一種抗直流分量互感器及其製備方法與流程
2023-09-19 03:27:15 1
本發明涉及互感器技術領域，具體涉及一種抗直流分量互感器及其製備方法。
背景技術：
首先，由高導磁的超微晶（也稱納米晶）材料製備的環形磁芯和抗飽和的非晶材料的環形磁芯組合，具備了高導磁及抗飽和優點的複合磁芯，在交/直流二種運行狀況下形成互補作用，製作的抗直流分量互感器，能滿足國家標準GB/T 17215-2002《1 級和2 級靜止式交流有功電能表》中規定的交流線路中直流分量和偶次諧波影響量的計量要求。如中國專利號200510077418.3公開了一種用非晶材料的環形磁芯和超微晶材料的環形磁芯內外相疊、上下相疊後加防震海棉或滴注軟膠放入保護盒中製作的抗直流分量磁芯。
現有技術中，大批量生產的抗直流分量互感器都採用的內外相疊方式製造磁芯是最成熟的技術，即超微晶材料的環形磁芯設置在內層，非晶材料的環形磁芯設置在外層。
存在缺點：需要定製保護盒，兩個磁芯之間存在一定的空隙，磁芯與保護盒之間存在一定的空隙，保護盒自身的體積加大了終端磁芯產品尺寸，不利於後續製作的互感器小型化。
其次，為了實現終端互感器的小型化，縮小磁芯體積，可以如中國專利號200610164944.8中公開的技術方案，即非晶材料的環形磁芯和超微晶材料的環形磁芯各自單獨或內外相疊後用靜電噴塗或浸塗環氧樹脂塑粉方法製造磁芯。另一種是用液體環氧樹脂油漆噴塗或浸塗方法製造磁芯。
這兩種噴塗或浸塗方法雖然與採用保護盒保護磁芯的方式相比，磁芯表面的塗層明顯減小了保護盒所佔的空間,減小了終端磁芯體積尺寸，不需要專制保護盒。
但實踐生產證明由於磁芯氣隔、應力問題，而導致了用噴塗或浸塗方法製造的超微晶材料環形磁芯性能下降了30-45％左右。非晶材料的環形磁芯性能下降了4-7％左右。
另外，現有公知技術：超微晶材料環形磁芯的特性只適合於製作交流互感器，根據非晶材料環形磁芯的特性配合超微晶材料的環形磁芯的特性，在交/直流二種運行狀況下形成互補作用，最適合於製作抗直流分量互感器，尤其是現階段的電子式電能表採樣計量用的互感器。
現有技術中，超微晶材料環形磁芯的體積佔非晶材料的環形磁芯的體積近二分子一的配比，就能滿足國家標準GB/T 17215-2002《1 級和2 級靜止式交流有功電能表》中規定的交流線路中直流分量和偶次諧波影響量的計量要求。當然目前世界上只有德國VAC公司生產的大角差抗直流分量單磁芯（即一種材料）也能滿足上述標準。
電力電子元器件高精度，穩定性好，低成本，元器件的小型化始終是我們追求的目標。特別是能滿足國家標準GB/T 17215-2002《1 級和2 級靜止式交流有功電能表》中規定的交流線路中直流分量和偶次諧波影響量的計量要求的抗直流分量互感器，而該互感器是電子式電能表的電力隔離採樣計量的高精度元器件，減小該互感器二次電流線內阻，降低製造成本，提高交流和抗直流分量精度，互感器的小型化，是本發明的目的。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種抗直流分量互感器及其製備方法，本發明的抗直流分量互感器包括殼體及其繞制有二次電流線的複合磁芯，複合磁芯採用超微晶材料環形磁芯和非晶材料環形磁芯，超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯上下疊加。相疊加的兩種磁芯在比例配置上是內外徑尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的兩種狀態下的誤差測試數據來確定磁芯高度。製備的這種結構的抗直流分量互感器精度高且性能穩定。
為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案。
一種抗直流分量互感器，包括殼體，殼體內置複合磁芯，複合磁芯繞制有二次電流線，複合磁芯包括超微晶材料環形磁芯和非晶材料環形磁芯，超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯為上下疊加結構。
優選的是，所述超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝。
在上述任一技術方案中優選的是，所述非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝。
在上述任一技術方案中優選的是，所述超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同。
在上述任一技術方案中優選的是，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯以上下相疊的方式疊合而成為複合磁芯。
在上述任一技術方案中優選的是，相疊的兩種磁芯的配置比例為：內外徑尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的兩種狀態下的誤差測試數據來確定磁芯高度。
在上述任一技術方案中優選的是，具有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數。
在上述任一技術方案中優選的是，兩種磁芯相疊後直接繞制二次電流線。
本發明還公開了一種抗直流分量互感器的製備方法，該方法包括如下步驟：
步驟一，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝；
步驟二，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯上下相疊；
步驟三，繞制二次電流線。
在上述任一技術方案中優選的是，在步驟一中，超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同。
在上述任一技術方案中優選的是，在步驟一中，非晶材料環形磁芯的高度可根據在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下來確定，以進一步減少抗直流分量誤差及減小相疊後磁芯整體的高度，用減少二次電流線匝數來提高二次電流補償誤差精度。
在上述任一技術方案中優選的是，在步驟三中，先將有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數。所述N匝的確定，是由於各生產廠家的原材料配方、性能、退火工藝的各不相同，單獨測試非晶材料環形磁芯在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下，取互感器最小與最大額定電流的中間電流值時測試的誤差接近零來確定匝數。
