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雙額定電流互感器電路的制作方法

文檔序號:6838019閱讀:186來源:國知局
專利名稱:雙額定電流互感器電路的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及雙額定電流互感器電路,特別涉及保護繼電器中的小型雙額定電流互感器電路。
已公知用于斷路器或其它電氣設備的保護繼電器。傳統(tǒng)上,繼電器檢測一種條件并產(chǎn)生一個信號以操作,如在低工業(yè)額定安培斷路器中的脫扣線圈。電流互感器組件用于給脫扣線圈提供操作功率。傳統(tǒng)上,單個電流互感器的鐵心安裝在斷路器中并給幾安培額定值的脫扣單元電路提供足夠的電流和操作功率。
減小尺寸并允許電路在寬范圍的安培額定值操作電路的一種方法是利用固定的互感器尺寸和其上的固定的二次繞組。初級匝數(shù)與電路的安培額定值相反變化。參見轉讓給本發(fā)明受讓人的美國專利No.5,015,983。然而,在電流互感器電路中改變初級匝數(shù)將不允許不同的輸入電流額定值產(chǎn)生相同的通過初級繞組的電流。
此外,大型工業(yè)斷路器或傳統(tǒng)的應用利用本身具有外殼的保護繼電器。保護繼電器具有電源用以操作而不是電流互感器。保護繼電器的輸出通常是一個觸點或固態(tài)裝置以將脫扣線圈連接到與繼電器無關的電源上。在這種應用中,電流互感器用于復制和隔離輸入電流,所述電流互感器通常是額定1安培或5安培。電流互感器必須工作在包括故障電流、測量電流的大電流范圍內,所述故障電流比保護和測量的額定電流大得多,所述測量電流可比額定電流小。通常,典型的1安培額定輸入的電流互感器可具有20匝的初級,而5安培額定輸入的分離設計可具有4匝。
因此,提供一種雙額定電流互感器電路是出于經(jīng)濟上的需要,該電路允許將至少兩個不同輸入電流額定值輸送到互感器。而且,希望使用小型電路。
本發(fā)明的一方面是提供一種使用減小尺寸的互感器的雙額定電流互感器電路。
本發(fā)明的另一方面是一種使用相對低成本的典型磁材料滿足應用要求的互感器電路。匝數(shù)可根據(jù)磁材料或應用的變化而改變。
本發(fā)明的再一方面是一種設計用于產(chǎn)生與第一額定電流或第二額定電流相同的輸出電流的互感器。
根據(jù)本發(fā)明當前的優(yōu)選實施例,雙額定電流互感器電路具有輸送第一電流的第一電流線路和輸送第二電流的第二電流線路?;ジ衅髋c第一和第二電流線路耦連,其中互感器產(chǎn)生與第一和第二電流線路中每個的電流成比例的電流。該電路的互感器結合減小總體尺寸的設計特征。
參考附圖,通過對本發(fā)明優(yōu)選實施例的下述說明,本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將更加明顯。


圖1是本發(fā)明雙額定電流互感器電路的第一實施例的示意圖。
圖2是雙額定電流互感器電路的第二實施例的示意圖。
圖3是雙額定電流互感器電路的第三實施例的示意圖。
圖4是用于本發(fā)明電路中的互感器的側視圖。
雙額定互感器電路和其中互感器的小尺寸允許保護繼電器具有減小的尺寸??梢岳斫猓景l(fā)明的電路不限于使用保護繼電器,也可用于多種不同的應用中。
圖1中示出了雙額定電流互感器電路10。電路10包括串聯(lián)連接的電阻器R1、R2和R3。第一電流IA或不同的第二電流IB通過電流線路12和14饋送。公共電流IC表示IA和IB的公共返回路徑。
電流互感器20與電流IA和IB連接。由于不同的額定電流IA或IB都在互感器20的初級線圈中產(chǎn)生相同的電流(將在下文中描述),互感器20是雙額定互感器。從而互感器20產(chǎn)生與電流IA或IB成比例的電流IP。
