找回密码
 注册
关于网站域名变更的通知
查看: 309|回复: 3
打印 上一主题 下一主题

电流互感器的工作原理与计算

[复制链接]

该用户从未签到

跳转到指定楼层
1#
发表于 2021-10-21 13:58 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

EDA365欢迎您登录!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?注册

x
我们将设计一个电流互感器。使用电流互感器可以减小测量变换器原边电流时的损耗,比如大功率开关电源,由于电流过大所以需要使用电流互感线圈来监测电流以减少损耗。
" r" y1 r9 O# L* A# m4 y$ ?0 C( G! p
电流互感器与一般的电压变压器区别在什么地方呢?这个问题即使是资深的磁性元件设计人员也很难回答。基本的区别在于:变压器试图把电压从原边变换到副边,而电流互感器试图把电流从原边变换到副边。电流互感器的电压大小由负载决定。/ N5 I. a0 G" X3 V' z
  E! `2 ~7 x4 ^9 h3 A/ h
我们通过一个实际的设计例子,可以更好地理解电流互感器的工作原理。
  Z! t$ P5 E+ A/ T( X! s7 B$ C
( _* @7 v& r0 Z, D. ?' x假设用电流互感器测量变换器的原边电流,原边10A电流对应1V电压。当然,我们可以用一个1V/10A=100mΩ的电阻来测量,但是电阻将造成的损耗为1V×10A=10W,这么大的损耗对几乎所有的设计来说都是不能接受的。所以,要选用电流互感器,如图1所示。
4 ~: `( p, Z, C1 ]' }7 T* k! {
  Y6 `8 s5 E  T
图1 用电流检测互感器减小损耗当然,为了减少绕组电阻,我们把原边的匝数取为1匝,同时为了使电流降到一个比较低的水平,副边匝数应该比较多。如果副边匝数为N,由欧姆定律可得(10/N)R=1V,在电阻中消耗的功率为P=(1V)^2/R。我们假设消耗的功率为50mW(也就是说,我们可以使用100mW规格的电阻),这就要求R不得小于20Ω,如果采用20Ω的电阻,由欧姆定律可得副边匝数N=200。" f+ f3 ~7 t! G; }8 z

# W5 {( A4 j% `9 c; f现在我们来看磁芯,假设二极管是普通的一般的二极管,通态电压大约为1V,电流为10A/200=50mA。互感器输出电压为1V,加上二极管的通态电压1V,总电压大约2V。250kHz频率工作时,磁芯上的磁感应强度不会超过1 C+ t" R% ~2 p$ e0 R, \
其中4us为一个周期的时间,实际肯定是不到一个周期的。
# ]" c' y% q9 i% K- `5 c
/ h1 P6 D8 U0 P% {. |( \. c由于原边流过电流的时间不可能超过开关周期(否则,磁芯无法复位)。因此Ae可以很小,而B也不会很大。这个例子里磁芯的尺寸不能通过损耗要求或磁通饱和要求来确定,更大的可能是由原副边之间的隔离电压来确定。如果隔离电压没有要求,磁芯的大小一般由200匝的绕组所占体积来确定。你可以用40号的导线流过500mA的峰值电流,但是这种导线实在太细,一般的变压器厂家不会为你绕制。6 d3 p5 k6 Q# x' _4 }7 b

# d6 [, {) V# T实用提示 除非一定要用,一般情况下不要使用规格小于36号线的导线。
9 C2 y  x& }3 P
1 z4 i& T' `: H- k5 T现在我们来分析为什么不能用电压变压器来替代电流互感器?已经知道副边电压只有2V,因此原边电压为2V/200=100mV。如果输入直流电压为48V,那么电流互感器原边10mV电压对48V电压来说是微不足道的——那样你可以在副边得到50mA的电流,而对原边几乎没有什么影响。假设另一种情况(不现实的),原边的输入直流电压只有5mV,那么互感器的原边不可能有10mV的电压,同时由于原边阻抗(如反射副边阻抗)也比较大,决定了副边根本不可能产生50mA的电流。即使整个5mV电压全部加在原边,副边也只能产生200×5mV=1V的电压:不能在转换电阻上产生足够的电压。因此,电压变压器只能用作变压器,不能用来检测电流。
( ?- e: w( L/ F8 y
/ L; d' z5 K, I1 e% h从另外一个角度来看:虽然输入电源的电压为48V时,但是流过电流互感器电流的大小不是由原边的这个48V电压决定的,而是其他因素决定的。1 k  H, \7 t+ |3 F) f9 J$ g
! K2 l: v: K5 R0 J( g$ k
电流互感器是有阻抗限制的电压变压器。( F+ I+ B* H3 l. b0 Y

4 g2 s$ p0 Q- x& Y最后,我们来看一下电流互感器的误差情况怎么样?答案在于电流互感器的基本定义上:感应的是电流。
9 G5 q) T" ~" _* E
5 }! ^1 U( N, S实用提示 电流互感中的二极管和副边绕组的电阻不会影响电流的测量,因为(只要阻抗不是无穷大)串联电路中电流处处相等,与串联的元件无关。& ]* r  f; ^0 q4 k, I4 I

  J, b3 p4 \5 _' @9 h实际工作中,是不是使用肖特基二极管作为整流二极管是没有关系的:二极管的低通态电压只影响变压器,不会影响电流互感器。5 q1 O) M/ b. p+ s1 [: R0 i

! r( {6 b' m4 D& p" J9 R如果互感器副边的电感太小,测量误差将会增大。也就是激磁电感太小,假设我们要求测量电流的最大误差为1%,原边电流为10A,那么副边电流就是50mA,这就意味着要求激磁电流(副边)应该小于50mA×1%=500μA。激磁电流没有流过转换电阻,我们也无法检测到这个电流,这样误差就增大了。我们可以算出副边电感的最小值
+ q2 o, E1 k  y* T6 J+ l
现在的匝数为200,我们需要AL=16mH/200=400nH的磁环,用普通的小铁氧体磁环就可以了,这种铁氧体磁环是很容易找到的。
+ s) H+ \3 `& h& D" y& d$ y

该用户从未签到

2#
发表于 2021-10-21 14:21 | 只看该作者
电流互感器是有阻抗限制的电压变压器

该用户从未签到

3#
发表于 2021-10-21 16:14 | 只看该作者
磁芯的尺寸不能通过损耗要求或磁通饱和要求来确定,更大的可能是由原副边之间的隔离电压来确定。

该用户从未签到

4#
发表于 2021-10-21 16:15 | 只看该作者
二极管的低通态电压只影响变压器,不会影响电流互感器。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

关闭

推荐内容上一条 /1 下一条

EDA365公众号

关于我们|手机版|EDA365电子论坛网 ( 粤ICP备18020198号-1 )

GMT+8, 2025-10-8 23:05 , Processed in 0.156250 second(s), 23 queries , Gzip On.

深圳市墨知创新科技有限公司

地址:深圳市南山区科技生态园2栋A座805 电话:19926409050

快速回复 返回顶部 返回列表