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一、概述
1.概念简介.根据变压器的原理,对电流互感器的工作原理进行分析.电流互感器是由一个封闭的铁心和一个绕组组成的.它的一次侧绕组匝数是少的,在电流测量电路是必要的,所以它往往有一个线路的所有电流流量.二次绕组匝数较多,串联在测量仪器和保护电路上,电流互感器在工作时,二次侧电路,从开始到结束是关闭的,所以测量仪器和保护电路串联线圈阻抗很小,电流互感器的工作状态接近一个短路电路.电流互感器是将大电流变为小电流测量的两方,两方不能打开.
2.工作原理.在发电、变电、输电、和配电的生产线路中,电流互感器起着电流转换和电气隔离的作用.电流互感器和变压器的原理是类似的,都是根据电磁感应的工作原理来进行的,变压器是电压和电流互感器的变换器.电流互感器连接被测绕组电流(转向N1),叫作一次绕组(或初级绕组),测量仪器的绕组(转向N2)的称为二次绕组(或副边绕组、次级绕组).电流互感器一次绕组的电流I1和I2两次绕组的电流的比值,称为k的实际电流比.
3.课本中对于电流互感器的常规解读.电流互感器反映了电路中的电流大小的数值,因此电流互感器可以使用电路中电流的串联连接中.一些教科书认为,可以将变压器原来的线圈匝做少,而匝数的二次线圈做的更多,那么电流的二次线圈比原来的线圈电流变小.如果原线圈串联连接在电路中,二次线圈的两端与普通的交流电流表连接,可以测量大电流.这样的变压器被称为电流互感器.
二、常见的对电流互感器的错误解读
1.电流互感器中的输出电流与副线圈回路中的“负载”无关.根据共同演绎的思想,电流互感器输出电流I2只有原始、次级线圈匝数比n1/n2和电流I1决定,与次级线圈回路状态无关和循环中的“负载”是不相关的.可以由下式看出,I2=n1I1/n2.然而,无论是电压还是电流互感器,它们的工作过程都属于电流的磁效应和电磁感应的范畴.在法拉第电磁感应定律中,只有感应电动势,将独立的“回路”状态和负载撇开.
2.电流互感器输出端电流值变为零时输入端电流亦变为零.电流互感器原线圈中电流是否对于副线圈中的电流很依赖,这是一个值得思考的问题.理想状况下设定一种“极端”状况,那就是接在副线圈两端的电流表因“故障”而断路,也就是电阻值区域无穷大,无电流通过,则电流I2会趋于0.此时原线圈中电流是否会随着副线圈电路中的断路而趋于0呢?答案是显然的,那就是原线圈中的电流不会随着副线圈电路中的断路而趋于0,也不会出现I1等于0的结果.
3.电流互感器的正确解读.控制理想(理想电压互感器)变压器,并联接入电路,输入电压与输出的变化(即输入端接电压源)的理想电流互感器的特点是串联接入原电路(感知电路和传输线)和输入电流I1不随产量变化的特征变化(连接到电流源的输入端).参考电压互感器的分析思路,对电流互感器在工作中的电流和电压进行初步的定量分析如下.电流互感器空载时,副线圈无电流输出,原、副线圈两端电压为U10、U20.U10=E自1=L1ΔI1/Δt.U20=E互2=MΔI1/Δt.当电流互感器副线圈有电流输出,会使原线圈两端电压增大为U1.U1由副线圈电流I2在原线圈两端产生互感电动势和I1在原线圈两端产生自感电动势叠加构成,有U1=L1ΔI1/Δt MΔI2/Δt.当L1趋向零时,有U10=0,这时有U1=MΔI2/Δt.由于ΔI2/Δt正比于I2,故有电流互感器原线圈两端电压正比于输出电流I2.因此,要使电流互感器副线圈电流的输出对原电路(“被感电路”或输电线路)几乎无影响,U1应该很小,也只有让I2很小.此时在副线圈中的输出电压U2,有U2=MΔI1/Δt I2ΔI2/Δt.在电流互感器中,由于I2远小于I1(否则过大的U1会对输电电路产生明显影响),而M与L2的数量级相当. 这样有U2≈MΔI1/Δt.因此具备所有“理想条件”( 包括“I2远小于I1”)的电流互感器( 所有可能对原电路产生的影响都应该忽略),有U2=MΔI1/Δt∝MI1.电工学理论和实验都表明,互感系数M与原、副线圈的匝数n1、n2的积成正比.这样有I2=kn1n2I1.比例系数k是由负载决定的,影响互感系数和交变电流的频率等因素的影响,这是独立的N1、N2和I1.在正常情况下,电流互感器的应用总是远小于1,即使有一个“故障”的问题,“负载”的变化反映在相应的k值的变化.
众所周知,所有的电流互感器将尝试设计原来的线圈匝数尽可能少.这完全是为了避免电流互感器电路串联连接,从而在原电路的电流(初级线圈电路)有重大影响的实际需要,也是实现电流互感器的“理想”——初级线圈电感L1趋于0的要求.次级线圈的匝数是足够的互感效应(增加互感).他们对二次线圈的电位有相同的贡献.
