ТРАНСФОРМАТОР ТОКА ДЛЯ ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
CURRENT TRANSFORMER FOR ELECTRIC POWER SUPPLY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к трансформатору тока для электропитания и способу его изготовления, в частности к трансформатору тока для источника электропитания, способному обеспечивать плавное регулирование тока и препятствовать повреждению потребителя электропитания, а также к способу его изготовления.
Уровень техники
Обычно трансформатор тока для электропитания называют трансформатором тока или релейным трансформатором тока. Трансформатор тока главным образом служит источником питания электросистем или систем энергоснабжения в оборудовании распределения электроэнергии, а также источником питания катушки отключения или реле максимального тока в пневматическом прерывателе.
Как видно из Фиг. 1 и 2, трансформатор тока для источника электропитания состоит из петлеобразного сердечника 20, каркасов 30, соединенных между собой так, что между ними может поместиться сердечник 20, и обмотки 40 катушки, намотанной на каркасы 30. Провод первичной обмотки 10 пропущен внутри катушки 20, а сердечник 20 сформирован путем шихтовки из изолированных кольцеобразных пластин квадратной формы. Каркасы 30 соединены друг с другом, находясь лицом друг к другу, так, чтобы между ними внутри сердечника 20 можно было расположить провод 10 первичной обмотки. Обмотка 40 катушки наматывается на каждый из каркасов 30.
Однако обычному трансформатору тока для источника электропитания присущи следующие проблемы.
Во-первых, возникает явление насыщения в области тока большой силы, что вызывает высокое напряжение на обоих концах обмотки 40 катушки и прохождение тока большой силы. Соответственно, в потребителе электропитания, например в реле максимального тока, могут возникать повреждения.
Во избежание повреждения потребителя электропитания вследствие прохождения тока большой силы потребитель электропитания должен быть дополнительно оснащен предохранительным устройством (или защитным контуром).
Более того, для ослабления тока, подаваемого на обмотку 40 катушки, необходимо увеличить число витков обмотки 40 катушки. Следовательно, увеличивается требуемый размер обмотки 40 катушки и число каркасов 30, что приводит к повышению стоимости изготовления и увеличению габаритов всего трансформатора тока для источника электропитания.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является трансформатор тока для источника электропитания, способный обеспечивать плавное регулирование тока и предотвращать повреждение потребителя электроэнергии, а также способ его изготовления.
Следующей задачей настоящего изобретения является трансформатор тока для источника электропитания, способный обеспечивать плавное регулирование мощности питания при токе малой силы и не допускать увеличения напряжения выше заданного уровня при токе большой силы, а также способ его изготовления.
Еще одной задачей настоящего изобретения является трансформатор тока для источника электропитания, характеризующийся сокращенным числом витков обмотки катушки и уменьшенными собственными габаритами, а также способ его изготовления.
Для достижения этих и иных преимуществ, а также в соответствии с назначением настоящего изобретения, варианты выполнения и подробное описание которого приведены в настоящей заявке, предусмотрен трансформатор тока для источника электропитания, содержащий: первый сердечник, сформированный из магнитного материала, имеющий петлеобразную форму и зазор на одной из своих сторон; и вспомогательный сердечник, сформированный из магнитного материала, расположенный на одной или более сторонах первого сердечника так, что упомянутый вспомогательный сердечник закрывает зазор.
Первый сердечник может включать в себя прямой участок, и зазор может быть выполнен на на упомянутом прямом участке.
Первый сердечник может включать в себя сегментные сердечники, каждый из которых имеет прямой участок и закругленный участок, представляющий собой продолжение прямого участка с одного из концов упомянутого прямого участка.
Вспомогательный сердечник может включать в себя прямой участок, соответствующий прямому участку первого сердечника, и закругленный участок, имеющий большую длину, чем один из закругленных участков сегментных сердечников.
Вспомогательный сердечник может быть расположен на обеих сторонах первого сердечника в направлении толщины.
