同步交流偏磁电路及漏电保护开关制造技术

本发明专利技术属于电感线圈及电路紧急保护装置．其特征在于提出了一种通过附加交流偏磁电路提高环形铁芯导磁性的方法，并给出了实施例－－交流偏磁式漏电保护开关电路．采用该交流偏磁电路，可使磁导率提高十倍至几十倍．从而可缩小铁芯体积，减轻重量，漏电保护开关的灵敏度也大大提高，额定漏电动作电流可降至≤１５毫安．或采用磁导率较低的普通取向电工钢加上交流偏磁电路，则可代替老方法使用的铁镍合金，降低生产成本．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电感线圈及电路紧急保护装置。众所周知，象漏电保护开关之类的大多数使用软磁铁芯的场合，都希望铁芯有较高的磁导率。实际上有各种各样的磁导率，各自对应于从B～H曲线上引出的某一直线的斜率，它们在数值上相差悬殊。在目前的使用方法中，常常使用振幅磁导率，即图1所示磁化曲线OA上的点所对应的纵座标和横座标的比值μa＝Bm/Hm(Bm为磁感应峰值，Hm为磁场峰值)，它等于通过该点与坐标原点的直线的斜率。这种直线将落在图1中直线1和2之间。在这种情况下，象漏电保护开关，即使采用1J79、1J85、1J86等磁性能较好的软磁合金，经绕线和真空处理后，初始磁导率μ。只能达到5万高/奥，最大磁导率只能达到30万高/奥左右(《电世界》1981年第10期)。一般在50赫芝使用时还比上述数值低得多。为此，只有当漏电电流在30毫安以上时，才能产生脱扣动作，即灵敏度受到限制;或者，欲提高灵敏度，就势必增大保护开关的体积;或使用较不可靠的电子放大线路。然而在磁化曲线中有一段更陡的线段，其斜率等于图1中虚直线3的斜度，即ΔB/ΔH＝μΔ，我们称它为“差分磁导率”。如能利用这一线段的斜率就相当于提高了铁芯材料的品位。利用附加直流磁场将工作点预先偏移到这一线段的中部并不能达到这一目的(Charles Oatley，《Electric and Magnetic Fields》，Camblige University Press 1976，P174)。本专利技术的目的是提出一种利用磁化曲线最陡线段斜率的简单方法，并利用这种方法提供一种新型的可提高灵敏度或缩小铁芯体积的交流偏磁式漏电保护开关。本专利技术的核心是提出一种简单的交流偏磁电路，其偏磁电流与信号同源，而且一般是同频率的。即这种交流偏磁电路不需要附加电源。图2a是带同频交流偏磁电路的铁芯的工作原理图。图中1、1′为铁芯，2、2′为交流偏磁线圈，3为稳压管对，4为输入信号，5为输出信号，6和7为阻抗。两个完全相同的铁芯1、1′上绕有交流偏磁线圈2、2′，其中通过大小相等、方向相反的偏磁电流。当该电流产生的偏移场达到峰值时，即使没有输入信号4，铁芯也被磁化到对应于磁化曲线的最陡线段。当铁芯的磁化曲线最陡线段对应的磁场很窄(如具有高矩形比的材料)时，用稳压管对3来稳定这一偏移场的峰值。当电源电压有较大的波动时，偏移场的峰值仍保持在磁化曲线最陡线段对应的磁场。选择适当的铁芯材料可免去这些稳压管(故图中的稳压管对3用虚线表示)。偏磁电流和信号电流之间的相位差角对应于两个铁芯应分别在零度和180度附近，这可通过调整电路中阻抗6和7中电抗与电阻分量的比值来实现。在某些使用情况下(如本专利技术实施例中)，它们是简单的电阻，有时为了阻止电源中的直流分量，可串联一个电容。图2b是图2a电路在无输入信号时铁芯中的磁通波形。图2c是有输入信号时铁芯中的磁通波形图。输出信号正比于两个铁芯的磁通之和(φ1+φ2)。在没有输入信号时，铁芯磁通φ1和φ2大小相等，方向相反，所以输出信号为零。当有输入信号时，φ1上升(或下降)，φ2下降(或上升)，结果(φ1+φ2)不为0，即有输出信号。因这里的上升、下降是沿着磁化曲线最陡的线段，所以输出信号比较大，比没有交变偏移电流时大得多。当输入信号电流一定时，在没有偏磁的情况下，输出信号正比于振幅磁导率μa，在有交流偏磁的情况下，输出信号正比于差分磁导率μΔ，而μΔ＞＞μa。图3为50赫芝下0.1毫米厚的普通取向电工钢和0.05毫米普通1J86软磁合金铁芯在附加交流偏磁前后的μa-ΔB和μΔ-ΔB曲线。图中曲线1和3分别为普通取向电工钢铁芯在附加交流偏磁前后的磁导率μa和μΔ曲线;曲线2和4分别为1J86软磁合金铁芯在附加交流偏磁前后的磁导率μa和μΔ曲线。由图看出，同种材料在磁感改变量ΔB不高的区域，μΔ远远大于μa，如普通取向电工钢的μΔ比μa大几十倍，普通1J86软磁合金的μΔ比μa大10倍左右。