電流互感器技術(shù)要點(diǎn)與選擇

長(zhǎng)期以來(lái)，電流互感變壓器作為儀器設(shè)備中的一種標(biāo)準(zhǔn)器件一直用來(lái)測(cè)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(kāi)關(guān)電源、馬達(dá)電流負(fù)載檢測(cè)、led/' target='_blank'>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(hù)和監(jiān)測(cè)器件來(lái)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(jiǎn)單的選擇方法，這種方法在很多應(yīng)用中對(duì)于選擇合適的高性價(jià)比器件非常有幫助。雖然現(xiàn)貨器件價(jià)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。

圖1 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(yàn)證多項(xiàng)指標(biāo)，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(shí)際上取決于這些參數(shù)指標(biāo)。除了可能會(huì)在電流互感變壓器精度上進(jìn)行折中之外，如果電流互感變壓器使用時(shí)的電流超過(guò)了制造商規(guī)定的額定電流規(guī)范，那么其工作溫度就會(huì)不斷上升且無(wú)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(huì)很大，對(duì)于其應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(jiàn)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(cè)量的分辨率就越高。

但是，值得注意的是，過(guò)高的匝數(shù)比將會(huì)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(guò)低（低感應(yīng)系數(shù)），那么輸出信號(hào)可能會(huì)出現(xiàn)歪曲或者“下降”（單級(jí)輸入信號(hào)必定發(fā)生歪斜），從而引起控制電路不穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)確。

感應(yīng)系數(shù)和激勵(lì)電流

電流互感變壓器的次級(jí)感應(yīng)系數(shù)決定了輸出信號(hào)的保真度。感應(yīng)系數(shù)的值與激勵(lì)電流成反比，激勵(lì)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(cuò)性能，激勵(lì)電流應(yīng)該比采樣電流的幅值小若干倍。對(duì)于開(kāi)關(guān)電源等大部分應(yīng)用來(lái)說(shuō)，取采樣電流的10％作為激勵(lì)電流的最大值是比較理想的。例如，如果某個(gè)電路在100kHz下對(duì)于1～20A的采樣電流必須保證最大10％的損耗，那么激勵(lì)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(cè)中沒(méi)有標(biāo)明激勵(lì)電流，那么可以通過(guò)以下公式計(jì)算出來(lái)：

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(lì)電流與時(shí)間的比值（單位是A/s）。

輸出電壓和負(fù)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(gè)電路的最優(yōu)次級(jí)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(huì)產(chǎn)生約200mA的次級(jí)電流。如圖2所示，負(fù)載電阻應(yīng)該為：Ro=Vo/Is = 0.5/0.2 = 2.5Ω。