Вспомогательный сердечник может быть расположен таким образом, что один его закругленный участок может соприкасаться с двумя закругленными участками сегментных сердечников.
Трансформатор тока для источника электропитания может дополнительно содержать обмотку катушки, расположенную вокруг зазора.
Следующий объект настоящего изобретения относится к трансформатору тока для источника электропитания, содержащему: первый сердечник, сформированный из магнитного материала, имеющий петлеобразную форму и зазор на одной из своих сторон; и второй сердечник, сформированный из магнитного материала, имеющий форму, соответствующую первому сердечнику, и расположенный на одной или более сторонах первого сердечника.
Первый сердечник может включать в себя прямолинейный участок, и на прямолинейном участке может быть сформирован зазор.
Трансформатор тока для источника электропитания может дополнительно содержать обмотку катушки, расположенную вокруг зазора.
Первый сердечник может включать в себя сегментные сердечники, каждый из которых имеет прямой участок и закругленный участок, представляющий собой продолжение прямого участка с одного из концов упомянутого прямого участка.
Второй сердечник может включать в себя прямой участок и закругленный участок, соответствующие прямому участку и закругленному участку первого сердечника.
Трансформатор тока для источника электропитания может дополнительно содержать вспомогательный сердечник, имеющий форму, соответствующую форме первого сердечника или второго сердечника, и расположенный на одной или более сторонах первого сердечника или второго сердечника.
Вспомогательный сердечник может включать в себя прямой участок, соответствующий прямому участку первого сердечника, и закругленный участок, имеющий большую длину, чем один из закругленных участков сегментных сердечников.
Вспомогательный сердечник может быть расположен с обеих внешних сторон первого сердечника и второго сердечника в направлении толщины.
Вспомогательный сердечник может быть расположен таким образом, что один его закругленный участок может соприкасаться с двумя закругленными участками сегментных сердечников.
Для достижения этих и других преимуществ, а также в соответствии с назначением настоящего изобретения, варианты выполнения и подробное описание которого приведены в настоящей заявке, предусмотрен также способ изготовления трансформатора тока для источника электропитания, содержащий этапы, на которых: формируют сердечник, имеющий петлеобразную форму и зазор на одном из его участков; и наматывают обмотку катушки вокруг зазора.
Этап формирования сердечника может содержать этап формирования сегментных сердечников, расположенных друг напротив друга так, что между ними образован зазор. Этап формирования сердечника может дополнительно содержать этап расположения вспомогательного сердечника, выполненного из магнитного материала, на одной или более сторонах сегментных сердечников так, чтобы закрыть зазор.
Перед расположением второго сердечника этап формирования сердечника может дополнительно содержать этап формирования второго сердечника путем формирования сегментных сердечников, расположенных напротив друг друга и образующих замкнутую петлю.
Способ может дополнительно содержать этап расположения вспомогательного сердечника с внешней стороны второго сердечника.
Способ может дополнительно содержать создание каркаса перед формированием сердечника. На этапе формирования сердечника сегментные сердечники могут быть вставлены в каркас так, что образуется зазор.
Способ может дополнительно содержать этап расположения каркаса вокруг зазора перед наматыванием обмотки катушки.
Все вышеизложенные и иные задачи, признаки, объекты и преимущества настоящего изобретения будут более понятными из нижеследующего подробного описания настоящего изобретения при его рассмотрении вместе с сопровождающими чертежами.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, включенные в материалы заявки для обеспечения более полного понимания изобретения и составляющие часть настоящего описания, иллюстрируют варианты выполнения изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов настоящего изобретения.
На чертежах:
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе трансформатора тока для источника электропитания по предшествующему уровню техники.
Фиг.2 представляет собой вид сбоку трансформатора тока для источника электропитания, показанного на Фиг.1.
Фиг. 3 представляет собой вид трансформатора тока для источника электропитания согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения в перспективе в разобранном состоянии.
Фиг. 4 - вид в плане, показывающий трансформатор тока для источника электропитания, представленный на Фиг.3, в собранном состоянии.
