电流互感器磁心设计
电流互感器的设计

CT设计计算说明I1n-----额定一次电流I2n-----额定二次电流A S----铁芯截面积;cm2L C----平均磁路长;cmN K----控制匝数N L----励磁匝数r2-----二次绕组的电阻L2*N2r2=ρ55 ,ΩS2式中ρ55-----导线在55℃时的电阻系数, Ω·mm2/m,铜导线ρ55=0.02 ; ρ75=0.0214 L2-------二次绕组导线总长, m ;N2-------二次绕组匝数;S2--------二次绕组的导线截面积, mm2 。
X2----二次绕组的漏电抗; X2选取当I1n≤600A 时X2≈0.05~0.1ΩI1n≥600A 时X2≈0.1~0.2ΩZ2 ----二次绕组组抗Z2=√r22+ X22U2 ----二次绕组组抗压降U2=I0×Z2; VU0 ----二次绕组端电U0=U2+E2JG; VE2JG----二次极限感应电势;V(IN)1n------额定一次安匝(IN)2n------额定二次安匝N1n---------一次绕组额定匝数N2n---------二次绕组额定匝数W2n---------额定二次负荷标称值Z2n---------额定二次负荷; Z2n= W2n/ I2n2{例50(V A)/5(A)2=2}Z2min-------最小二次负荷; Z2min=1/4 Z2nR2n --------额定二次负荷有功分量; R2n=Z2n cosφ2=0.8Z2n,ΩR2min ------最小二次负荷有功分量; R2min=Z2min cosφ2=0.8Z2min,ΩX2n --------额定二次负荷的无功分量;X2n=Z2n cosφ2=0.6Z2nX2min ------最小二次负荷的无功分量;X2min=Z2min cosφ2=0.6Z2minR2ε--------二次回路总电阻; R2ε= r2+R2n;ΩR2εmin ------二次回路最小电阻; R2εmin= r2+R2min;ΩX2ε--------二次回路总电抗; X2ε=X2+X2n;ΩX2εmin ------二次回路最小电抗; X2εmin= X2+X2minn;Ωα----------二次回路阻抗角; α= arctg X2ε/ R2ε= tg -1(X2ε/ R2ε);(ο)α----------二次回路阻抗角; α= arctg X2εmin/ R2εmin= tg -1X2εmin/ R2εmin;(ο) Z2ε--------二次回路总阻抗; Z2ε=√R2ε2+X2ε2;ΩZ2εmin-------二次回路总阻抗; Z2εmin=√R2εmin2+X2εmin2;ΩI1/ I1n(%) 额定一次电流百分数对准确级为0.1∽1级额定二次负荷时列 5 ,20 ,100 ,120 ;四个数最小二次负荷时列120 一个数对准确级为3或5级额定二次负荷时列50, 120 二个数最小二次(IN)0---负荷时列120 一个数对保护级只在额定二次负荷时列100 一个数I2--------对应额定一次电流百分数的二次电流E2------与二次电流相对应的二次绕组感应电势E2=I2Z2ε或E2=I2Z2εmin , VB------对应不同E值的铁芯磁通密度45×E2B= ,T 1T(特斯拉)=104GS(高斯)N2n×Ac(IN)0/cm---单位长度的励磁磁势根据磁通密度B按选定铁芯材料的磁化曲线查出(IN)0----铁芯总的励磁磁势(IN)0=(IN)0/cm×L Cθ(ο)----铁芯的损耗角,跟据磁通密度B或单位长度的励磁磁势(IN)0/cm由磁化曲线查出。
电流互感器设计实例

电流互感器设计实例作为磁性元件设计的最后一部分内容,我们将设计一个电流互感器。