在上述任一技術方案中優選的是，在步驟三中，將超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯這兩種磁芯直接上下相疊後繞制二次電流線來製造抗直流分量互感器。
本發明的抗直流分量互感器，包括殼體及其繞制有二次電流線的複合磁芯，複合磁芯採用超微晶材料環形磁芯和非晶材料環形磁芯，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝，超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯上下疊加並繞制二次線圈。相疊加的兩種磁芯在比例配置上是內外徑尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的兩種狀態下的誤差測試數據來確定磁芯高度。在繞制二次線圈方面，可以先將有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數，也可以兩種磁芯直接上下相疊後繞制二次電流線來製造抗直流分量互感器。與現有技術相比，製備而成的具有本發明的上述結構的抗直流分量互感器，精度高，性能穩定。
附圖說明
圖1為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的超微晶材料環形磁芯的結構示意圖；
圖2為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的非晶材料環形磁芯的結構示意圖；
圖3為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的封裝了保護盒的超微晶材料環形磁芯的結構剖視圖；
圖4為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的塗裝的非晶材料環形磁芯的結構剖視圖；
圖5為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的超微晶材料環形磁芯繞制N匝二次線圈的示意圖；
圖6為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的繞制了N匝二次線圈的超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯疊加的示意圖；
圖7為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的繞制有N匝二次線圈的超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯的疊加結構示意圖；
圖8為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的繞制了N匝二次線圈的超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯疊加後繼續繞制線圈的示意圖；
圖9為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例1的超微晶材料環形磁芯繞制N匝二次線圈後再疊加非晶材料環形磁芯繼續繞制線圈的結構示意圖；
圖10為按照本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例3的兩磁芯疊加結構的剖視圖；
圖11為本發明的抗直流分量互感器及其製備方法的一優選實施例3所引用的現有技術的磁芯結構剖視圖；
附圖標記：
1、超微晶材料環形磁芯，2、非晶材料環形磁芯，3、二次電流線，4、塗層，5、保護盒。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明，以下描述僅作為示範和解釋，並不對本發明作任何形式上的限制。
實施例1
抗直流分量互感器包括殼體，殼體內置複合磁芯，複合磁芯繞制有二次電流線，複合磁芯包括超如圖1所示的微晶材料環形磁芯和如圖2所示的非晶材料環形磁芯。如圖3所示，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝。如圖4所示，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝。超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯以上下相疊的方式疊合而成複合磁芯。超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同。相疊的兩種磁芯在比例配置方面，內外徑尺寸相同，以在各量程全波交流和半波直流的兩種狀態下的誤差測試數據來確定磁芯高度。
具有上述結構的抗直流分量互感器，其製備方法包括如下步驟：
步驟一，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝；步驟二，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯上下相疊；步驟三，繞制二次電流線。
超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同。非晶材料環形磁芯的高度可根據在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下來確定，以進一步減少抗直流分量誤差及減小相疊後磁芯整體的高度，用減少二次電流線匝數來提高二次電流補償誤差精度。
如圖5至圖9所示的超微晶材料環形磁芯繞制N匝二次線圈後再疊加非晶材料環形磁芯繼續繞制線圈的互感器製備過程：繞制二次電流線，將有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數。其中，N匝的確定，是由於各生產廠家的原材料配方、性能、退火工藝的各不相同，單獨測試非晶材料環形磁芯在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下，取互感器最小與最大額定電流的中間電流值時測試的誤差接近零來確定匝數。
實施例2
