二次線圈繞組4的非同名端為信號輸出端。
[0394] 以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作了詳細說明,為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,并不限定本發(fā)明的保護范圍,對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言,在上述具體實施方式會有改變之處,而這些改變也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。