变流器与电能表制造技术

变流器检测初级绕组中具有最大有效电流值Ｉ↓［ｍａｘ］（Ａ↓［ｒｍｓ］）和频率ｆ（Ｈｚ）的正弦波交变电流和具有最大峰值Ｉ↓［Ｐｅａｋ］（Ａ↓［ｏｐ］）和频率ｆ（Ｈｚ）的半正弦波整流电流，该变流器由至少一个具有一匝的初级绕组和至少一个连接着检测电阻器的多匝的次级绕组的磁芯组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及变流器和静止式电能表，变流器在所需的精度水平内检测正弦波交变电流和半正弦波整流电流，静止式电能表中的正弦波交变电流和半正弦波整流电流被输入和并入所述变流器。
技术介绍
电能表用于计算家用和工业用电机与仪器的电功率消耗。机电式电能表和静止式电能表都很常用。然而，静止式电能表随着电子学相关技术的发展而得到广泛的应用。在静止式电能表中，必须同时检测交变负载电压值和交变负载电流值。 用于静止式电能表的变流器包括配备有一匝初级绕组和数百或数千匝次级绕组的磁芯，交变负载电流流经初级绕组，检测电阻器与次级绕组并联。该电阻器表示次级绕组的电阻。变流器的测量精度通过幅值误差F(I)和相位误差 进行估算。因此，该二值必须低于某确定值。 幅值误差F(I)由下式确定 其中(1) RCu是电阻器的电阻，其表示次级绕组的电阻(Ω)， Rb是检测电阻器的电阻(Ω)， δ是磁芯的损耗角(rad)， ω＝2πf是角频率(rad/s)，及 Ls是次级绕组的电感(H)。 次级绕组的电感Ls由下式确定 其中(2) μr是磁芯的相对磁导率增量， μ0是真空磁导率，4π×10-7(H/m)， Ae是磁芯的有效横截面(m2)， Ns是次级绕组的匝数，及 le是磁芯的平均磁路长度(m)。 从上述式(1)和式(2)，可导出下列式(3) 相位误差 由下式确定 利用式(2)和式(4)，可得下式 如式(3)和(5)所示，为了减小幅值误差F(I)和相位误差 使用具有高的相对磁导率增量值μr的磁芯是有效的。从这个角度出发，为了做出优秀的变流器，使用由80％镍坡莫合金制成的磁芯或由具有超过10,000的相对磁导率增量的纳米-晶体合金制成的磁芯是有利的。根据IEC 62053-22标准，这些变流器可以被广泛应用于工业用途的静止式电能表中。当工业仪器中负载电流值高达100Arms或更高时，只有少量的由外部的特定变压器减少的完全零-对称正弦波交变电流被输入到该静止式电能表。 然而，包含着由80％镍坡莫合金或具有超过10,000的相对磁导率增量的纳米-晶体合金制成的磁芯的变流器不适于负载电流被直接输入的、家用的或相对来说负载较小的工业用的静止式电能表。在这些应用中，包含着由半波整流电路或用于当前电子设备或仪器的相位控制电路引起的直流分量的零-非对称交变负载电流被直接输入到电能表。包含着具有高的相对磁导率增量的磁芯材料的变流器被设计为仅仅接受零-对称正弦波交变电流。当包含着直流分量的零-非对称交变输入电流被输入到这样的变流器的初级绕组时，该零-非对称交变输入电流引起磁芯的饱和并歪曲电流检测。 涉及家用和相对来说负载较小的工业用的静止式电能表的具有代表性的IEC 62053-21，8.2标准及附件A中提出了精度范围的测量和测量半正弦波整流电流的测试方法，负载电流被直接输入到静止式电能表中。IEC 62053-21标准要求静止式电能表测量具有有效电流值Imax·20.5(Arms)的半正弦波整流电流，该静止式电能表具有测量具有在该IEC标准所定义的精度范围内的最大有效电流值Imax(Arms)的正弦波交变电流的性能规范。因此，波高20.5·Imax(Aop)就落在了由该正C标准所定义的精度范围内。在半正弦波整流电流包含具有值为1/π倍波高的直流分量时，具有有效电流值为Imax·20.5(Arms)或波高为20.5·Imax(Aop)的半波整流波形电流中的直流分量的值为(20.5/π)·Imax(ADC)。美国专利6,563,411B1中提出了包含钴-基非晶芯的变流器，其满足静止式电能表中交变电流测量所需精度，即使包含着较大直流分量的电流被输入到初级绕组时也能满足。再者，包含由钴-基非晶合金VITROVAC (Vacuumschmelze GmbH & Co.KG，Hanau，Germany)6030F或6150F制成的环芯变流器由Vacuumschmelze GmbH & Co.KG(以下简称为VAC)提出。 在美国专利6,563,411B1中提出的芯，或VAC提出的由钴-基合金VITROVAC 6030F或6150F制成的芯，当用于家用或相对来说较小负载的工业用途的静止式电能表时，满足正弦波交变电流和半正弦波整流电流分别被输入时静止式电能表中电能测量所需精度。然而，当使用在美国专利6,563,411B1、VITROVAC 6030F或6150F所提出的芯时，获得这些静止式电能表所需电子规格所需要的芯和变流器的尺寸过大。 举例来说，用于静止式电能表的六种变流器示于“Current Transformers forElectronic Watthour Meter(用于电子式电度表的变流器)”(http://www/vacuumschmelze.de/dynamic//docroot/medialib/documents/broschueren/kbbrosch/Pb-cteng.pdf)的表2中。