抗直流分量互感器殼體內具有複合磁芯，複合磁芯繞制有二次電流線，複合磁芯包括超如圖1所示的微晶材料環形磁芯和如圖2所示的非晶材料環形磁芯。如圖3和圖4所示，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯以上下相疊的方式疊合而成。
抗直流分量互感器的製備過程：超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝；超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯上下相疊；繞制二次電流線。
超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同；非晶材料環形磁芯的高度可根據在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下來確定，以進一步減少抗直流分量誤差及減小相疊後磁芯整體的高度，用減少二次電流線匝數來提高二次電流補償誤差精度；將超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯這兩種磁芯直接上下相疊後繞制二次電流線來製造抗直流分量互感器。
實施例3
抗直流分量互感器殼體內具有複合磁芯，複合磁芯繞制有二次電流線，複合磁芯包括超如圖1所示的微晶材料環形磁芯和如圖2所示的非晶材料環形磁芯。如圖3和圖4所示，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯以上下相疊的方式疊合而成。抗直流分量互感器的製備過程：超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝；超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯上下相疊；繞制二次電流線。
在製備過程中，超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同；非晶材料環形磁芯的高度可根據在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下來確定，以進一步減少抗直流分量誤差及減小相疊後磁芯整體的高度，用減少二次電流線匝數來提高二次電流補償誤差精度。如圖5至圖9所示，將有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數。也可以是將超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯這兩種磁芯直接上下相疊後繞制二次電流線來製造抗直流分量互感器。
對比現有技術，如圖11所示，現有技術中一個磁芯型號為：保護盒的19*27*8磁芯尺寸為內徑16.6mm、外徑29.3mm、高度9.7mm。採用本發明的技術方案，如圖10所示，其超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯尺寸為內徑16.6mm、外徑26.5mm、高度4.8mm；非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝的磁芯，其尺寸為內徑16.6mm、外徑26.5mm、高度4.8mm；兩者疊加後的整體磁芯尺寸為內徑16.6mm、外徑26.5mm、高度9.6mm；內徑和高度相同，與現有技術相比，其中的外徑縮小了2.8mm。
用相同的二次電流線進行繞制，直徑為0.15mm、環繞2500匝，與現有技術相比，其中的本發明技術方案的二次電流線減少了0.55克，內阻為89歐姆；這比有保護盒的19*27*8磁芯的內阻99.5歐姆減少了10.5歐姆。性能數據對比測試見下述的表1，從表1中的測試數據分析，可以看出本發明技術方案的交流相位差和直流誤差明顯優於對比磁芯。
表1
實施例4
抗直流分量互感器殼體內具有複合磁芯，複合磁芯繞制有二次電流線，複合磁芯包括超如圖1所示的微晶材料環形磁芯和如圖2所示的非晶材料環形磁芯。如圖3和圖4所示，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝，超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯以上下相疊的方式疊合而成。抗直流分量互感器的製備過程：超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝，非晶材料環形磁芯用噴塗或浸塗方法塗裝；超微晶材料環形磁芯用保護盒封裝的磁芯和非晶材料環形磁芯塗裝的磁芯上下相疊；繞制二次電流線。
在製備過程中，超微晶材料環形磁芯的保護盒的內外徑尺寸與非晶材料環形磁芯塗裝後的內外徑尺寸相同；非晶材料環形磁芯的高度可根據在半波直流狀態下誤差測試的數據只需滿足標準中最大誤差值的情況下來確定，以進一步減少抗直流分量誤差及減小相疊後磁芯整體的高度，用減少二次電流線匝數來提高二次電流補償誤差精度。如圖5至圖9所示，將有保護盒的超微晶材料環形磁芯上環繞二次電流線N匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞互感器所需的總匝數。也可以是將超微晶材料環形磁芯與非晶材料環形磁芯這兩種磁芯直接上下相疊後繞制二次電流線來製造抗直流分量互感器。
為了進一步減少抗直流分量誤差，在上述實施例3中的超微晶材料環形磁芯，將超微晶材料環形磁芯先均勻環繞50匝後再疊加非晶材料環形磁芯繼續環繞至2500匝，在半波直流狀態下誤差測試的數據與上述實施例3中現有技術的磁芯型號的保護盒的19*27*8磁芯的數據對比見下述表2，實際證明了本發明技術方案的數據優於對比磁芯，本發明在額定5-120A範圍內的誤差幾乎接近零狀態，而且本發明在140A時也能滿足國家標準GB/T 17215-2002《1 級和2 級靜止式交流有功電能表》中的規定(標準誤差＜±3％)，擴大了測量範圍。
表2
以上所述僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非是對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通工程技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明的權利要求書確定的保護範圍內。