使用电流互感器可以减小测量变换器原边电流时的损耗。
电流互感器与一般的电压变压器的区别在什么地方呢?这个问题即使是资深的磁性元件设计人员也很难回答。
基本的区别在于:变压器试图把电压从原边变换到副边,而电流互感器试图把电流从原边变换到副边。
电流互感器的电压大小由负载决定。
我们通过一个实际的设计例子,可以更好地理解电流互感器的工作原理。
假设用电流互感器测量变换器的原边电流,原边10A电流对应1V电压。
当然,我们可以用一个1V/ 10A=100m^的电阻来测量,但是电阻将造成的损耗为1V X1OA=1OW这么大的损耗对几乎所有的设计来说都是不能接受的。
所以,要选用电流互感器,如图5-26所示。
囹昴用电流菽厠互感跻碱小期耗当然,为了减少绕组电阻,我们把原边的匝数取为1匝,同时为了使电流降到一个比较低的水平,畐I」边匝数应该比较多。
如果副边匝数为N,由欧姆定律可得(10 /N)R=1V 在电阻中消耗的功率为P=(1V)2/R。
我们假设消耗的功率为50mW也就是说,我们可以使用100mW规格的电阻),这就要求R不得小于20Q,如果采用20Q的电阻,由欧姆定律可得副边匝数N=200现在我们来看磁芯,假设二极管是普通的一般的二极管,通态电压大约为1V,电流为10A/200=50mA互感器输出电压为1V,加上二极管的通态电压1V,总电压大约2V。
2 50kHz 频率工作时,磁芯上的磁感应强度不会超过c (2Vx4ps}10B 4~ 200 匝XA -人由于原边流过电流的时间不可能超过开关周期(否则,磁芯无法复位)。
因此A可以很小,而B也不会很大。
这个例子里磁芯的尺寸不能通过损耗要求或磁通饱和要求来确定,更大的可能是由原副边之间的隔离电压来确定。
如果隔离电压没有要求,磁芯的大小一般由2 00匝的绕组所占体积来确定。
你可以用40号的导线流过500mA勺峰值电流,但是这种导线实在太细,一般的变压器厂家不会为你绕制。
电流互感器、磁调节器、尖峰抑制器特殊磁性元件设计

因此,式(9-9)改写为
γ = 1 − cosθ = θ 2 2
(9-9a)
从式(9-8),(9-9)可知,要减少幅值和相位误差,在一定的频率下,应当减少检测电阻或增加次级
激磁电感 L2。在给定次级检测电压 u2 的情况下,减少检测电阻 R,次级电流 I2 将反比增加,次级匝 数减少,将导致 L2 的平方减少,检测误差加大。因此,为了减少检测误差,增加次级激磁电感是提 高检测精度的唯一的方法.
有
i1 N1 − i2 N 2 = Hl 式中 H-磁芯中磁场强度;
l-磁芯平均磁路长度。 i1 和 i2 为初级和次级瞬时电流。 次级反射到初级的电流有效值 I2’为
(9-1)
I1
N1
R
图 9-1 交流电流互感器
I2' =
N2 N1
I2
因此初级电流有效值为
(9-2)
I&1 = I&2 + I&m
(9-3)
在选定 N2 后,由式(9-10a)求得 AL 值。低频时硅钢片或非晶态材料手册中并未给出 AL 值,可根 据手册中环形磁芯结构参数计算:
AL
= µ0µi
Ae le
(9-11)
式中 le—有效磁路长度(m); Ae—磁芯有效截面积(m2)。
已知 N2 后,就可决定次级检测电阻
式中 Rcu—次级线圈电阻(Ω); f—电流频率(Hz); B—磁芯工作峰值磁感应强度(T); A— 磁芯截面积(m2); B— R-检测电阻。
由相量图可知,次级反射电流与初级电流的相位 差
θ = arctan R ωL1
(9-6)
式中
R’=(R+Rcu)
电流互感器的设计与性能优化研究

电流互感器的设计与性能优化研究电流互感器(CT)是一种用于测量电流的传感器,广泛应用于电力系统、工业自动化以及电子设备中。
