電流互感器設計實例

2020-12-06 電子產品世界

電流互感器設計實例

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201807/384359.htm

我們將設計一個電流互感器。使用電流互感器可以減小測量變換器原邊電流時的損耗,比如大功率開關電源，由於電流過大所以需要使用電流互感線圈來監測電流以減少損耗.

電流互感器與一般的電壓變壓器的區別在什麼地方呢?這個問題即使是資深的磁性元件設計人員也很難回答。基本的區別在於：變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊，而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊。電流互感器的電壓大小由負載決定。

我們通過一個實際的設計例子，可以更好地理解電流互感器的工作原理。

假設用電流互感器測量變換器的原邊電流，原邊10A電流對應1V電壓。當然，我們可以用一個1V/10A=100mΩ的電阻來測量，但是電阻將造成的損耗為1V×10A=10W，這麼大的損耗對幾乎所有的設計來說都是不能接受的。所以，要選用電流互感器，如圖1所示。

圖1 用電流檢測互感器減小損耗

當然，為了減少繞組電阻，我們把原邊的匝數取為1匝，同時為了使電流降到一個比較低的水平，副邊匝數應該比較多。如果副邊匝數為N，由歐姆定律可得(10/N)R=1V，在電阻中消耗的功率為P=(1V)2/R。我們假設消耗的功率為50mW(也就是說，我們可以使用100mW規格的電阻)，這就要求R不得小於20Ω，如果採用20Ω的電阻，由歐姆定律可得副邊匝數N=200。

現在我們來看磁芯，假設二極體是普通的一般的二極體，通態電壓大約為1V，電流為10A/200=50mA。互感器輸出電壓為1V，加上二極體的通態電壓1V，總電壓大約2V。250kHz頻率工作時，磁芯上的磁感應強度不會超過

由於原邊流過電流的時間不可能超過開關周期(否則，磁芯無法復位)。因此Ae可以很小，而B也不會很大。這個例子裡磁芯的尺寸不能通過損耗要求或磁通飽和要求來確定，更大的可能是由原副邊之間的隔離電壓來確定。如果隔離電壓沒有要求，磁芯的大小一般由200匝的繞組所佔體積來確定。你可以用40號的導線流過500mA的峰值電流，但是這種導線實在太細，一般的變壓器廠家不會為你繞制。

實用提示 除非一定要用，一般情況下不要使用規格小於36號線的導線。

現在我們來分析為什麼不能用電壓變壓器來替代電流互感器?已經知道副邊電壓只有2V，因此原邊電壓為2V/200=100mV。如果輸入直流電壓為48V，那麼電流互感器原邊10mV電壓對48V電壓來說是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電流，而對原邊幾乎沒有什麼影響。假設另一種情況(不現實的)，原邊的輸入直流電壓只有5mV，那麼互感器的原邊不可能有10mV的電壓，同時由於原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大，決定了副邊根本不可能產生50mA的電流。即使整個5mV電壓全部加在原邊，副邊也只能產生200×5mV=1V的電壓：不能在轉換電阻上產生足夠的電壓。因此，電壓變壓器只能用作變壓器，不能用來檢測電流。

從另外一個角度來看：雖然輸入電源的電壓為48V時，但是流過電流互感器電流的大小不是由原邊的這個48V電壓決定的，而是其他因素決定的。

電流互感器是有阻抗限制的電壓變壓器。

最後，我們來看一下電流互感器的誤差情況怎麼樣?答案在於電流互感器的基本定義上：感應的是電流。

實用提示 電流互感中的二極體和副邊繞組的電阻不會影響電流的測量，因為(只要阻抗不是無窮大)串聯電路中電流處處相等，與串聯的元件無關。

實際工作中，是不是使用肖特基二極體作為整流二極體是沒有關係的：二極體的低通態電壓只影響變壓器，不會影響電流互感器。

如果互感器副邊的電感太小，測量誤差將會增大。也就是激磁電感太小，假設我們要求測量電流的最大誤差為1%，副邊電流為50mA，那麼副邊電流就是50mA，這就意味著要求激磁電流(副邊)應該小於50mA×1%=500μA。激磁電流沒有流過轉換電阻，我們也無法檢測到這個電流，這樣誤差就增大了。我們可以算出副邊電感的最小值

