一种磁感应电流转移模块及其电流转移方法

摘要

公开了一种磁感应电流转移模块及其电流转移方法，所述磁感应电流转移模块包括电感和接入端，电感包括原边电感(1)和副边电感(2)，接入端包括原边接入端(3)和副边接入端(4)，所述原边电感(1)两端通过原边接入端(3)实现与外部电路的连接，副边电感(2)两端通过副边接入端(4)实现与外部电路连接；所述原边电感(1)与副边电感通(2)过磁场耦合且原边电感(1)与副边电感通(2)相互之间电气绝缘。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁感应电流转移模块及其电流转移方法，特别是涉及一种利用磁场感应来实现电流产生或转移的电气装置。

背景技术

直流断路器是直流供电系统安全运行的保证，因为直流电流中没有自然过零点，采用直接开断的方式将受到很大的制约，解决这一问题的有效思路是基于电流转移创造电流过零点的新型开断方式。电流转移的方式可以分为自然电流转移和强制电流转移两种方式。其中自然电流转移方式的效果受到元件参数、元件配合、工作条件等多种因素的影响，工程实际应用有诸多限制。与之相比，强制电流转移的方式有更高的工程应用价值。直流系统短路电流具有幅值高、上升快、危害巨大的特点，而如何安全、可靠及快速地将电流强制转移则是这一新型开断方式所面临的首要问题。

专利文献CN201610854069.X公开了一种隔离注入式电流转移电路，该文献通过在转移电流电路中增加一种互感器，通过互感器将电流强制转移至电容器，并实现控制侧与直流系统之间的隔离，显著地减小了充电单元的电压等级与体积，提高工作可靠性。

专利文献CN201610854068.5公开了一种瞬变磁脉冲感应式电流转移电路，可以应用于直流断路器等诸多领域。该文献通过在转移电流电路中增加一种互感器，通过互感器直接将电流转移至避雷器，省去了传统技术的转移过程，动作速度快，原、副边隔离，具有广泛的应用前景。

上述文献均使用了磁感应电流转移方法，但是，上述专利文献仅仅涉及电流转移电路和转移方法，理论性较强，而对磁感应电流转移模块本身的实现缺乏探讨，成为限制该种转移方式更好应用的原因之一。另一方面，目前市面上已出现的互感器虽然种类众多，但是其工作电流较小，电流-体积比低，难以适应大容量电力系统动辄数千安的电流要求。针对以上问题，本专利旨在提供一种磁感应电流转移模块。该磁感应电流转移模块在保留了磁感应绝缘特性的同时，具有很高的互感系数和工作电流范围，并且体积小、易于加工、加工成本低、加工重复性好，能大大推进强制电流转移技术的发展。

本专利的应用并不止于上述提及的方面，发明人认为本专利在交、直流断路器，交、直流限流器，脉冲变压器，交、直流电源等领域内均有应用价值。在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足或缺陷，本发明的目的在于提出一种磁感应电流转移模块及其电流转移方法，通过合理的结构设计，能实现能量在磁感应电流转移模块原边和副边相互传递，进而完成电流的产生和转移。并且由于该磁感应电流转移模块原边和副边相互隔离，可以实现强、弱电分离，隔绝相互干扰，保护低压电路元件。本发明的磁感应电流转移模块结构简单、部件少，大大减少了加工成本和加工难度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一方面，一种磁感应电流转移模块包括电感和接入端，电感包括原边电感和副边电感，接入端包括原边接入端和副边接入端，所述原边电感两端通过原边接入端实现与外部电路的连接，副边电感两端通过副边接入端实现与外部电路连接；所述原边电感与副边电感通过磁场耦合且原边电感与副边电感通相互之间电气绝缘。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述电感扁平螺旋环绕，匝与相邻匝间沿电感径向延伸。

在所述的磁感应电流转移模块中，原边电感和副边电感沿电感轴向摆放，且原边电感与副边电感平面相互平行，原边电感的内外径与副边电感相同或者不相同。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述电感和/或接入端由铜、铁、铝等及其合金的导电材料构成。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述电感截面和接入端截面为矩形、方形、圆形或椭圆。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述磁感应电流转移模块包含铁芯。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述铁芯是铁磁材料。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述铁芯闭合或者不闭合。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述电感缠绕在铁芯上或放置在铁芯。

在所述的磁感应电流转移模块中，所述螺旋环绕包括螺旋圆形环绕、螺旋方形环绕或螺旋椭圆环绕。

根据本发明的另一方面，所述的磁感应电流转移方法包括以下步骤：

在第一步骤中，原边电感两端通过原边接入端实现与外部电路的连接，电感产生磁感应。

在第二步骤中，所述原边电感与副边电感通过磁场耦合，副边电感两端通过副边接入端实现电流转移。

本发明对比已有技术优势在于：原边电感和副边电感通过径向绕制、轴向摆放，加工出来的感应电流转移模块体积小，耦合系数高，便于安装固定，在数十千安电流下仍能稳定工作。通过对电感器截面面积的控制，可以方便地调节磁感应电流转移模块的电流通流能力和涌流能力，并且调节上限远高于一般方案。通过对电感间距和隔挡材料的控制，可以调节原边线圈和副边线圈的耐压等级，以适应不同系统电压等级。