正确设计和优化电流互感器的性能,对确保电力系统的稳定运行和准确测量具有重要意义。
本文将从电流互感器的设计和性能优化方面展开研究。
首先,我们来看电流互感器的设计。
电流互感器通常由磁芯、一次绕组和二次绕组组成。
为了实现准确的电流测量,设计中需要考虑以下几个关键因素。
首先是磁芯的选择。
磁芯的材料和形状对电流互感器的性能有着重要影响。
常用的磁芯材料有硅钢片、铁氧体和软铁等。
硅钢片具有低损耗和高饱和磁感应强度的特点,是常用的选择。
铁氧体具有高频特性好的优点,适用于高频传感器。
在选择磁芯形状时,需考虑到应用中的空间限制、电流范围和测量精度等因素。
其次是一次绕组的设计。
一次绕组用于接入待测电流,直接影响到测量的精度和范围。
一次绕组需要满足低电阻、高线性度和良好的温度特性。
选择良好的导体材料和适当的截面积,以及合适的绕组方式和绝缘材料,能够提高一次绕组的性能。
再次是二次绕组的设计。
二次绕组负责输出电流互感器的二次电流信号,一般是标准值的几分之一或几十分之一。
二次绕组需要满足较低的电阻、高的线性度和较好的频率特性。
选择合适的线材材料和截面积,设计合理的绕组方式和匝数,能够有效提高二次绕组的性能。
另外,还需考虑电流互感器的工作条件。
电流互感器在实际应用中会受到温度、湿度和电磁干扰等环境因素的影响。
因此,在设计中需要选择适用于工作环境的绝缘材料、防护措施和电磁屏蔽方法,以确保电流互感器的稳定性和可靠性。
除了设计方面,性能优化也是电流互感器研究的重要课题之一。
性能优化的目标是提高测量的精度、线性度和频率响应等指标。
首先是精度优化。
精确的电流测量是电流互感器的核心功能之一。
为了提高测量的精度,可以采用磁芯铺设方式和绕组系数校正技术。
磁芯铺设方式可以减小磁通漏磁,提高测量的准确性。
绕组系数校正技术可以通过精确测量二次输出电流与输入电流之间的比例关系,实现对互感器线性度的精确校正。
电流互感器铁心的暂态磁化模型及误差计算

电流互感器铁心的暂态磁化模型及误差计算电流互感器铁心的暂态磁化模型及误差计算电流互感器是一种常用的电力测量仪表,它通过改变铁心的磁场来检测电流。
电流互感器的铁心具有暂态磁化特性,即受到外界电流或电压作用时会产生暂态磁场,这个暂态磁场可以影响测量结果的准确性。
因此,对于电流互感器的铁心磁化模型和误差计算,至关重要。
1、铁心磁化模型电流互感器的铁心磁化模型可以通过磁强度、磁通量和磁势两个方面来分析。
由于磁强度受到内部和外部磁场影响,所以不易直接测量,而磁通量则受到电流的影响,可以直接测量,所以一般采用磁通量作为铁心磁化模型的基础。
磁通量B的暂态变化随外部电流I或电压U的变化而变化,由于磁通量B的变化是由磁路中磁通量的变化引起的,因此可以根据电路中磁通量的变化来描述磁通量B的暂态变化情况。
电流互感器的铁心的暂态磁化模型可以用如下公式表示:B=B0+αI+βU其中B0为铁心初始磁通量,α和β分别为外界电流I和电压U对铁心磁通量B的影响系数,也称之为磁性系数。
2、误差计算由于电流互感器铁心的暂态磁化可能会影响测量结果的准确性,因此关于铁心的暂态磁化的误差计算也很重要。
误差计算的基本原理是:由于铁心的暂态磁化会影响测量结果,因此可以通过计算测量结果比真实值的偏差来估算暂态磁化的误差。
误差计算的公式可以表示为:ε=|[B−(B0+αI+βU)]/B|×100%其中B为测量结果,B0、α、I、β、U分别为铁心初始磁通量、外界电流磁性系数、外界电流、外界电压磁性系数和外界电压,ε为暂态磁化误差。
从上面可以看出,误差计算是根据实际测量结果与理论值的比较来估算暂态磁化的误差,因此在使用电流互感器进行测量时,要注意铁心的暂态磁化问题,并进行合理的误差计算,以保证测量结果的准确性。
电流互感器的设计

第三步:计算副边匝数:
