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          只需兩個公式 教你如何進行電流互感器計算

          發布時間:2021-03-17 瀏覽次數:625

          我們將設計一個電流互感器。使用電流互感器可以減小測量變換器原邊電流時的損耗,比如大功率開關電源,由于電流過大所以需要使用電流互感線圈來監測電流以減少損耗。

          電流互感器與一般的電壓變壓器的區別在什么地方呢?這個問題即使是的磁性元件設計人員也很難回答?;镜膮^別在于:變壓器試圖把電壓從原邊變換到副邊,而電流互感器試圖把電流從原邊變換到副邊。電流互感器的電壓大小由負載決定。

          我們通過一個實際的設計例子,可以很好地理解電流互感器的工作原理。

          假設用電流互感器測量變換器的原邊電流,原邊10A電流對應1V電壓。當然,我們可以用一個1V/10A=100mΩ的電阻來測量,但是電阻將造成的損耗為1V×10A=10W,這么大的損耗對幾乎所有的設計來說都是不能接受的。所以,要選用電流互感器,如圖1所示。

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          圖1 用電流檢測互感器減小損耗

          當然,為了減少繞組電阻,我們把原邊的匝數取為1匝,同時為了使電流降到一個比較低的水平,副邊匝數應該比較多。如果副邊匝數為N,由歐姆定律可得(10/N)R=1V,在電阻中消耗的功率為P=(1V)^2/R。我們假設消耗的功率為50mW(也就是說,我們可以使用100mW規格的電阻),這就要求R不得小于20Ω,如果采用20Ω的電阻,由歐姆定律可得副邊匝數N=200。

          現在我們來看磁芯,假設二管是普通的一般的二管,通態電壓大約為1V,電流為10A/200=50mA?;ジ衅鬏敵鲭妷簽?V,加上二管的通態電壓1V,總電壓大約2V。250kHz頻率工作時,磁芯上的磁感應強度不會超過

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          其中4us為一個周期的時間,實際肯定是不到一個周期的。

          由于原邊流過電流的時間不可能超過開關周期(否則,磁芯無法復位)。因此Ae可以很小,而B也不會很大。這個例子里磁芯的尺寸不能通過損耗要求或磁通飽和要求來確定,更大的可能是由原副邊之間的隔離電壓來確定。如果隔離電壓沒有要求,磁芯的大小一般由200匝的繞組所占體積來確定。你可以用40號的導線流過500mA的峰值電流,但是這種導線實在太細,一般的變壓器廠家不會為你繞制。

          實用提示:除非要用,一般情況下不要使用規格小于36號線的導線。

          現在我們來分析為什么不能用電壓變壓器來替代電流互感器?已經知道副邊電壓只有2V,因此原邊電壓為2V/200=100mV。如果輸入直流電壓為48V,那么電流互感器原邊10mV電壓對48V電壓來說是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電流,而對原邊幾乎沒有什么影響。假設另一種情況(不現實的),原邊的輸入直流電壓只有5mV,那么互感器的原邊不可能有10mV的電壓,同時由于原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大,決定了副邊根本不可能產生50mA的電流。即使整個5mV電壓全部加在原邊,副邊也只能產生200×5mV=1V的電壓:不能在轉換電阻上產生足夠的電壓。因此,電壓變壓器只能用作變壓器,不能用來檢測電流。

          從另外一個角度來看:雖然輸入電源的電壓為48V時,但是流過電流互感器電流的大小不是由原邊的這個48V電壓決定的,而是其他因素決定的。

          電流互感器是有阻抗限制的電壓變壓器。

          后,我們來看一下電流互感器的誤差情況怎么樣?答案在于電流互感器的基本定義上:感應的是電流。

          實用提示 電流互感中的二管和副邊繞組的電阻不會影響電流的測量,因為(只要阻抗不是大)串聯電路中電流處處相等,與串聯的元件無關。

          實際工作中,是不是使用肖特基二管作為整流二管是沒有關系的:二管的低通態電壓只影響變壓器,不會影響電流互感器。

          如果互感器副邊的電感太小,測量誤差將會增大。也就是激磁電感太小,假設我們要求測量電流的大誤差為1%,原邊電流為10A,那么副邊電流就是50mA,這就意味著要求激磁電流(副邊)應該小于50mA×1%=500μA。激磁電流沒有流過轉換電阻,我們也無法檢測到這個電流,這樣誤差就增大了。我們可以算出副邊電感的小值

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          現在的匝數為200,我們需要AL=16mH/200=400nH的磁環,用普通的小鐵氧體磁環就可以了,這種鐵氧體磁環是很容易找到的。


