簡述電流變壓器的設(shè)計及需考慮到的因素

電流變壓器測量電流或?qū)⒛芰繌囊粋�電路傳輸?shù)搅硪粋�電路，所以其設(shè)計需要不同于相應(yīng)電壓變壓器的計算。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“獨立”于負(fù)載電流，其數(shù)值是滿負(fù)載時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和次級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流過匝數(shù)為NP的繞組(圖2)時，根據(jù)磁力線長度IM將產(chǎn)生磁場，可由微分方程表示：

dIp×Np=H×dIM(1)

假定采用環(huán)形磁核，對整個磁力線長度求積分，則得出：

Ip×Np=H×IM(2)

其中，IM為磁力線的中線長度，對環(huán)形磁核來說：

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，產(chǎn)生過多損耗。換句話說，它不能飽和。因此，核磁通密度B不應(yīng)超過飽和密度值BSAT。另外，產(chǎn)生BSAT的初級側(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)指定一個值并計算出IM，然后再計算出核尺寸DMED;又可選擇一個核并導(dǎo)出合適的NP。與μR一樣，BSAT也可在核數(shù)據(jù)手冊中查到。