Фиг. 5 - вид снизу изображения Фиг.4.
Фиг. 6 - вид спереди источника электропитания, изображенного на Фиг.3.
Фиг. 7 - вид в перспективе сердечника, показанного на Фиг.6.
Фиг. 8 - вид спереди первого сердечника, изображенного на Фиг. 7.
Фиг. 9 - вид спереди вспомогательного сердечника, изображенного на Фиг. 7.
Фиг. 10 - вид в перспективе сердечника трансформатора тока для источника электропитания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 11 - вид спереди второго сердечника, изображенного на Фиг. 10.
Фиг. 12 - вид, изображающий примерный вариант процесса соединения сердечника с каркасом трансформатора тока для источника электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 13 - вид, изображающий еще один примерный вариант процесса соединения сердечника с каркасом трансформатора тока для источника электропитания согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 14 - вид, показывающий отношение между первичным током и вторичным током трансформатора тока для источника электропитания по настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
Далее будут подробно описаны предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения, примеры которых приведены на сопровождающих чертежах.
В данном разделе дается более подробное описание трансформатора тока для источника электропитания и способа его изготовления.
Как показано на Фиг. 3-5, трансформатор тока для электропитания содержит корпус 120 с внутренним пространством, блок 140 питания для подачи тока, индуцируемого проводом 110 первичной обмотки, к потребителю электроэнергии, такому как реле максимального тока, элемент 181 измерения тока для измерения тока, протекающего по проводу 110 первичной обмотки, печатную плату 191, соединенную с блоком 140 питания и элементом 181 измерения тока.
Соединительный участок 122 провода первичной обмотки для присоединения провода 110 первичной обмотки образован на корпусе 120. Элемент 181 измерения тока, выполненный в виде кругового пояса Роговского, расположен вокруг соединительного участка 122 провода первичной обмотки. Изолирующий элемент 185 расположен на одной из сторон (верхняя сторона на Фиг. 3) элемента 181 измерения тока. Печатная плата 191 жестко закреплена винтом 193 между элементом 181 измерения тока и блоком 140 питания. Соединитель 135 сформирован на одном из участков корпуса 120 так, что он электрически соединен с печатной платой 191 и потребителем электроэнергии.
Как показано на Фиг. 6, блок 140 питания включает в себя сердечник 141, расположенный вокруг провода 110 первичной обмотки, каркас 171, соединенный с сердечником 141, и обмотку 175 катушки, намотанную на каркас 171. Обмотка 175 катушки помещается в корпус 120, который открыт с одной стороны. Крышка 130 соединена с корпусом 120 винтом 133, закрывая тем самым обмотку 175 катушки.
Как показано на Фиг. 7, сердечник 141 включает в себя первый сердечник 151, выполненный из магнитного материала и имеющий петлеобразную форму с зазором (G) на одной из своих сторон; и вспомогательные сердечники 161, сформированные из магнитного материала в форме тонких пластин и расположенные на одной или более сторонах первого сердечника 151 так, что они закрывают зазор (G). Число пластин первого сердечника 151 и толщина каждого из вспомогательных сердечников 161 устанавливаются в соответствии с их пропускной способностью в отношении номинального тока.
L
L
Как показано на Фиг. 8, первый сердечник 151 образован в виде пары сегментных сердечников 155, расположенных друг напротив друга так, что между ними образуется зазор (G). Сегментные сердечники 155 первого сердечника 151 сформированы путем шихтовки изолированных пластин, причем каждая пластина имеет прямолинейный участок 156 и закругленный участок 157, сформированный путем закругления с одного конца прямолинейного участка 156. Прямолинейный участок 156 сегментного сердечника 155 сформирован таким образом, что он удален от осевой линии (C) первого сердечника 151 на определенное расстояние (G/2). Соответственно, если расположить два сегментных сердечника 155 симметрично друг другу на осевой линии (C) так, чтобы концы двух закругленных участков 157 соприкасались друг с другом, то между двумя прямыми участками 156 образуется зазор (G).