选一个合适的匝数 Ns :原则如下: Ns 增加,电流互感器的误差减小,取样电阻上的损耗也 减小,但绕组的制作变得困难,成本提高。
第四步:计算原副边的线经
dp =
4 Iprms 4 I srms , ds = π J π J
第五步:决定取样电阻和去磁稳压管参数: R =
vo ip ( peak )
Ns , vz ≥
d max( vo + 0.7) 1 − d max
第六步:选择铁芯参数: 根据法拉第定律: vo + 0.7 = Ns
所以: Ac × B max
Ac × ∆B Ac × Bm = Ns ∆t dTs
=
vo + 0.7 d max ×10 8 Ns × fs
电流互感器的设计
电流互感器的设计
张兴柱 博士 第一步:绘制互感器的电流、电压和磁密波形;
i p (t )
dT
s
Ts
is(t)
vs(t )
i p(t )
H ( t)
Vz
Vo
i p(t )
Vz V o
B (t )
BmBiblioteka − Vz1TNs
R
Ns R
第二步:根据电流互感器的特点,选择
(1) :高 µ 材料的铁芯,使激磁电流最小; (2) :为加工方便,原副边匝数要少。原边取一匝。
如是:则检查电流取样误差,如不是,则选一个大一点的铁芯,使上述不等式满足。 (2) :检查电流误差:
-- 计算副边激磁电感: Lm
= µr
=
N s 2 × Ac × 0.4π ×10 − 8 ( H ) lm
-- 计算激磁电流平均值: im -- 计算电流误差: α
电流互感器设计与计算

电流互感器设计与计算电流互感器(Current Transformer,简称CT)是一种用于测量和保护电力系统中电流的装置。
它通过将高电压侧的电流转换成低电压侧的电流,使得电流测量和保护设备能够安全可靠地使用。
在电流互感器的设计中,主要考虑以下几个方面:一是额定电流的选择,即根据实际需求确定电流互感器的额定一次电流。
一般情况下,电流互感器的额定一次电流应根据所测量的电流范围来确定,一般选择在被测电流的60%~120%范围内。
二是磁路设计,即通过设计合适的磁路结构,使得电流互感器能够满足测量和保护的要求。
常见的磁路结构有环形磁路和磁链式磁路,设计时需要考虑磁路的饱和和磁通分布等因素。
三是绕组设计,即通过设计合适的绕组结构和参数,使得电流互感器能够实现理想的变比和相位误差。
绕组设计需要考虑绕组的匝数、铜导体的断面积和长度等因素。
对于电流互感器的计算,主要包括变比计算和额定一次电流计算。
变比计算是根据所需的额定一次电流和二次电流来确定电流互感器的变比。
变比计算公式为变比=二次电流/额定一次电流。
例如,如果所需的额定一次电流为1000A,二次电流为5A,则变比为5/1000=1/200。
额定一次电流计算是根据电流互感器的额定二次电流和变比来确定其额定一次电流。
额定一次电流计算公式为额定一次电流=二次电流/变比。
例如,如果电流互感器的额定二次电流为5A,变比为1/200,则额定一次电流为5/(1/200)=1000A。
除了变比和额定一次电流的计算,还需要考虑电流互感器的负荷和准确度等参数。
负荷是指电流互感器在额定一次电流下的阻抗大小,一般以VA为单位。
负荷的选择应根据所需的测量和保护精度来确定。
准确度是指电流互感器的测量误差,一般以百分比形式表示。
准确度的选择应根据具体应用场景和精度要求来确定。
电流互感器的设计和计算是一个综合考虑多个因素的过程,包括额定电流的选择、磁路设计、绕组设计等。
通过合理的设计和准确的计算,可以实现电流互感器的可靠工作和精确测量。
互感器的原理与设计计算

互感器的原理与设计计算互感器是一种利用电磁感应原理来测量电流、电压等电磁参数的装置。