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          “配電箱”,也叫配電柜,是電動機控制中心的統稱。配電箱是按電氣接線要求將開關設備、測量儀表、保護電器和輔助設備組裝在封閉或半封閉金屬柜中或屏幅上,構成低壓配電裝置。配電箱的用途便于管理,當發生電路故障時有利于檢修。配電箱和配電柜配電盤配電憑等,是集中安裝開關、儀表等設備的成套裝置。常用的配電箱有木制和鐵板制兩種,現在哪兒的用電量都挺大的,所以還是鐵的用的比較多。配電箱的用途:當然是方便停、送電,起到計量和判斷停、送電的作用。配電箱構成主要分為兩部分一是成套部件,即配電箱外殼及其相關配件。二是電氣元件及相關附件,即空氣開關和其所需要的附件。一、斷路器斷路器:既開關,是配電柜的主要元器件,常用的有空氣開關. 漏電開關.雙電源自動轉換開關1、空氣開關:A、空氣開關的概念:空氣開關也就是空氣斷路器,在電路中作接通、分斷和承載額定工作電流和短路、過載等故障電流,并能在線路和負載發生過載、短路、欠壓等情況下,迅速分斷電路,進行可靠的保護。斷路器的動、靜觸頭及觸桿設計型式多樣,但提高斷路器的分斷能力是主要目的。目前,利用的觸頭結構,限制分斷時短路電流峰值的限流原理,對提高斷路器的分斷能力有明顯的作用,而被廣泛采用。B、空氣開關的工作原理:自動空氣開關也稱為低壓斷路器,可用來接通和分斷負載電路,也可用來控制不頻繁起動的電動機。它功能相當于閘刀開關、過電流繼電器、失壓繼電器、熱繼電器及漏電保護器等電器部分或全部的功能總和,是低壓配電網中一種重要的保護電器。自動空氣開關具有多種保護功能(過載、短路、欠電壓保護等)、動作值可調、分斷能力高、操作方便、安荃等優點,所以目前被廣泛應用。2、漏電保護開關:A、漏電保護開關概念:既具備漏電保護功能,人觸摸到帶電體會跳閘,確保人身安荃,是漏電保護器的主要功能;用電設備如果絕緣不好漏電到外殼上,漏電保護器也會跳閘,避免人體觸摸觸電。同時具備電流通斷功能、過負荷保護和短路保護功能。B、漏電保護開關的工作原理:漏電保護器的工作原理圖。LH為零序電流互感器,它由坡莫合金為材料的鐵芯,和繞在環狀鐵芯上的二次線圈組成檢測元件。電源相線和中性線穿過圓孔成為零序互感器的一次線圈?;ジ衅鞯暮蟛砍鼍€即為保護范圍。C、漏電保護開關的作用:(1)、當電氣設備或線路發生漏電或接地故障時,能在人尚未觸及之前就把電源切斷。(2)、當人體觸及帶電的物體時,能在0.1s內切斷電源,從而減輕電流對人體的傷害程度。(3)、可以防止因漏電而引起的火災事故。3、雙電源自動轉換開關:概念:雙電源自動轉換開關為電源二選一自動切換系統,路出現故障后雙電源自動轉換開關自動切換到路給負載供電,路故障的話雙電源自動轉換開關自動切換到路給負載供電。適合用于UPS-UPS,UPS-發電機,UPS-市電,市電-市電等任意兩路電源的不斷電轉換。二、浪涌保護器A、浪涌保護器的概念:浪涌保護器,也叫防雷器,是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安荃防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時,浪涌保護器能在短的時間內導通分流,從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。B、浪涌基本知識:浪涌保護器系統的主要作用是保護電子設備免受“浪涌”的損害。因此,如果您想知道浪涌保護器的作用,就需要弄清楚兩個問題:什么是浪涌?電子設備為什么需要它們的保護?浪涌也叫突波,顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質上講,浪涌是發生在僅僅幾百萬分之壹秒時間內的一種劇烈脈沖??赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O備、短路、電源切換或大型發動機。電涌或瞬變電壓是指電壓在電能流動的過程中大幅超過其額定水平。在,一般家庭和辦公環境配線的標準電壓是120伏。如果電壓超過了120伏,就會產生問題,而浪涌保護器有助于防止該問題損壞計算機。