对于根据IEC 61036标准的正弦波交变电流，五种变流器的额定最大有效电流值Imax(Arms)分别为20Arms、40Arms、60Arms、100Arms和120Arms，该标准对比于新标准IEC 62053-21。如表2所示，对于同一表中所示的半正弦波整流电流，这五种变流器每个具有的额定最大峰值20.5·Imax(Aop)分别为36Aop、72Aop、80Aop、113Aop和158Aop。 这些变流器所使用的磁芯的规格在“Cores for Current Transformers forElectronic Energy Meter(用于电能表变流器的芯)”(http://www/vacuumschmelze.de/dynamic//en/home/products/coresampinductivecomponents/applications/cores/coresforcurrenttransformersforelectronicenergymeter.php)中给出。根据这些规格，可以理解的是，由钴-基非晶合金VITROVAC 6030F制成的环芯用于对于正弦波交变电流具有额定最大有效电流值Imax(Arms)为20Arms的变流器，而由钴-基非晶合金VITROVAC 6150F制成的环芯用于其它变流器。 根据IEC标准，对于正弦波交变电流分别具有额定最大有效电流值Imax(Arms)为20Arms、40Arms、60Arms、100Arms和120Arms的变流器，对于半正弦波整流电流，应该分别具有的额定最大峰值20.5·Imax(Aop)为28.3Aop、56.6Aop、84.9Aop、141Aop和170Aop。因此，严格来说，若由额定最大有效电流值Imax(Arms)确定并依据IEC 62053-21标准设计，对于正弦波交变电流具有额定最大有效电流值Imax(Arms)为60Arms、100Arms和120Arms的变流器不适合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测初级绕组中的具有最大有效电流值Ｉ↓［ｍａｘ］（Ａ↓［ｒｍｓ］）与频率ｆ（Ｈｚ）的正弦波交变电流和具有最大峰值Ｉ↓［ｐｅａｋ］（Ａ↓［ｏｐ］）与频率ｆ（Ｈｚ）的半正弦波整流电流的变流器，其包括：至少一个磁芯，该磁芯具有一匝的初级绕组和与检测电阻器并联连接的多匝的次级绕组，并且具有由下列等式确定的磁芯有效横截面Ａ↓［ｅ］：Ａ↓［ｅ］≥Ａ↓［ｅ（ｍｉｎ）］↑［＊］（ｍ↑［２］）Ａ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＝Ｉ↓［ｍａｘ］.（Ｒ↓［Ｃｕ］＋Ｒ↓［ｂ］）／４．４４.ｆ.Ｎ↓［ｓ］↑［２］.Ｂ↓［ｓ］（ｍ↑［２］）其中：Ｂ↓［ｓ］是磁芯的饱和磁通密度（Ｔ），Ｎ↓［ｓ］是次级绕组的匝数，Ｒ↓［Ｃｕ］是次级绕组的电阻（Ω），Ｒ↓［ｂ］是检测电阻器的电阻（Ω），和Ａ↓［ｅ］≥Ａ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＊（ｍ↑［２］）Ａ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＊＝（Ｒ↓［Ｃｕ］＋Ｒ↓［ｂ］）（Ｄ↓［ｉ（ｍｉｎ）］＋１．５×１０↑［－３］）／２ｆμ↓［ｒ］μ↓［０］Ｎ↓［ｓ］↑［２］ｔａｎφ（ｍ↑［２］）Ｄ↓［ｉ（ｍｉｎ）］＝ａ＊＋ｂ（ｍ）０．７５×１０↑［－３］≤ａ≤１．２５×１０↑［－３］（ｍ／Ａ↑［０．５］）８．０×１０↑［－３］≤ｂ≤１２．０×１０↑［－３］（ｍ），其中：Ｄ↓［ｉ（ｍｉｎ）］是磁芯的内直径的最小值（ｍ），μ↓［ｒ］是磁芯的相对磁导率增量，μ↓［０］是真空磁导率，４π×１０↑［－７］（Ｈ／ｍ），和φ是变流器的相位误差（ｒａｄ），并且平均磁路长度ｌ↓［ｅ］满足ｌ↓［ｅ］≥ｌ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊（ｍ）Ｉ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＝Ｉ↓［ｐｅａｋ］／π〈Ｈ↓［ｓ］－Ｎ↓［ｐ］.Ｉ↓［ｐｅａｋ］（Ｒ↓［Ｃｕ］＋Ｒ↓［ｂ］）／２πμ↓［ｒ］μ↓［０］Ｎ↓［ｓ］↑［２］.Ａ↓［ｅ］｛Ｔ／２［ｃｏｓ（２πＴ↓［Ｖｓ０］／Ｔ）－ｃｏｓ（２π［（Ｔ／２）－Ｔ↓［Ｖｓ０］］／Ｔ）］＋２Ｔ↓［Ｖｓ０］－（Ｔ／２）｝〉Ｈ↓［ｓ］＝Ｂ↓［ｓ］／μ↓［ｒ］μ↓［０］（Ａ／ｍ）Ｔ↓［Ｖｓ０］＝Ｔ／２πｓｉｎ↑［－１］（１／π）（ｓ），其中Ｔ＝１／ｆ：ｐｅｒｉｏｄ（ｓ），以及ｌ↓［ｅ］≥ｌ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＊（ｍ）ｌ↓［ｅ（ｍｉｎ）］＊＊＝π（Ｄ↓［ｉ（ｍｉｎ）］＋１．５×１０↑［－３］）（ｍ）。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S纳卡吉马，
申请(专利权)人：梅特格拉斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]