它的基本原理是根据法拉第电磁感应定律,通过变化的电流或电压在互感器的线圈中产生感应电动势,进而输出相应的信号。
互感器的主要构成包括磁芯、一次侧线圈和二次侧线圈。
磁芯是互感器的核心部分,其材料通常为硬铁、低矿石化硅钢等,用于集中磁力线,增强磁感应强度。
一次侧线圈和二次侧线圈分别负责感应一次电流和二次电流,并产生相应的感应电压。
一次侧线圈通常接在高压端,而二次侧线圈连接到测量仪器等负载端。
互感器的设计计算需要考虑几个关键参数:1.额定负荷:互感器在额定负荷下能够正常工作,不发热且满足精度要求。
额定负荷通常由最大测量电流决定。
2.准确度等级:互感器的准确度指标是其测量误差的允许范围。
准确度等级越高,测量误差越小,通常用百分比或类似单位表示。
3.频率响应:互感器在不同工作频率下的响应能力。
其频率响应通常受到磁芯和线圈的参数影响。
4.磁饱和:磁饱和是指互感器磁芯的磁感应强度达到饱和状态后,不能更进一步提高。
磁芯的饱和磁感应强度限制了互感器的测量范围和准确度。
5.阻抗匹配:互感器的一次侧和二次侧的电阻和感抗需要匹配,以保证输出信号的完整性和准确度。
互感器的设计计算通常涉及以下几个方面:1.磁芯计算:根据互感器的额定负荷和工作条件,计算磁芯的尺寸和材料,以满足预定的磁通密度和最小磁饱和强度。
2.线圈计算:根据一次侧和二次侧的电流和匝数,计算线圈的长度、截面积、电阻和感抗。
同时,需要考虑线圈的温升和绝缘等级。
3.额定负荷计算:根据实际测量电流的最大值和额定负荷的选择,计算互感器的容量和功率因数。
4.阻抗匹配计算:根据互感器的负载要求,计算一次侧和二次侧的阻抗,并确定电源和负载的阻抗匹配关系,以保证输出信号的准确性。
5.准确度计算:根据互感器的准确度等级和设计误差要求,进行准确度计算,包括线性误差、相位误差等。
这些计算参数和步骤只是互感器设计的基本考虑点,具体的设计计算还需根据实际情况和应用要求进行调整和优化。
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电流互感器磁心设计电流互感器磁心设计1引言电流互感器(CURRENT TRANSFORMER)属于通称为仪表变压器(INSTRUMENT RTANSFORMER)一类。
它们的主要用途是用作测量或控制不同的电路。
例如,它可以将高压、大电流变换成可以方便地进行测量的小电流,用以扩大电流表的量程;用于功率电路的过电流或欠电流保护;和继电器配合使用,可以保护电路免受损害;在自动控制电路中,可用其取得控制用的电流信号。
图1所示在逆变器和变换器的电源电路中,以多匝数的次级的低电流来测量过电流或欠电流或峰电流以及平均电流的电流互感器。
因为电流互感器的次级电流是以初级电流按匝比产生的。
由图1可见,初级绕组与被测量的电源电流以串联方式连接,次级绕组按常规连接到仪表,继电器或负载电阻上。
为了电流互感器能够在最佳状态下工作,必须满足以下条件:a、恒定的负载阻抗b、零漏磁通c、零激励电流d、无限大的磁通密度第一个条件——恒定的负载电阻,在所有的电流互感器的应用中通常是可以满足的;它也提示我们,常常要求这种阻抗保持尽可能的低值。
因为在增大负载阻抗时也将增大磁心的磁通,从而增大激励电流。
电流互感器的次级在工作时近似于短路状态(其筒化等效电路见图2所示,所以其负载阻抗中的接线电阻,接触电阻都应计算为负载阻抗的一部分。
第二个条件——零漏磁通,漏磁通受磁心的材料和绕组的实际形状两个因素的影响。
用具有高导磁率的材料制作磁心、又有合适的绕组制造技术,就可以达到近似于零漏磁通,而且误差很小。
电流互感器的最理想的磁心是以初级与次级两个绕组能将其全部包围的圆环形磁心。
这样就能提供磁心与两个绕组之间的最紧密的磁耦联接,此时的磁心漏磁通可以达到忽略不计的程度。