現在的匝數為200，我們需要AL=16mH/200=400nH的磁環，用普通的小鐵氧體磁環就可以了，這種鐵氧體磁環是很容易找到的。

相關焦點

  • 低壓雙繞組電流互感器的設計及應用
    產品設計2.1結構特點AKH-0.66S系列雙繞組電流互感器結構新穎，外形美觀大方，透明翻蓋設計有防竊電裝置，接線方便。雙繞組電流互感器是在傳統低壓母線式電流互感器的基礎上進行研發，兼容電纜和銅排安裝方式，根據一次電流的測量範圍，5A-1250A採用一體式設計方案，主要規格有S-30I、S-40I、S-50II；1250A-6300A採用分體式結構設計，主要規格有S-60II、S-80II、S-100II、S-120II、S-200II為分體式，如圖1(a)、 圖2(a)所示。
  • 電流互感器的設計電路
    打開APP 電流互感器的設計電路 發表於 2019-08-14 16:05:22 　　我們將設計一個電流互感器。
  • 低壓配電系統電流互感器選型
    摘 要：分析低壓電流互感器的原理，介紹了準確級和準確級限值的概念，同時並在此基礎上，結合工程實例分析。低壓電流互感器在低壓測量、計量、繼電保護、系統監測、接地保護等方面的選用。　　3.1.2 測量用電流互感器在低壓配電系統中的問題及應用實例　　測量用電流互感器在低壓配電系統中二次輸出5A和1A的選擇，是一些電氣工程師經常遇到的問題。
  • 開口式電流互感器在低壓配電系統中的應用
    作者了分析低壓開口式電流互感器的原理，結合工程實例分析開口電流互感器在低壓配電系統中，主要是改造項目中的應用及施工細節，為用戶快速實現智能配電提供解決方案，該方案具有成本低、投資少、安裝接線簡便等優點，有利於低壓智能配電的進一步推廣和應用。
  • 開關櫃設計人員如何選擇合適的零序電流互感器?
    1 概述在中壓電力系統的項目中，我們開關櫃的設計人員經常會遇到開關櫃內配零序電流互感器的選擇問題，不同的零序電流互感器具有各自不同的特性，它們的應用環境也有所不同。如何在開關櫃的設計中合理選用零序電流互感器就成為開關櫃設計人員經常遇見的問題。本文就這一問題進行初步的探討。
  • 電流互感器基礎知識
    對於其它類型的互感器，比如光互感器，電子式電流互感器等實際應用還很少，因此這裡不作介紹。電流互感器的飽和前面我們講到電流互感器的誤差主要是由勵磁電流Ie引起的。正常運行時由於勵磁阻抗較大，因此Ie很小，以至於這種誤差是可以忽略的。但當CT飽和時，飽和程度越嚴重，勵磁阻抗越小，勵磁電流極大的增大，使互感器的誤差成倍的增大，影響保護的正確動作。
  • 【文章推薦】電子電流互感器與斷路器觸臂集成的絕緣結構設計
    綜合分析用戶對電子式電流互感器的使用情況反饋意見及集成式電子式電流互感器研發和試驗，筆者認為電子式電流互感器作為一種新技術，需要綜合考慮一次設備與電子式電流互感器相互影響及後端繼電保護裝置對電子式電流互感器的信號隔離和處理，才能發揮電子式電流互感器的技術優勢。1　設計中需要綜合考慮一次設備與電子式電流互感器相互影響。
  • 零序電流互感器和電流互感器的區別
    零序電流互感器概述 　　零序電流互感器為一種線路故障電流監測器。這個使繼電器動作的電流很小（mA級），稱作二次電流或零序電流互感器的靈敏度（也可用一次最小動作電流表示），為主要動作指標。 　　在10kV饋線開關櫃中的位於開關內側的電流互感器，視接線方式一般分為兩相或三相。該電流互感器由一次繞組（L1、L2）和二次繞組、鐵芯並有矽橡膠澆築而成。
  • 剩餘電流互感器和零序電流互感器兩者的區別?
    剩餘電流互感器和零序電流互感器有什麼區別呢？我們從原理方面，安裝方面，使用方面，產品器件方面做詳細說明。圖2 安科瑞零序電流互感器一、指代不同1、剩餘電流互感器：剩餘電流互感器專用於剩餘電流的採集，可與電氣火災監控裝置、電動機保護裝置以及剩餘電流繼電器配套使用。
  • 電流互感器計算公式
    我們將設計一個電流互感器。使用電流互感器可以減小測量變換器原邊電流時的損耗,比如大功率開關電源，由於電流過大所以需要使用電流互感線圈來監測電流以減少損耗。電流互感器與一般的電壓變壓器的區別在什麼地方呢?這個問題即使是資深的磁性元件設計人員也很難回答。基本的區別在於：變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊，而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊。電流互感器的電壓大小由負載決定。