互感器20包括一個初級線圈22和一個次級線圈24。例如,互感器20可以是鐵磁心互感器。初級線圈22為單匝,而次級線圈24為多匝,例如,13000匝。次級線圈24的階梯下降(stepped-down)電流IS與通過初級線圈22的電流IP成比例,所述電流IP對于額定電流IA或IB都相同。本發(fā)明用于IA或IB的電路設計為使得標準互感器可用于最普通的繼電器輸入電流。
次級線圈24設計為提供低反射電阻到次級線圈22以及互感器的低負載。次級線圈24包括電阻RTS。第四電阻器R4和RTS一起反射到初級側。初級線圈22的極性在點26標記,而次級線圈24的極性在點28標記。輸出的低負載減小互感器的尺寸。最終,輸出負載比互感器次級電阻RTS低。
電阻器網(wǎng)絡R1、R2和R3提供兩種不同的電流輸入IA或IB,從而以低于IB的值將電流提供到互感器初級22上。再參考圖1,從節(jié)點30開始,電流IB沿線路14輸送到節(jié)點30,由于電路的分流布置,產(chǎn)生通過互感器初級的電流IP。電流IA通過線路12輸送到節(jié)點30并也產(chǎn)生相同的電流IP??蓮南率将@得電流IA跨過電阻器R1的電壓VR1=IAR1(R2+R3)R1+R2+R3]]>因此,可通過等式(2)從電流IA獲得電流IP(2)IP=VR1/R2+R3=IAR1/R1+R2+R3同樣,通過下式,利用電流IB和跨過電阻器R3的電壓VR3來確定VR3和IPVR3=IB(R1+R2)R3/R1+R2+R3VR3=IB(R1+R2)R3/R1+R2+R3(3)IP=VR3/R3=IB(R1+R2)/R1+R2+R3綜合等式(2)和(3)IA=IB(R1+R2)/R1IA/IB=(R1+R2)/R1=1+R2/R1(4)R2/R1=IA/IB-1根據(jù)本發(fā)明的雙額定電流互感器的一個例子如下假定IA=5AIB=1A
IP=0.45ARTS=4000ΩR4=2000ΩVO=0.0692V,在額定輸入電流下NP=1其中NP是互感器初級的匝數(shù),而NS是互感器次級的匝數(shù)。由于初級的安匝數(shù)必須與次級的安匝數(shù)相等,次級線圈中的匝數(shù)可通過下式確定(5)NS=NPIP/IS根據(jù)歐姆定律VO=ISR4,這里VO是跨過R4的電壓。
從而,V0=IPNPR4/NSNS=NPIP/IS=NPIPR4/VONS=1×0.45×2000/0.0692NS=13006匝從等式(5)可得NSIS=NPIPIS/IP=NP/NSVS=(RST+R4)IS,這里VS是跨過次級線圈24的電壓。
因此,跨過初級線圈22的電壓VP是(6)VP=VSxNP/NS設定RP是反射到初級的次級電阻值RPIP=(RTS+R4)ISNP/NSRP=(RTS+R4)·IS/NS·NP/IPRP=(RTS+R4)·NP/IP·NP/IPRP=(NP/NS)2(RTS+R4)=(1/13006)2(4000+2000)RP=35.5×10-6Ω由于反射到初級的任何電壓將使電流循環(huán),所以R1+R2+R3必須比35.5×10-6Ω大很多。因此,假定R1+R2+R3=3.55×10-3Ω則從等式(2)可得R1=IP(R1+R2+R3)/IA=0.45×3.55×10-3/5R1=320×10-6Ω從等式(4)可得R2=(IA/IB-1)R1=320×10-6(5/1-1)R2=1.28×10-3Ω從等式(2)可得IP=IAR1/R1+R2+R3R3=(IAR1/IP)-(R1+R2)=(5(320×10-6)/0.45)-(320×10-6+1.28×10-3)R3=1.96×10-3Ω由于IA或IB是來自源阻抗通常大于100Ω的電源系統(tǒng)的電流互感器的電流源,所以其阻抗通常為比R1+R2+R3的總和大兩個數(shù)量級。
接著,跨過初級的電壓可從下式計算VP=IP(RTS+R4)/NS2=(0.45×6000)/(13006×13006)VP=15.96×10-6V設定循環(huán)電流R1+R2+R3為IPC,其將從IP減去。