C、浪涌保護器的作用:道防線應是連接在用戶供電系統入口進線各相和大地之間的大容量電源防浪涌保護器。一般要求該級電源保護器具備100KA/相以上的大沖擊容量,要求的限制電壓應小于2800V。我們稱為CLASS I 級電源防浪涌保護器 (簡稱SPD)。這些電源防浪涌保護器是專為承受雷電和感應雷擊的大電流和量浪涌能量吸收而設計的,可將大量的浪涌電流分流到大地。它們僅提供限制電壓(沖擊電流流過SPD時,線路上出現的大電壓成為限制電壓)為中等級別的保護,因為CLASS I 級的保護器主要是對大浪涌電流的吸收。僅靠它們是不能保護供電系統內部的敏感用電設備。道防線應該是安裝在向重要或敏感用電設備供電的分路配電設備處的電源防浪涌保護器。這些SPD對于通過了用戶供電入口浪涌放電器的剩余浪涌能量進行更的吸收,對于瞬態過電壓具有好的抑制作用。該處使用的電源防浪涌保護器要求的大沖擊容量為40KA/相以上,要求的限制電壓應小于2000V。我們稱為CLASS II 級電源防浪涌保護器。一般的用戶供電系統作到級保護就可以達到用電設備運行的要求了。后的防線可在用電設備內部電源部分使用一個內置式的電源防浪涌保護器,以達到去掉微小瞬態的瞬態過電壓的目的。該處使用的電源防浪涌保護器要求的大沖擊容量為20KA/相或更低一些,要求的限制電壓應小于1800V。對于一些特別重要或特別敏感的電子設備,具備第三級的保護是的。同時也可以保護用電設備免受系統內部產生的瞬態過電壓影響。三、電度表A、電度表的概念:電工通常用的電能表,是用來測量電能的儀表,俗稱電度表。B、電度表的工作原理:①機械電度表工作原理:當電能表接入電路時,電壓線圈和電流線圈產生的磁通穿過圓盤,這些磁通在時間和空間上不同相,分別在圓盤上感應出渦流。由于磁通與渦流的相互作用而產生轉動力矩使圓盤轉動,因磁鋼的制動作用,使圓盤的轉速達到勻速運動。由于磁通與電路中的電壓和電流成正比例,使圓盤在其作用下以正比于負載電流的轉速運動,圓盤的轉動經蝸桿傳動到計度器,計度器的示數就是電路中實際所使用的電能。②電子電度表基本原理:電子式電度表是利用電子電路/芯片來測量電能;用分壓電阻或電壓互感器將電壓信號變成可用于電子測量的小信號,用分流器或電流互感器將電流信號變成可用于電子測量的小信號,利用的電能測量芯片將變換好的電壓、電流信號進行模擬或數字乘法,并對電能進行累計,然后輸出頻率與電能成正比的脈沖信號;脈沖信號驅動步進馬達帶動機械計度器顯示,或送微計算機處理后進行數碼顯示。四、電流表A、電流表的工作原理:流表是跟據通電導體在磁場中受磁場力的作用而制成的。當有電流通過時,電流沿彈簧、轉軸通過磁場,電流切磁感線,所以受磁場力的作用,使線圈發生偏轉,帶動轉軸、指針偏轉。由于磁場力的大小隨電流增大而增大,所以就可以通過指針的偏轉程度來觀察電流的大小。 這叫磁電式電流表。B、電流表的使用規則:①電流表要串聯在電路中(否則短路。②被測電流不要超過電流表的量程(可以采用試觸的方法來看是否超過量程。③不允許不經過用電器而把電流表連到電源的兩上(電流表內阻很小,相當于一根導線。若將電流表連到電源的兩上,輕則指針打歪,重則燒壞電流表、電源、導線。④看清表針停留位置(從正面觀察)五、電壓表A、電壓表的概念:電壓表是測量電壓的一種儀器,常用電壓表——伏特表符號:V,在靈敏電流計里面有一個永磁體,在電流計的兩個接線柱之間串聯一個由導線構成的線圈,線圈放置在永磁體的磁場中,并通過傳動裝置與表的指針相連。電壓表是個相當大的電阻器,理想的認為是斷路。B、電壓表工作原理:電壓表是采用電流表裝配的,電流表的內阻很小,那么串連一個大的電阻,就可以直接并接到需要量取電壓的兩點,根據歐姆定律的關系可以知道,電流表顯示的電流正比于外部電壓,所以就可以測量出電壓了。C、電壓表的使用:電壓表能直接測電源電壓,電壓表使用時要并聯在電路中. 使用電壓表時應注意以下幾點:(1)測電壓時,把電壓表并聯在被測電路的兩端;(2)正確選擇量程,被測電壓不要超過電壓表的量程。使用時并聯在電路中;如果串聯,則測得的是電源電動勢。