L
Вспомогательные сердечники 161 имеют форму, соответствующую первому сердечнику 151 и включают в себя прямые участки 163 и закругленные участки 165, сформированные путем закругления с одного конца каждого прямого участка 163. Как показано на Фиг. 7, прямые участки 163 вспомогательных сердечников 161 сформированы так, что перекрывают по всей длине прямые участки 156 первого сердечника 151, в том числе зазор (G). На Фиг. 9 показано, что закругленные участки 165 вспомогательных сердечников 161 сформированы так, что имеют большую длину, чем закругленные участки 157 сегментных сердечников 155 первого сердечника 151, выступая за осевую линию (C). То есть, закругленные участки 165 вспомогательных сердечников 161 сформированы таким образом, что имеют достаточную длину для того, чтобы закрыть область сопряжения между двумя концами двух закругленных участков 157 двух сегментных сердечников 155 первого сердечника 151. Вспомогательные сердечники 161 расположены таким образом, что два их закругленных участка 165 соприкасаются с двумя закругленными участками 157 двух сегментных сердечников 155 первого сердечника 151.
При такой конфигурации прямолинейный участок 156 первого сердечника 151 вставляют в каркас 171, а вспомогательные сердечники 161 располагают на обеих сторонах первого сердечника 151. Затем два конца прямых участков 156 первого сердечника 151 и два закругленных участка 157 соединяют друг с другом в области их соприкосновения аргоновой сваркой и т.д.
Когда ток протекает по проводу 110 первичной обмотки, в сердечнике 141 индуцируется магнитный поток, а в обмотке 175 катушки генерируется вторичной ток. Вторичный ток подается к потребителю электропитания, например реле максимального тока, соединенному печатной платой 191 с соединителем 135.
Далее будет приведено пояснение к трансформатору тока для источника электропитания по второму варианту выполнения настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 10 и 11. Для удобства пояснения конфигурация и компоненты, аналогичные представленным относительно первого варианта выполнения изобретения, обозначаются одними и теми же ссылочными позициями. Как показано на Фиг. 10, сердечник 211 состоит из первого сердечника 151, сформированного из магнитного материала и имеющего петлеобразную форму и зазор (G) на одной из своих сторон, и второго сердечника 221, сформированного из магнитного материала и имеющего форму, соответствующую форме первого сердечника 151, и расположенного на одной или более сторонах первого сердечника 151. Как уже упоминалось, первый сердечник 151 имеет два сегментных сердечника 155. Первый сердечник 151 и второй сердечник 221, соответственно, сформированы путем шихтовки изолированных тонких пластин из магнитного материала, и число пластин может быть выбрано в соответствии с их пропускной способностью в отношении номинального тока.
Второй сердечник 221 состоит из одной пары сегментных сердечников 225, симметричных друг другу. Сегментные сердечники 225 второго сердечника сформированы путем шихтовки изолированных тонких пластин из магнитного материала, при этом каждая магнитная пластина имеет прямой участок 226 и закругленный участок 227, изогнутый с одного конца прямого участка 226.
Одна пара вспомогательных сердечников 161 соединена с каждым из наружных контуров первого сердечника 151 и второго сердечника 221. Каждый из вспомогательных сердечников 161 сформирован из магнитного материала и включает в себя прямой участок 163 и закругленный участок 165. Два закругленных участка 165 вспомогательных сердечников 161 контактно соединены с закругленными участками 157, 227 первого и второго сердечников 151, 221. В этом случае вспомогательные сердечники 161 могут быть сформированы из немагнитных материалов.
При такой конфигурации прямые участки 156, 226, 163 первого сердечника 151, второго сердечника 221 и вспомогательных сердечников 161 вставляют в каркас 171. Затем приваривают друг к другу в области соприкосновения вспомогательные сердечники 161, два конца прямолинейных участков 156 первого сердечника 151 и два закругленных участка 157, тем самым соединяя в одно целое первый сердечник 151, второй сердечник 221 и вспомогательные сердечники 161.