第三个条件——零激励电流,在实际应用中,从来没有达到过零激励电流。
电路中总是存在一些激励电流的,它们可以使用尺寸较大些或成本较高些的优质材料磁心而使其最小化。
由图3“电流互感器矢量图”中可以读出减小激励电流(I8)的主要途径。
第四个条件——无限大磁通密度,这也是从来没有达到过的。
用较高成本和较大体积的磁心,将可能接近无限大磁通密度。
在磁性元件的实际应用中,完全无损耗的理想状态并不存在;亦即磁心不产生有功功率的消耗,也不需要用激励电流(I8)来产生主磁通(Φm)的完全理想情况是不存在的。
所以,在正常情况下,电流互感器设计需要对精度、尺寸和成本进行折衷考虑。
假如需要尺寸最小化,可以使用矩形磁回路材料,以接近于磁饱和状态。
大多数电流互感器磁心材料还是使用诸如48合金、Magnesl 或超坡莫合金等环形回路材料。
这些材料通常工作在小于50%的饱和磁通密度,以使得到元件的较高精度。
电流互感器的结构原理与最简单的变压器相同,故其磁心的基本理论也与其它任何型式的变压器磁心相同,只是在设计程度、使用磁心的选择方法上略有或妙之处。
在正常情况下,电流互感器标准的初级绕组是单匝巧最低要求的数匝;而次级绕组的匝数很多,其常见的匝比在1000以上。
2精度一般而言,大的匝比会引起大的漏电感。
这就会造成次级的输出电压小于按预先设计的匝比由初级绕组而应该得到的电压倍数(),从而导致输出误差。
高导磁率材料制作成环形磁心时,封密的磁心与绕组间可以达到了佳耦联使漏磁通最小。
如果初级绕组有数匝,则磁耦联将增大。
但初级为单匝时,所得的耦联结果是最满意的。
为了获得最佳的耦联结果,次级绕组应以完全均匀的间距绕在磁心上。
激励电流I0的大小决定着电流互感器能够达到的最高精度。
激励电流可以被定义为在满足磁心的磁滞回线和涡流损耗情况下的初级绕组电流的一部分。
因为次级电流的量值是按比例从初级电流并减去激励电流后获得。
如果图2中的L和R的值因为磁心材料的导磁率低和磁心的损耗大而太小,那么只有一部分电流Is流入输出负载,图4即表示了激励电流与输出电流的关系。
这就是产生误差的第二个原因,因此不能从次级电流精确地测量出初级电流。
所产生误差的大小正比于激励电流对初级电流的比值。
人们推荐高导磁率和低损耗的磁性材料并做成圆环形磁心,这样便可以减小由于漏磁通和大激励电流所造成的误差。
3磁心材料的选择电流互感器磁心材料的选择取决于工作频率,精度和成本。
如果精度不是很重要,钢带的材料和厚度可以从表1中选取,表1中未包括铁氧体材料。
但对于20KHz以上工作频率时,则必须考虑铁氧体材料。
在60HZ和400Hz的工频工作时,表1指出硅钢片可用于标准精度为1%~5%的电流互感器磁心;48合金可提高0.5%的精度;坡莫合金与超坡莫合金材料可更进一步提高0.1%的精度。
归纳起来,提高的精度有三个因素:增加磁心材料的导磁率,减小激励电流,采用环形封闭铁心和先进制造技术减小了漏磁通。
4电流互感器的磁心设计电流互感器设计一般从研究其负载要求开始。
电流互感器的负载(RB)决定最大输出电阻和电流。
负载电流就是次级电流IS,用负载电阻RS与其相乘,决定变压器的次级电压ES:ES=IS×RS (1)初级电流IP是用作为测量或控制的电流,因此,初级电流IP对次级电流IS的比率与匝比成反比,即(2)在多数情况下,初级绕组是用单匝,因此,初级电流等于:IP=IS·NS (3)利用次级电流IS的值和表2的导线表,导线尺寸及其截面积ACU即可确定。
次级匝数所要求的绕组面积为:(4)K为排绕系数,它是两根导线之间的空隙与导线和两层绝缘的函数。
K一般选0.2的保守值。
但通常导致电流互感器成品的绕组占用了几乎全部的绕线面积。
这有利于次级绕组与初级绕组的计算,如果使用高电压——两个绕组间需要更高的绝缘强度并需要更大的绕组面积,则K的值必须减小。