不過以上講到的幾種元器件都是配電箱中基本的元器件,在實際生產過程中還會根據配電箱不同的用途,以及對配電箱的使用要求來增加其他的元器件,如:交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器、按鈕、信號指示燈、KNX智能開關模塊(帶容性負載)及后臺監控系統、智能消防疏散照明及后臺監控系統、電氣火災/漏電監控探測器及后臺監控系統、EPS電源電池等等。配電箱的安裝要求1、配電箱應用不可燃材料制作;2、觸電危險性小的生產場所和辦公室,可安裝開啟式的配電板;3、在觸電危險性大或作業環境較差的加工車間、鑄造、鍛造、熱處理、鍋爐房、木工房等場所,應安裝封閉式箱柜;4、在有導電性粉塵或產生易燃易爆氣體的危險作業場所,安裝密閉式或防爆型的電氣設施;5、配電箱各電氣元件、儀表、開關和線路應排列整齊,安裝牢固,操作方便;6、落地安裝的板(箱)底面應高出地面5~10 mm;7、操作手柄中心高度一般為1.2~1.5m;8、箱前方0.8~1.2m的范圍內無障礙物;9、保護線連接可靠;10、箱以外不得有裸帶電體外露;11、裝設在箱外表面或配電板上的電氣元件,有可靠的屏護。配電柜的操作規程(1)配電柜為船舶配電中樞八產和設備的正常運轉,任何無關人員不得扳動板上的開關。(2)發電機組啟動后,應利用動力屏升速開關手動緩慢加速,直到發電機進入正常工作狀態,電壓與頻率達到規定值,方可合閘送電。(3)配電板進入配電狀態后,不得隨意拔動動力屏升速開關,空氣斷路器的閉鎖開關非緊急情況不得使用。(4)發電機并聯運行要嚴格按照并車條件要求與規定進行操作,要注意出現逆功率(逆流)和并車失敗等現象。(5)停機時應先切斷發電機負荷,然后空載停車,不得帶負荷直接停機。(6)交插岸電時,應先切斷岸電屏各動力開關,然后檢查接線與相序的正確性,確認正確后,方可實施船岸電的轉換,嚴禁帶負荷操作。(7)配電柜應定期進行清潔和維護保養工作,以便使設備始終處于良好的工作狀態。(8)發電機工作,輪機人員進行配電板操作時,應集中思想,謹慎操作,防止意外事故發生,否則將追究個人事故責任。(9)充放電板為船舶應急配電板,當班輪機人員應經常檢查其工作狀況,隨時保證低壓電力充足,并通過板上儀表掌握磁飽和穩壓器的工作狀況。(10)正常航行時,配電板上各路開關應處于接通,以保證發電機能隨時啟動及應照時能隨時投入使用。二次接線流程1、按照原理圖來了,不在同一位置的的要上端子,千萬不要一個端子接3根線。查錯就不是那么查了,只能按照原理圖來一個個對。(1)導線橫截面的選用市電(交流220V)電壓回路的線用1.5平方毫米的;電流回路用2.5平方毫米的。蓄電池一般用1.5平方毫米就可以。(2)接線時候,要檢查好導線兩端的信號是否對應,以免造成不的錯誤。(3)主要的是看明白原理圖及接線圖。2、如果是新手要先審圖,整理一條自己的思路,而且還可以檢查一下圖紙有沒有問題,不懂的地方可以先弄明白,這樣有利于做線。然后才開始接線。對二次接線施工的要求:按圖施工,接線正確;導線與電氣元件采用螺栓連接、插接、焊接或壓接等,均應牢固可靠,接線良好;配線整齊清晰、美觀;導線絕緣良好,無損傷;柜內導線不應有接頭;回路編號正確,字跡清晰。電纜芯線截面的選擇還應符合下列要求:(1)電流回路:應使電流互感器的工作準確等級,此時,如無可靠根據,可按斷路器的電流容量確定大短路電流。(2)電壓回路:當全部保護裝置和安荃自動裝置動作時(考慮到發展,電壓互感器的負荷大時),電壓互感器至保護和自動裝置屏的電纜壓降不應超過額定電壓的3%。(3)操作回路:在大負荷下,操作母線至設備的電壓降,不應超過10%額定電壓。電流互感器二次繞組不允許開路,電壓互感器二次側不允許短路二次接線前,應熟悉一下圖紙:(1)原理圖(表示各回路的工作原理和相互作用。圖紙不久表示出二次回路中各元件的連接方式,而且還表示出與一次回路有關的聯系)(2)展開圖(3)端子排圖(4)安裝接線圖 GW4-12隔離開關 高壓電纜分支箱1 GW9-12戶外交流高壓隔離開關 ZW32-12分界開關 FN5-12高壓負荷開關 BZT1 zw32智能化分界斷路器 GN19-12戶內高壓隔離開 GCK型低壓抽出式開關柜 CT19系列型彈簧操動機構用分合閘線圈、過流線圈 GN2-35/1250隔離開關
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