詳解關(guān)于電流互感變壓器技術(shù)要點與選擇

電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。

長期以來，電流互感變壓器作為儀器設(shè)備中的一種標準器件一直用來測量精密電流。即使在惡劣的環(huán)境和高溫條件下，這種器件也非常精確，使用方便可靠。

在諸如開關(guān)電源、馬達電流負載檢測、照明及儀器等應(yīng)用中，電流互感變壓器一般作為控制、電路保護和監(jiān)測器件來使用。隨著電流互感變壓器現(xiàn)貨的日益增多，如何選擇一款合適的電流互感變壓器需要考慮多方面的因素，本文介紹一種簡單的選擇方法，這種方法在很多應(yīng)用中對于選擇合適的高性價比器件非常有幫助。雖然現(xiàn)貨器件價格便宜，立等可取，但是在使用上有一些功能限制，某些應(yīng)用可能需要特殊的產(chǎn)品，甚至需要完全定制。電流互感變壓器的選擇要考慮多種因素，例如尺寸大小、頻率、功能和電流范圍等。

輸入電流

首先，電流互感變壓器的選擇必須明確并驗證多項指標，例如尺寸大小、頻率、功能和采樣電流的范圍。它的精度和效率實際上取決于這些參數(shù)指標。除了可能會在電流互感變壓器精度上進行折中之外，如果電流互感變壓器使用時的電流超過了制造商規(guī)定的額定電流規(guī)范，那么其工作溫度就會不斷上升且無法控制，從而導(dǎo)致電路失效。

另外，如果某種電流互感變壓器的額定值比其“采樣電流”高出很多，那么這種器件的尺寸不可避免地將會很大，對于其應(yīng)用來說就顯得太昂貴了。一般而言，所選的電流互感變壓器的額定值約高于其“采樣電流”最大期望值的30%就是一種明智的選擇。

匝數(shù)比

常見的電流互感變壓器的匝數(shù)比范圍從1:10到1:1000不等。匝數(shù)比(r=Nsec/Npri)越高，電流測量的分辨率就越高。

但是，值得注意的是，過高的匝數(shù)比將會導(dǎo)致分布電容和泄漏電感的增大，從而降低電流互感變壓器的精度和高頻下的工作性能(由于自諧振引起的)。然而，如果匝數(shù)比過低(低感應(yīng)系數(shù))，那么輸出信號可能會出現(xiàn)歪曲或者“下降”(單級輸入信號必定發(fā)生歪斜)，從而引起控制電路不穩(wěn)定，測量結(jié)果不準確。感應(yīng)系數(shù)和激勵電流

電流互感變壓器的次級感應(yīng)系數(shù)決定了輸出信號的保真度。感應(yīng)系數(shù)的值與激勵電流成反比，激勵電流俗稱為“感應(yīng)電流”。

為了確保電流互感變壓器的最大容錯性能，激勵電流應(yīng)該比采樣電流的幅值小若干倍。對于開關(guān)電源等大部分應(yīng)用來說，取采樣電流的10%作為激勵電流的最大值是比較理想的。例如，如果某個電路在100kHz下對于1～20A的采樣電流必須保證最大10%的損耗，那么激勵電流的最大值必須設(shè)置為100mA(即最小采樣電流值的10%)。

1A的采樣電流將產(chǎn)生10%的誤差，20A的采樣電流將產(chǎn)生0.5%的誤差。如果制造商提供的數(shù)據(jù)手冊中沒有標明激勵電流，那么可以通過以下公式計算出來：

e=CLdI/dt

|dI/dt|=e/L

其中e是器件輸出電壓(單位是V)，L是感應(yīng)系數(shù)(單位是H)，|dI/dt|是激勵電流與時間的比值(單位是A/s)。

輸出電壓和負載電阻

輸出電壓(Vo)應(yīng)該設(shè)置得盡可能低，以減少介入損耗。假設(shè)某個電路的最優(yōu)次級輸出電壓是0.5V，輸出電流為20A，那么匝數(shù)比為1:100的電流互感變壓器就會產(chǎn)生約200mA的次級電流。如圖2所示，負載電阻應(yīng)該為：Ro=Vo/Is=0.5/0.2=2.5Ω。