从公式(4)和电子变压器设计手册的相关磁心型号性能表格中即能选出磁心。
5磁饱和的计算在变压器方程式中,由次级电压ES和次极绕组匝数NS即可按下式计算出磁心中的磁通密度B:(5)式中:B—磁通密度(高斯)f—频率(Hz)Ac—有效磁心面积B值应按最大导磁率选择。
如果B值较高,激励电流就相当低,则不会影响电流比。
当选择电流互感器磁心材料时,所谓合理的B值一般就是使ZS和Re(见图2)的值大到足以能够降低流入这个单元电路的电流。
如果B小于所选择的磁心材料的最大的磁通密度,这个公式所得到的磁通密度可以检查出来;如果并非如此,具有最大截面积的磁心(保持同样的或更大些的绕组面积)必须进行磁饱和选择及检验。
相反,如果计算结果的磁通密度比所选择的磁心材料的最大磁通密度小得多,就可以使用较小截面积的磁心。
6激励电流计算为了检验电流互感器设计的精度,计算激励电流的总量是必需要的。
利用由公式(5)所得的磁通密度B,初级电压以及磁心材料的数据,决定这种材料的磁心损耗(W/1b—瓦/磅)。
见图5。
磁心的重量可从手册的图表中查找。
该磁心材料的损耗(W/1b)乘以磁心的重量即得到磁心的总损耗(W)。
磁心的损耗严格地逼近材料的伏安容量(V A)。
激励电流Im由下式计算:(6)Im值除以总的初级电流乘以100,即是电流互感器的精度(%值);其数值越小,电流互感器的精度就越高。
7最佳磁心材料的选择选择电流互感器的的最佳磁心材料受两个主要因素影响:精度与尺寸。
综合考虑这两个因素是达到最佳设计所不能缺少的。
如查电流互感器是用来测量小电流的,又要求体积小成本低,则由于80坡莫合金的良好固有精度,选用80坡莫合金材料就是最佳选择。
如果电流互感器是用于测量大电流(≥100A),尺寸和成本变得可以估算,则除了使用中要求很高的精度,一般不选择80坡莫合金材料。
在用于测量大电流时,磁心材料通常选择Magnesil合金,因为它的成本较低。
8几种磁心材料的比较以下研究得出的比较结论是在典型的电流互感器设计中现实使用的各种磁心材料中获取的。
为表明这些磁心材料的比较数据是正确的,进行了如下假设:a、磁心形状——采用环形磁心结构,因为这是电流互感磁心的最佳形状。
它可以从根本上提供最小漏磁通的零气隙结构。
b、匝比——对所有的磁心材料都采用相同的匝比和导线尺寸。
c、磁心材料——用80坡莫合金,48合金和Magnesil合金制作的磁心,都采用其典型的磁特性数据。
d、磁心尺寸——对第一种材料,其磁心的尺寸是不同的。
ID和OD磁心将保持不变,因为它们会对激励电流产生影响。
钢带的宽度(即磁心的高度)将变化,以其补偿三种材料的不同磁通密度。
对于所有的磁心材料,在用于最大磁通密度时,其磁通密度比则是保持不变的。
使用不同材料时的精度计算都基于铁心的激励电流。
这样得到的结果不是假设而是最终精度,但它们又是相当于各种磁心材料的比较精度。
影响电流互感器误差的主要因素是:1漏磁通;2绕组中的I2R损耗;3磁心损耗。
制作成环形并有合适的制造技术制成的磁心,其漏磁通产生的误差在多数电流互感器中可忽略不计。
合理的磁心尺寸和导线尺寸设计,铜损可以做得很小,激励电流可以用调整匝比来补偿。
为此,人们所期望的实际精度,比表3所指出的值更好些。
9结论综合以上讨论,对电流互感器所用的磁心的主要要求可以归纳为:a、磁心结构应能提供封闭磁路,与绕置在它上面的绕组间可以形成紧密的磁耦联,以达到最小漏磁通;理想的磁心形状是环形。
b、磁心材料应具有高导磁率,低损耗特性对激励电流的影响最小。
c、磁心的尺寸最小时,磁心应用较高的可利用的磁通密度。
参考资料1、变压器与电感器设计手册内部资料2、变压器与电感器磁心的选择内部资料3、软磁产品指南内部资料。