Далее будет приведено пояснение к примерному варианту трансформатора тока для источника электропитания согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 12.
Как показано на Фиг. 12, трансформатор тока для источника электропитания содержит первый сердечник 255, сформированный из магнитного материала и имеющий петлеобразную форму и зазор на одной из своих сторон; и вспомогательный сердечник 261, сформированный из магнитного материала и соединенный с первым сердечником 255 так, что он закрывает зазор (G) первого сердечника 255 с одной или более сторон.
Первый сердечник 255 включает в себя один U-образный закругленный участок 257; и два прямых участка 256, линейно изогнутых с обоих концов закругленного участка 257, и заданный воздушный зазор (G) между ними. Первый сердечник 255 сформирован путем шихтовки изолированных тонких пластин.
Вспомогательный сердечник 261 линейно формируют так, что он имеет длину, соответствующую двум прямым участкам 256 первого сердечника 255. Таким образом можно определять длину вспомогательного сердечника 261.
Каркас 271 соединен с прямыми участками 256 первого сердечника 255 так, чтобы можно было наматывать на него обмотку катушки. Каркас 271 состоит из первого элемента 273 и второго элемента 275, соединенных между собой лицевой стороной друг к другу в направлении толщины. Направляющие участки 274, 276 сформированы на обоих концах первого и второго элементов 273, 275 соответственно так, что они выступают в ширину и за пределы обхвата соответствующих элементов.
При такой конфигурации первый и второй элементы 273, 275 соединяются друг с другом так, что между ними можно поместить прямые участки 256 первого сердечника 255. Затем на первый и второй элементы 273, 275, соединенные друг с другом, наматывают обмотку катушки.
Далее будет приведено пояснение к другому примерному варианту трансформатора тока для источника электропитания согласно первому варианту выполнения настоящего изобретения со ссылкой на Фиг. 13.
Как показано на Фиг. 13, трансформатор тока для источника электропитания содержит первый сердечник 255, сформированный из магнитного материала и имеющий петлеобразную форму и зазор на одной из своих сторон; и второй сердечник 281, сформированный из магнитного материала, имеющий форму, соответствующую форме первого сердечника 255, и расположенный на одной или более сторонах первого сердечника 255.
Первый сердечник 255 включает в себя U-образный закругленный участок 257; и прямые участки 256, линейно изогнутые с обоих концов закругленного участка 257 с заданным зазором (G) между ними.
Второй сердечник 281 сформирован так, что имеет форму замкнутой петли, которая включает в себя прямые участки 283, соответствующие прямым участкам 256 первого сердечника 255, и закругленные участки 285, соединяющие два конца прямых участков 283. Второй сердечник 281 расположен на обеих сторонах первого сердечника 255 в направлении толщины. В этом случае второй сердечник 281 может быть расположен на одной из сторон первого сердечника 255.
Каркас 271 соединяется с прямыми участками 256, 283 первого и второго сердечников 255, 281 так, что на них можно намотать обмотку катушки. Каркас 271 состоит из первого элемента 273 и второго элемента 275, соединенных между собой лицевой стороной друг к другу так, что между ними можно поместить прямые участки 256, 283.
При такой конфигурации первый и второй сердечники 255, 281 приваривают друг к другу, а первый и второй элементы 273, 275 соединяют между собой лицевой стороной друг к другу так, чтобы между ними поместились прямые участки 256, 283 первых сердечников 255, 281. Затем на первый и второй элементы 273, 275, соединенные друг с другом, наматывают обмотку катушки.
Далее со ссылкой на Фиг. 14 будет объяснено отношение между первичным током и вторичным током трансформатора тока для источника электропитания согласно настоящему изобретению.