IPC=VP/R1+R2+R3=15.96×10-6/3.55×10-3IPC=4.50×10-3A因此,IPC約為IP的1%,并且,其可通過減少次級匝數(shù)校正。
圖2示出了圖1電路的可替換實施例。如圖2所示,互感器20包括流過電流IAP的第一初級線圈22和流過電流IBP的第二初級線圈34。如果R3(圖1)變?yōu)榱?,則IB將等于通過初級的電流IP,見等式(3)。由于從IB到IC的連接存在電阻,電流將流過次級線圈34。IBP的第二初級的端部在與R1相同的節(jié)點36上被連接到IC,從而防止電流流過與R2串聯(lián)的R1。等于IBP的電流IB流過初級線圈34并回到IC。跨過R1的電壓可從下式獲得VR1=IAR1R2R1+R2]]>根據(jù)歐姆定律IAP=VR1/R2因此電流IAP可由電流IA從下式獲得IAP=VR1/R2=IAR1/R1+R2如果IB=1A,IA=5A,由于IBP=IAP=IB,所以可通過下式計算電阻比R1/R1+R2:
R1/R1+R2=IAP/IA=1/5R1/R1+R2=0.2ΩIB=IBP以及具有兩個單匝初級的上述特殊情況不影響繼電器設計。
參考圖3,示出了本發(fā)明的另一個實施例,其中通過加入反相放大器40的近似R4的值降低互感器20的電壓負載。放大器40包括標記為(-)的反相輸入端42、標記為(+)的非反相輸入端44以及輸入端46。所述電路還包括極性如點32所示的次級線圈24。
由于到反相放大器輸入端的電壓接近零,所以IS流過R4并產(chǎn)生等于圖1的VO的輸出電壓,流過相同的電流。由于放大器是反相的,所以次級的極性必須相反以保持VO與圖1中相同。
互感器的輸出不考慮R4的負載,這允許較高額定輸入電流。由于負載減小,則縮小了具有相同額定輸入電流的互感器的尺寸。
參考圖4,將進一步描述包括在電路中的互感器20?;ジ衅靼ň哂腥齻€輪緣52、54和56的線軸50。線軸具有在輪緣54和56之間的第一繞組區(qū)58以及基本大于區(qū)域58在輪緣52和54之間的第二繞組區(qū)60。初級線圈22繞區(qū)域58中線軸至少纏繞一匝,而次級線圈24繞較大區(qū)域60纏繞。因此,互感器20中主繞組是產(chǎn)生低電阻的次級繞組。這減少包裹在線軸周圍的磁性材料62的磁通偏移和電流激勵。磁性材料62是低激勵材料。使用次級繞組的大部分繞組區(qū)域并使用低激勵磁性材料是兩種能減小互感器尺寸的設計技術。
總之,本發(fā)明的雙額定電流互感器電路允許兩個不同的輸入電流額定值被輸送到互感器中。此外,由于降低了到互感器的輸入電流的輸入電路以及允許減小尺寸的互感器設計技術,使得電路小型化。
盡管根據(jù)具體實施例已對本發(fā)明進行了描述,但其它改變和變形以及其它使用對本領域普通技術人員是明顯的。因此,優(yōu)選地,本發(fā)明不限于在此的具體公開,而由所附的權利要求書限定。
權利要求書按照條約第19條的修改29.一種雙額定電流互感器電路,包括具有一條輸入線路的互感器;與所述輸入線路連接的第一電路,所述第一電路適于接收第一電流;以及與所述輸入線路連接的第二電路,所述第二電路適于接收與第一電流不同的第二電流,其中所述第一電路和所述第二電路每個適于將相同的第三電流提供到所述輸入線路中,而與是所述第一電路還是所述第二電路提供所述第三電流無關。
30.如權利要求29所述的電路,其中所述第一電路和所述第二電路共用一條公共的電流返回線路。
31.如權利要求29所述的電路,其中所述第一電路和所述第二電路中的至少一個包括多個電阻器。
32.如權利要求29所述的電路,其中所述互感器在輸出線路上提供階梯下降的電流。
33.如權利要求29所述的電路,其中所述互感器具有一個初級線圈和一個次級線圈,所述次級線圈給所述初級線圈提供一個低反射阻抗。
34.如權利要求29所述的電路,其中所述互感器包括包裹在初級線圈和次級線圈周的磁性材料。
35.如權利要求34所述的電路,其中所述磁性材料是低激勵型材料。