不同材料之间比较，当ΔB不高时，普通取向电工钢的μΔ大于1J86软磁合金的μa。也就是说，同种材料制成的铁芯，加上交流偏磁后可大大地提高导磁性，如在50赫芝下钴基非晶合金可使用的磁导率数值由50万左右提高到100万左右高/奥，最高可达300万左右高/奥。以此用于漏电保护开关或其它装置，则可使铁芯体积大大缩小，重量减轻，对信号反应的灵敏度也大大提高。采用磁导率较低的普通取向电工钢加上交流偏磁线圈，则可代替老方法使用的铁镍合金。因此，可以以廉价的低合金材料代替昂贵的高合金材料，大大降低成本，更有利于关系人命安全的漏电保护开关的普及推广。实施例一交流偏磁式单相漏电保护开关图4是同频交流偏磁式漏电保护开关的原理性电路图。该电路由两个铁芯11和11′、一个交流偏磁电路12和漏电脱扣器13(可包括电子线路)组成。交流偏磁电路12包括电阻R、电容C和交流偏磁线圈14和14′。偏磁电路直接接到开关的输出端，不需要附加偏磁电源。电路中的电容C是为了防止电网中存在直流电压分量而采用的。如果产品用于肯定不存在直流分量的场合，则电容C可免去。如果采用电容C，则其数值为C≥ 1/(30R) (法)R是决定偏移场大小的，其数值由如下方法确定，首先由下式(1)确定偏移电流峰值Imb即Imb＝ (2.5HbD)/(Nb) (安) (1)Imb一般小于0.01安。式中Hb为铁芯材料磁化曲线最陡线段中部对应的磁场(奥);Nb为缠绕在一个铁芯上的偏磁线圈匝数，一般为100～700匝;D为铁芯的平均直径(厘米)。然后由下式(2)直接确定R，即R =2×2201 m b欧]]>(2)电路中其它元件的参数选择与常规漏电保护开关的设计相同，只是需要用μΔ代替原来的μa代入公式中计算，而且因为在低磁感时μΔ较高，所以选择低的工作磁感更为有利。实施例二交流偏磁式三相漏电保护开关图5为交流偏磁式三相漏电保护开关的原理性电路图。该电路由两个铁芯21和21′、交流偏磁电路22和漏电脱扣器23(可包括电子线路)组成。交流偏磁电路22包括电阻R1和R2、电容Cl、交流偏磁线圈24和24′、以及二极管25。三相半波电流经合成后提取交流分量供偏磁用，故偏磁电流频率实际是三倍于电源频率。但此处同样不需要附加偏磁电源。偏磁电路接在供电线路上。这里电容Cl是必不可少的，而且和偏磁线圈构成接近于串联谐振电路。所以其数值由下式(3)确定即Cl≈ (D·109)/(8ω2μeSN2b) (法)-(3)其中ω＝2πf，f为电源频率(50赫芝)，μe为铁芯在磁场Hb那一点的有效交流磁导率(高/奥)，S为铁芯磁路的横截面积(厘米2)。电阻R1和R2由如下程序确定。首先利用实施例1中公式(1)确定Imb，然后由下式(4)确定R1即R1＝ 70/(Imb) (欧)-(4)然后由下式(5)确定R2即4/(ωCl) ＜R2≤ (R1Vc)/(240-Vc) (欧)-(5)式中Vc为电容器Cl的耐压(伏)。三相漏电保护开关的其它元件参数选取与一般漏电保护开关的设计相同，但铁芯工作磁感可选择低一些。上述实施例一、二所述的单相、三相漏电保护开关，与铁芯材料相同且无交流偏磁的相比，灵敏度提高一倍。如采用1J79、1J85本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高环形铁芯导磁性的方法，其特征在于附加了一个交流偏磁电路。

【技术特征摘要】
1.一种提高环形铁芯导磁性的方法，其特征在于附加了一个交流偏磁电路。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于交流偏磁电路是在两个相同的环形铁芯上各绕以偏磁线圈，并从相反方向串联起来，通以交流偏磁电流。3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于交流偏磁电流的峰值Imb应小于0.01安培。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于交流偏磁电流峰值Imb由下式决定Imb＝ (2.5HbD)/(Nb) (安培)式中Hb为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新华，
申请(专利权)人：冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]