  • 電流互感器的運行原則_電流互感器的運行維護
    電流互感器的運行特點 　　（1）運行中的電流互感器一次繞組的電流取決於被測量電路中流過的電流，與二次側的負荷無關。這一特點是與變壓器和電壓互感器的情況正好相反。 　　（2）由於串接在電流互感器二次繞組中的測量儀表、繼電保護裝置、安全自動裝置等的線圈阻抗很小，電流互感器在接近於短路的工作狀態下運行。這一特點也是與變壓器和電壓互感器的情況正好相反的。 　　電流互感器的運行原則 　　（1）電流互感器在運行中不得超過額定容量長期運行。
  • 一種基於FPGA的全光纖電流互感器控制電路設計
    隨著國家智能電網和特高壓電網的發展，傳統電磁式電流互感器逐漸暴露出其致命缺陷，例如高電壓等級時絕緣極為困難、更高電壓下易磁飽和導致測量精度下降等。相比之下，光纖電流互感器具有抗電磁幹擾能力強、絕緣可靠、測量精度高、結構簡單和體積小巧等諸多優點，是當前研究熱點。作為光纖電流互感器的核心部件，其檢測和控制電路對電流檢測精度和範圍具有非常重要的影響。
  • 電流互感器數比及案例
    電流互感器產生的輸出與流過初級繞組的電流成比例，這是由於初級電壓上的恆定電位 電流互感器（CT），是一種「儀表變壓器」，設計用於在其次級繞組中產生交流電流，該交流電流與其初級繞組中測量的電流成比例。 電流互感器將高壓電流降低到更低的值，並提供一種使用標準電流表安全監控AC傳輸線中流動的實際電流的便捷方式。
  • 電流互感器符號字母_電流互感器符號圖畫法
    電流互感器型號：第一字母：L—電流互感器第二字母：A—穿牆式；Z—支柱式；M—母線式；D—單匝貫穿式；V—結構倒置式；J—零序接地檢測用；W—抗汙穢；R—繞組裸露式第三字母：Z—環氧樹脂澆注式；C—瓷絕緣；Q—氣體絕緣介質；W—與微機保護專用第四字母：B—帶保護級；C—差動保護；D—D級；Q—加強型；J—加強型ZG第五數字：電壓等級 產品序號
  • 剩餘電流互感器的安裝接線方法及注意事項
    正常情況下，各相電流平衡，通過RCT 的一次側電流I相量和等於零，由基爾霍夫電流定律可知 　　 　　這樣，各相線工作電流在電流互感器環形鐵心中所產生的磁通量Φ之和也為零，即 　　 　　當有人觸電或出現其他接地漏電故障時，由於漏電流的存在，使得通過電流互感器一次側的各相負荷電流（包括中性線電流）的相量和不再為零，即此時
  • 電流互感器接線圖
    我們從使用功能上將電流互感器分為測量用電流互感器和保護用電流互感器兩類，各種電流互感器的原理類似，本文總結各種電流互感器接線圖，供參考使用。一測量用電流互感器接線方法測量用電流互感器的作用是指在正常電壓範圍內，向測量、計量裝置提供電網電流信息。1.
  • 電壓互感器和電流互感器知識詳解原創
    2）電壓互感器的型號表示型號左起第一位字母J表示電壓互感器；第二位字母有：D表示單相，S表示三相，C表示串級式；第三位字母有：J表示油浸式，G表示乾式，Z表示澆注絕緣式；第四位字母J表示接地保護；第五位數字表示設計序號。3）注意事項電壓互感器運行中，二次側不能短路，否則會燒壞繞組。為此，二次側要裝熔斷器保護。
  • 電流互感器的檢測方法解析
    一次電流從P1進，二次電流從S1出。極性檢查很簡單，除了可以在互感器校驗儀上進行檢查外，還可以使用直流檢查法。2、電流互感器退磁檢查電流互感器在電流突然下降的情況下，互感器鐵芯可能產生剩磁。如電流互感器在大電流情況下突然切斷電源、二次繞組突然開路等。互感器鐵芯有剩磁，使鐵芯磁導率下降，影響互感器性能。長期使用後的互感器都應該退磁。
  • 電流互感器的作用
    電流互感器的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉變為5A的電流。安在開關櫃內，是為了要接電流表之類的儀表和繼電保護用。每個儀表不可能接在實際值很大的導線或母線上，所以要通過互感器將其轉換為數值較小的二次值，在通過變比來反映一次的實際值。
  • 電流互感器的原理
    什麼是電流互感器呢 ？電流互感器（current transformer）簡稱CT簡單的可以理解為是一種傳感器，把它放在線路上，你就可以知道這條線路上的實時電流。使用方法就好比鉗形萬用表（電流互感器加一個電流表就等於鉗形萬用表）。