36.如權利要求29所述的電路,其中互感器具有一個初級線圈和一個次級線圈,所述次級線圈將一個低電阻反射到初級線圈以及將一個低負載反射到互感器。
37.如權利要求29所述的電路,其中所述互感器包括多個初級線圈。
38.如權利要求37所述的電路,其中多個初級線圈中的每個包括單匝。
39.如權利要求29所述的電路,還包括一個耦連到所述互感器的運算放大器。
權利要求
1.一種雙額定電流互感器電路,包括一條輸送第一電流的第一電流線路;一條輸送第二電流的第二電流線路;與第一和第二電流線路耦連的互感器;其中互感器產(chǎn)生與第一和第二電流線路中的每條線路的電流成比例的電流。
2.如權利要求1所述的互感器電路,其中互感器由第一電流產(chǎn)生的電流等于互感器由第二電流產(chǎn)生的電流。
3.如權利要求1所述的互感器電路,還包括多個與第一和第二電流線路連接的電阻器。
4.如權利要求3所述的互感器電路,其中多個電阻器被布置為使得由互感器產(chǎn)生的電流的值低于第二電流。
5.如權利要求3所述的互感器電路,其中多個電阻器被布置為使得第二電流的值等于由互感器產(chǎn)生的電流。
6.如權利要求5所述的互感器電路,其中第一和第二電流線路被分離以防止第二電流的一部分流過電阻器。
7.如權利要求1所述的互感器電路,其中互感器包括一個初級線圈和一個次級線圈。
8.如權利要求7所述的互感器電路,其中初級線圈為至少一匝,而次級線圈為多匝。
9.如權利要求7所述的互感器電路,其中互感器的次級線圈反射一個低阻抗。
10.如權利要求7所述的互感器電路,其中互感器包括包裹在初級和次級線圈周圍的磁性材料的一部分。
11.如權利要求10所述的互感器電路,其中磁性材料是低激勵型材料。
12.如權利要求7所述的互感器電路,其中次級線圈將一個低電阻反射到初級線圈以及將一個低負載反射到互感器。
13.如權利要求7所述的互感器電路,還包括一個第二初級線圈。
14.如權利要求13所述的互感器電路,其中每個初級線圈具有單匝。
15.如權利要求1所述的互感器電路,其中第一電流的值為5安培。
16.如權利要求1所述的互感器電路,其中第二電流的值為1安培。
17.如權利要求1所述的互感器電路,還包括一個耦連到互感器的運算放大器。
18.一種雙額定電流互感器,包括一條輸送第一電流的第一電流線路;一條輸送第二電流的第二電流線路;多個與第一和第二電流電路連接的電阻器;以及與第一和第二電流線路耦連的互感器;其中多個電阻器產(chǎn)生到互感器的輸入電流,此輸入電流從互感器產(chǎn)生一個電流,該電流低于第一和第二電流線路中的每條線路的電流。
19.如權利要求18所述的互感器電路,其中互感器由第一電流產(chǎn)生的電流等于互感器由第二電流產(chǎn)生的電流。
20.如權利要求18所述的互感器電路,其中互感器包括至少具有一匝的初級線圈和具有多匝的次級線圈。
21.如權利要求20所述的互感器電路,其中互感器包括包裹在初級和次級線圈周圍的磁性材料的一部分。
22.如權利要求21所述的互感器電路,其中磁性材料是低激勵型材料。
23.如權利要求20所述的互感器電路,其中次級線圈將一個低電阻反射到初級線圈以及將一個低負載反射到互感器。
24.如權利要求20所述的互感器電路,還包括一個第二初級線圈。
25.如權利要求24所述的互感器電路,其中每個初級線圈具有單匝。
26.如權利要求18所述的互感器電路,其中第一電流的值為5安培。
27.如權利要求18所述的互感器電路,其中第二電流的值為1安培。
28.如權利要求18所述的互感器電路,還包括一個耦連到互感器的運算放大器。
全文摘要
一種雙額定電流互感器電路(10)具有輸送第一電流(I
文檔編號H01H83/02GK1316090SQ00801279
公開日2001年10月3日 申請日期2000年6月29日 優(yōu)先權日1999年6月30日
發(fā)明者羅伯特·P·德普依 申請人:通用電氣公司
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