1.概念简介.根据变压器的原理,对电流互感器的工作原理进行分析.电流互感器是由一个封闭的铁心和一个绕组组成的.它的一次侧绕组匝数是少的,在电流测量电路是必要的,所以它往往有一个线路的所有电流流量.二次绕组匝数较多,串联在测量仪器和保护电路上,电流互感器在工作时,二次侧电路,从开始到结束是关闭的,所以测量仪器和保护电路串联线圈阻抗很小,电流互感器的工作状态接近一个短路电路.电流互感器是将大电流变为小电流测量的两方,两方不能打开.
2.工作原理.在发电、变电、输电、和配电的生产线路中,电流互感器起着电流转换和电气隔离的作用.电流互感器和变压器的原理是类似的,都是根据电磁感应的工作原理来进行的,变压器是电压和电流互感器的变换器.电流互感器连接被测绕组电流(转向N1),叫作一次绕组(或初级绕组),测量仪器的绕组(转向N2)的称为二次绕组(或副边绕组、次级绕组).电流互感器一次绕组的电流I1和I2两次绕组的电流的比值,称为k的实际电流比.
3.课本中对于电流互感器的常规解读.电流互感器反映了电路中的电流大小的数值,因此电流互感器可以使用电路中电流的串联连接中.一些教科书认为,可以将变压器原来的线圈匝做少,而匝数的二次线圈做的更多,那么电流的二次线圈比原来的线圈电流变小.如果原线圈串联连接在电路中,二次线圈的两端与普通的交流电流表连接,可以测量大电流.这样的变压器被称为电流互感器.
二、常见的对电流互感器的错误解读
1.电流互感器中的输出电流与副线圈回路中的“负载”无关.根据共同演绎的思想,电流互感器输出电流I2只有原始、次级线圈匝数比n1/n2和电流I1决定,与次级线圈回路状态无关和循环中的“负载”是不相关的.可以由下式看出,I2=n1I1/n2.然而,无论是电压还是电流互感器,它们的工作过程都属于电流的磁效应和电磁感应的范畴.在法拉第电磁感应定律中,只有感应电动势,将独立的“回路”状态和负载撇开.
2.电流互感器输出端电流值变为零时输入端电流亦变为零.电流互感器原线圈中电流是否对于副线圈中的电流很依赖,这是一个值得思考的问题.理想状况下设定一种“极端”状况,那就是接在副线圈两端的电流表因“故障”而断路,也就是电阻值区域无穷大,无电流通过,则电流I2会趋于0.此时原线圈中电流是否会随着副线圈电路中的断路而趋于0呢?答案是显然的,那就是原线圈中的电流不会随着副线圈电路中的断路而趋于0,也不会出现I1等于0的结果.
3.电流互感器的正确解读.控制理想(理想电压互感器)变压器,并联接入电路,输入电压与输出的变化(即输入端接电压源)的理想电流互感器的特点是串联接入原电路(感知电路和传输线)和输入电流I1不随产量变化的特征变化(连接到电流源的输入端).参考电压互感器的分析思路,对电流互感器在工作中的电流和电压进行初步的定量分析如下.电流互感器空载时,副线圈无电流输出,原、副线圈两端电压为U10、U20.U10=E自1=L1ΔI1/Δt.U20=E互2=MΔI1/Δt.当电流互感器副线圈有电流输出,会使原线圈两端电压增大为U1.U1由副线圈电流I2在原线圈两端产生互感电动势和I1在原线圈两端产生自感电动势叠加构成,有U1=L1ΔI1/Δt MΔI2/Δt.当L1趋向零时,有U10=0,这时有U1=MΔI2/Δt.由于ΔI2/Δt正比于I2,故有电流互感器原线圈两端电压正比于输出电流I2.因此,要使电流互感器副线圈电流的输出对原电路(“被感电路”或输电线路)几乎无影响,U1应该很小,也只有让I2很小.此时在副线圈中的输出电压U2,有U2=MΔI1/Δt I2ΔI2/Δt.在电流互感器中,由于I2远小于I1(否则过大的U1会对输电电路产生明显影响),而M与L2的数量级相当. 这样有U2≈MΔI1/Δt.因此具备所有“理想条件”( 包括“I2远小于I1”)的电流互感器( 所有可能对原电路产生的影响都应该忽略),有U2=MΔI1/Δt∝MI1.电工学理论和实验都表明,互感系数M与原、副线圈的匝数n1、n2的积成正比.这样有I2=kn1n2I1.比例系数k是由负载决定的,影响互感系数和交变电流的频率等因素的影响,这是独立的N1、N2和I1.在正常情况下,电流互感器的应用总是远小于1,即使有一个“故障”的问题,“负载”的变化反映在相应的k值的变化.
众所周知,所有的电流互感器将尝试设计原来的线圈匝数尽可能少.这完全是为了避免电流互感器电路串联连接,从而在原电路的电流(初级线圈电路)有重大影响的实际需要,也是实现电流互感器的“理想”——初级线圈电感L1趋于0的要求.次级线圈的匝数是足够的互感效应(增加互感).他们对二次线圈的电位有相同的贡献.