附图说明

参照附图，上述以及其他本发明的目的、特征和优点，通过本发明实施例的以下说明性且非限制性详细描述将被更好地理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的磁感应电流转移模块三维结构示意图；

图2是根据本发明另一个实施例的磁感应电流转移模块三维结构示意图；

图3是根据本发明一个带有闭合铁芯的实施例二维结构示意图；

图4是根据本发明另一个带有闭合铁芯的实施例二维结构示意图；

图5是根据本发明一个带有非闭合铁芯的实施例二维结构示意图；

图6是根据本发明另一个带有非闭合铁芯的实施例二维结构示意图；

图7是根据本发明另一个带有非闭合铁芯的实施例二维结构示意图；

图8是根据本发明一个实施例的磁感应电流转移方法的步骤示意图。

其中：1是原边电感，2是副边电感，3是原边接入端，4是副边接入端，5是铁芯。

所有附图都是示意性的，不是必须完全一致的。

具体实施方式

以下结合附图1-8和实施例对本发明作进一步的解释。以下详细描述实际上仅是示例性的而并不意欲限制应用和使用。此外，并不意欲受以上技术领域、背景、简要概述或以下详细描述中呈现的任何明确或暗示的理论约束。除非明确地具有相反的描述，否则词语“包括”及其不同的变型应被理解为隐含包括所述的部件但不排除任意其他部件。

本发明的实施例描述了一种磁感应电流转移模块，如图1所示的根据本发明一个实施例三维结构示意图，其包括电感和接入端两部分，电感包括原边电感1和副边电感2，接入端包括原边接入端3和副边接入端4。电感通过相应的接入端与外部电路相连。电感可以从外部电路获取能量，也可以输出能量给外部电路。由于原边电感和副边电感可以通过磁场相互耦合，当通过原边接入端3向原边电感1注入电流时，副边电感2会产生感应电压，利用该感应电压，可以实现与副边接入端4相连的外部回路电流的强制转移。相对于常规自然转移方式，强制转移方式受元件参数、元件配合、工作条件等因素的影响较小，具有很高的工程应用价值。本发明所述的磁感应电流转移模块，可以应用于交、直流断路器，交、直流限流器，脉冲变压器，交、直流电源等领域，具有电流转移速度快，能量利用率高，可靠性好，成本低廉等优点。

在所述的磁感应电流转移模块的优选实施例中，所述电感扁平螺旋环绕，匝与相邻匝间沿电感径向延伸。

在所述的磁感应电流转移模块的优选实施例中，原边电感1和副边电感2沿电感轴向摆放，且原边电感1与副边电感2平面相互平行，原边电感1的内外径与副边电感2相同或者不相同。

在所述的磁感应电流转移模块的优选实施例中，所述电感和/或接入端由铜、铁、铝等及其合金的导电材料构成。

在所述的磁感应电流转移模块的优选实施例中，所述电感截面和接入端截面为矩形、方形、圆形或椭圆。

在所述的磁感应电流转移模块的优选实施例中，所述电感匝与相邻匝间沿电感径向延伸，螺旋环绕制成。环绕方法包含但不限于螺旋圆形环绕、方形环绕、椭圆环绕等及其变形。如图2所示，示出了一种可能实施的方形环绕磁感应电流转移模块。

有利的，根据本发明的磁感应电流转移模块，可以应用铁芯束缚磁场，以减少磁场扩散和提高耦合系数，铁芯可以是闭合的，也可以是非闭合的。图3和图4示出了两种可能实施的闭合铁芯的磁感应电流转移模块结构示意图。在图3中，铁芯5是闭合的，铁芯5束缚磁场，以减少磁场扩散和提高耦合系数。在图4中，铁芯5在中间设有一个开口。

图5-图7示出了三种可能实施的非闭合铁芯的磁感应电流转移模块结构示意图。图5-7示出了铁芯5是不闭合的各种情况，但本发明并不仅限于此，铁芯5的不闭合还可以根据需要设置成其他变型。

本发明的另一方面，根据所述的磁感应电流转移方法包括以下步骤：

在第一步骤S1中，原边电感1两端通过原边接入端3实现与外部电路的连接，电感产生磁感应。

在第二步骤S2中，所述原边电感1与副边电感通2过磁场耦合，副边电感2两端通过副边接入端4实现电流转移。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。