Как показано на Фиг. 14, кривая L1 указывает на то, что в обычном трансформаторе тока для источника электропитания вторичный ток линейно повышается по мере повышения первичного тока в зоне тока малой силы. При повышении первичного тока легко возникает явление насыщения. В данном случае, если явление насыщения возникает в зоне тока большой силы, среднеквадратичное значение не увеличивается, но повышается пиковое значение тока. В результате может произойти повреждение потребителя электроэнергии, например реле максимального тока.
Как показано на Фиг. 14, кривая L2 указывает на то, что в трансформаторе тока для источника электропитания по первому варианту выполнения настоящего изобретения вторичный ток нелинейно повышается пропорционально первичному току. Когда ток малой силы протекает по проводу 110 первичной обмотки, потребителю электроэнергии может стабильно подаваться вторичный ток малой силы. При повышении первичного тока вторичный ток повышается нелинейно. В случае если ток большой силы, например аварийный ток, протекает по проводу 110 первичной обмотки, магнитный поток ограничивается ввиду наличия зазора (G) сердечника, снижая тем самым величину вторичного тока. Соответственно, таким образом может быть предотвращено повреждение источника электропитания, например реле максимального тока, из-за поступления тока большой силы.
Как показано на Фиг. 14, кривая L3 указывает на то, что в трансформаторе тока для источника электропитания согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения вторичный ток повышается пропорционально первичному току. Вторичный ток согласно второму варианту выполнения изобретения слабее вторичного тока в обычном трансформаторе, но сильнее тока согласно первому варианту выполнения изобретения ввиду того, что зазор (G) имеет меньший размер по сравнению с зазором (G) по первому варианту выполнения изобретения.
Как показано на Фиг. 14, кривая L4 указывает на то, что при увеличении размера зазора (G) по первому варианту выполнения изобретения может быть обеспечен вторичный ток малой силы, а время, необходимое для достижения насыщения, увеличивается.
Как указано выше, в трансформаторе тока для источника электропитания и согласно способу его изготовления по настоящему изобретению в сердечнике формируется зазор для ограничения магнитного потока, вследствие чего снижается вторичный ток, не допуская тем самым повреждения источника электропитания, например реле максимального тока, вследствие подачи тока большой силы.
Более того, в трансформаторе тока для источника электропитания и согласно способу его изготовления по настоящему изобретению количество обмотки катушки может быть уменьшено путем ограничения магнитного потока, индуцированного в сердечнике, стоимость изготовления может быть снижена путем уменьшения числа каркасов, и могут быть уменьшены общие габариты трансформатора тока.
В качестве дополнения, в трансформаторе тока для источника электропитания в зоне тока малой силы питание потребителю подается стабильно, а в зоне тока большой силы магнитный поток, индуцированный в сердечнике, регулируется надлежащим образом. Таким образом может быть предотвращено повреждение источника электропитания из-за подачи тока большой силы.
Вышеописанные варианты выполнения изобретения и преимущества являются лишь примерами и не должны быть истолкованы как ограничивающие объем настоящего изобретения. Данные настоящего описания могут легко быть применены и к другим типам устройств. Описание носит иллюстративный характер и не ограничивает объем заявленного изобретения. Специалистам в данной области техники будут очевидны многочисленные альтернативные варианты, модификации и варианты. Признаки, конструкции, способы и другие характеристики примерных вариантов выполнения настоящего изобретения, описанные в настоящей заявке, могут быть использованы в различных сочетаниях для получения дополнительных и/или альтернативных примерных вариантов выполнения изобретения.
Поскольку описанные в настоящей заявке признаки могут быть осуществлены в нескольких вариантах без нарушения заданных характеристик, следует понимать, что представленные выше варианты выполнения изобретения не ограничиваются какими-либо подробностями приведенного выше описания, если не указано иначе, и должны быть истолкованы в широком смысле в пределах объема настоящего изобретения, определенного прилагаемой формулой изобретения, и, следовательно, все изменения и модификации, проводимые в границах и пределах формулы изобретения или эквивалентных им условиях, считаются входящими в объем прилагаемой формулы изобретения.