[其他]具有同步交流偏磁电路的电感装置及其应用

说明书

本发明属于电感线圈及电路紧急保护装置。其特征在于提供了一种与信号同源的同步交流偏磁电路，并利用该电路提出了一种新型的交流偏磁式漏电保护开关电路。采用该交流偏磁电路，可使磁通提高十倍至几十倍，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。

本发明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μo，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路，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（Churles Oatley，《Electrio and Magnetic Fields》，CambligeUniversity Press 1976，P174）。

美国专利US3123764所提供是一种磁放大器电路。它的功率输入电路和信号输入电路是分开的;其信号电源是直流或者很低的交流，与其功率输入电源频率有10倍以上的差别;它是利用铁芯的可饱和特性。该专利曾提到偏磁绕组，但不是指功率输入绕组，而是一种直流偏磁绕组。

本发明的目的在于提供一种具有同步交流偏磁电路的电感装置，并据此提供交流偏磁式单相漏电保护开关电路和交流偏磁式三相漏电保护开关电路。

本发明的核心是提出一种简单的同步交流偏磁电路，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峯值时，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峯值，当电源电压有较大的波动时，偏移场的峯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（如本发明实施例中），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O，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，输出信号正比于振辐磁导率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。