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如何選擇電流互感變壓器

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作者: 時間:2007-08-29 來源:

  長期以來,電流互感作為儀器設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。 

  在諸如開關電源、馬達電流負載檢測、照明及儀器等應用中,電流互感一般作為控制、電路保護和監測器件來使用。隨著電流互感現貨的日益增多,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,這種方法在很多應用中對于選擇合適的高性價比器件非常有幫助。雖然現貨器件價格便宜,立等可取,但是在使用上有一些功能限制,某些應用可能需要特殊的產品,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商規定的額定電流規范,那么其工作溫度就會不斷上升且無法控制,從而導致電路失效。 

  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。 

  匝數比 

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

  但是,值得注意的是,過高的匝數比將會導致分布電容和泄漏的增大,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,如果匝數比過低(低感應系數),那么輸出信號可能會出現歪曲或者“下降”(單級輸入信號必定發生歪斜),從而引起控制電路不穩定,測量結果不準確。 

  感應系數和激勵電流 

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

    為了確保電流互感變壓器的最大容錯性能,激勵電流應該比采樣電流的幅值小若干倍。對于開關電源等大部分應用來說,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置為100mA(即最小采樣電流值的10%)。 

    1A的采樣電流將產生10%的誤差,20A的采樣電流將產生0.5%的誤差。如果商提供的數據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是感應系數(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)應該設置得盡可能低,以減少介入損耗。假設某個電路的最優次級輸出電壓是0.5V,輸出電流為20A,那么匝數比為1:100的電流互感變壓器就會產生約200mA的次級電流。負載電阻應該為:Ro=Vo/Is=0.5/0.2=2.5Ω。

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