簡(jiǎn)述電流變壓器的設(shè)計(jì)及需考慮到的因素

電流變壓器測(cè)量電流或?qū)⒛芰繌囊粋�(gè)電路傳輸?shù)搅硪粋�(gè)電路，所以其設(shè)計(jì)需要不同于相應(yīng)電壓變壓器的計(jì)算。這種差異的原因在于，電流變壓器磁化的電流是負(fù)載電流本身;而電壓變壓器則不同，它磁化的電流“獨(dú)立”于負(fù)載電流，其數(shù)值是滿負(fù)載時(shí)總體電流的一小部分。

我們想讓電流源為負(fù)載(如白熾燈、電壓穩(wěn)壓器或穩(wěn)壓二極管)提供電流IL，從而生成初級(jí)線圈電流IP(圖1)。我們與電流源打交道，所以，若負(fù)載消耗電流，則負(fù)載電壓由負(fù)載本身設(shè)定。

為設(shè)計(jì)電流變壓器，我們需了解其磁核的形狀、大小和材料，以及擬采用的匝數(shù)。之所以選擇環(huán)型核是因其具有最低的損耗及在初級(jí)和次級(jí)繞組間提供合適的磁通耦合(若匝數(shù)多得足以覆蓋磁核表面大部分的話)。

根據(jù)安培定律，電流IP流過(guò)匝數(shù)為NP的繞組(圖2)時(shí)，根據(jù)磁力線長(zhǎng)度IM將產(chǎn)生磁場(chǎng)，可由微分方程表示：

dIp×Np=H×dIM(1)

假定采用環(huán)形磁核，對(duì)整個(gè)磁力線長(zhǎng)度求積分，則得出：

Ip×Np=H×IM(2)

其中，IM為磁力線的中線長(zhǎng)度，對(duì)環(huán)形磁核來(lái)說(shuō)：

IM=π×DMED=π×(DOUT+DINN)/2(3)

其中，DMED為中線直徑;DOUT為環(huán)形磁核的外直徑;DINN為環(huán)形磁核的內(nèi)直徑。

磁場(chǎng)H在密度為B的核內(nèi)產(chǎn)生磁通。磁通密度取決于核材料的相對(duì)滲透率μR;

其中，B=μR×μ0×H;μ0=4π10-7(H/米=真空滲透率)

Ip×Np=B/(μR×μO)×IM

所以，公式2可重寫為：Ip×Np=B/(μR×μO)×IM(4)

為以最低損耗傳輸能量，磁核不應(yīng)在能量傳輸持續(xù)時(shí)，產(chǎn)生過(guò)多損耗。換句話說(shuō)，它不能飽和。因此，核磁通密度B不應(yīng)超過(guò)飽和密度值BSAT。另外，產(chǎn)生BSAT的初級(jí)側(cè)電流IP應(yīng)一直低于某一最大值IPMAX。所以，公式4可重寫為：

IPMAX×Np=BSAT/(μR×μO)×IM(5)

在我們的考慮中，我們與一個(gè)恒定電流打交道，該電流可認(rèn)為是IPMAX。所以，我們既可以為NP(盡可能覆蓋核表面)指定一個(gè)值并計(jì)算出IM，然后再計(jì)算出核尺寸DMED;又可選擇一個(gè)核并導(dǎo)出合適的NP。與μR一樣，BSAT也可在核數(shù)據(jù)手冊(cè)中查到。