簡述電流變壓器的設計及需考慮到的因素

電流變壓器測量電流或將能量從一個電路傳輸到另一個電路，所以其設計需要不同于相應電壓變壓器的計算。這種差異的原因在于，電流變壓器磁化的電流是負載電流本身;而電壓變壓器則不同，它磁化的電流“獨立”于負載電流，其數值是滿負載時總體電流的一小部分。

我們想讓電流源為負載(如白熾燈、電壓穩壓器或穩壓二極管)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，若負載消耗電流，則負載電壓由負載本身設定。

為設計電流變壓器，我們需了解其磁核的形狀、大小和材料，以及擬采用的匝數。之所以選擇環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(若匝數多得足以覆蓋磁核表面大部分的話)。

根據安培定律，電流IP流過匝數為NP的繞組(圖2)時，根據磁力線長度IM將產生磁場，可由微分方程表示：

dIp×Np=H×dIM(1)

假定采用環形磁核，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，對環形磁核來說：

IM=π×DMED=π×(DOUT+DINN)/2(3)

其中，DMED為中線直徑;DOUT為環形磁核的外直徑;DINN為環形磁核的內直徑。

磁場H在密度為B的核內產生磁通。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，磁核不應在能量傳輸持續時，產生過多損耗。換句話說，它不能飽和。因此，核磁通密度B不應超過飽和密度值BSAT。另外，產生BSAT的初級側電流IP應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出合適的NP。與μR一樣，BSAT也可在核數據手冊中查到。