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<font color=#0000FF><br /><font color=#0000FF>基本概念</font> []磁感应强度][]磁场强度][]磁导率][]损耗角][]额定电流比][]比差][]角差][]返回微型互感器天地]</font><br />根据我国的计量法，物理量单位采用国际单位制，即SI。由于历史的原因，直到现在，在电磁学中的单位使用还是比较混乱。包括一些废弃的单位目前还出现在许多地方。为方便读者理解，因此这里列出一些常用量的换算。<br /><font color=#0000FF>磁感应强度B</font>：[BLOCKQUOTE]<br />磁感应强度<I><B>B</B></I>可以这样定义，足够小的电流元Idl（I为导线回路中的恒定电流，dl为导线回路中沿电流方向所取的失量线元）在磁场中所受的力最大方向时，所受到的最大力dFmax与Idl的比值。<br />B=dFmax/Idl<br />恒定磁场中各点的磁感应强度<I><B>B</B></I>都具有确定值,它由磁场本身决定,与电流元Idl大小无关。<br />电流会在其周围产生磁场。一个线圈绕得很紧密的载流螺绕环，总匝数N匝，电流I，利用安培环路定律可以求出螺绕环内离环心O半径r处P点的磁场的磁感应强度<I><B>B0</B></I><br />B0=μ0NI/2πr<br />式中：μ0真空磁导率μ0=4πe-7 （N/A^2）；N总匝数；I电流，安A。<br /><img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz11.gif"><br />在<B>SI</B>中,磁感应强度<I><B>B</B></I>单位特[斯拉]T，1T=1N/A·m=1Wb/m^2。磁感应强度<I><B>B</B></I>的概念比较复杂,有各种定义方法，感兴趣的话可参阅相关参考书 1T=10000Gs（高斯）<br /><font color=#0000FF>磁场强度H</font>：[]页首]<br />磁场强度<B><I>H</I></B>与电场中的电位移矢量<B><I>D</I></B>相似。<br />真空中原来的磁场的磁感应强度<B><I>B</I>0</B>，由于引入磁介质而产生附加磁场，其磁感应强度<B><I>B</I>’</B>，则磁介质总的磁感应强度<I><B>B</B></I>是<B><I>B</I>0</B>和<B><I>B</I>’</B>的矢量和，即<br /><B>B</B>=<B>B0</B>+<B>B’</B><br /><I><B>B</B></I>与<I><B>B</B></I>0的大小比称相对磁导率 μr= B/B0 。对于铁磁质磁性很强的材料 μr远远大于1。不同的物质对磁场的影响非常大，因此引出了一个辅助矢量——磁场强度<B>H</B>。磁介质内磁场强度H沿闭合路径的环流等于闭合路径包围的所有传导电流的代数和（存在磁介质时的环路安培定理）。<br />∮LH·dl=∑LI0i<br />象电流互感器之类的螺绕环磁场强度H<br />H=NI/2πr [BLOCKQUOTE]<br />r 为到磁环中心的半径。[/BLOCKQUOTE]<br />磁感应强度矢量<B>B</B>与磁场强度矢量<B></B><B>H</B>的关系：<br /><B>B=</B>μ0<B>H+</B>μ0<B>M</B><br />μ0真空磁导率；<B><I>M</I></B>磁化强度表示磁介质的磁化程度。试验表明，在各向同性均匀磁介质中，<I><B>M</B></I>与<I><B>H</B></I>成正比，即[BLOCKQUOTE]<br /><B>M=</B>χm<B>H</B>[/BLOCKQUOTE]<br />真空中没有介质时，M=0，得出：<br /><B>B0=</B>μ0<B>H</B><br /><B>M</B>磁化强度表示磁介质的磁化程度<B></B>，<B></B>μ0真空磁导率<br />试验表明，在各向同性均匀磁介质中，<I><B>B</B></I>与<I><B>H</B></I>成正比，即<br /><B>B=</B>μ0<B>（1+</B>χm<B>）</B><B>H=</B>μ<B>H</B><br />设μr=<B>（1+</B>χm<B>）</B>，为相对磁导率<br />螺绕环中有磁介质的载流螺绕环，磁介质内的磁感应强度<I><B>B</B></I><br />B<B>=</B>μ<B>H</B>=μ0μrNI/2πr[BLOCKQUOTE]<br />μr磁介质相对磁导率，μ0真空磁导率。[/BLOCKQUOTE]<br />磁场强度<B>H</B>单位是安/米（A/m）。在磁路设计中<B>H</B>矢量有广泛的应用。在互感器中就是励磁安匝与平均磁路长度的比值<B> <font color=#0000FF><I>H=I·n /L</I></font></B> ，一般使用安匝每厘米（A/cm）单位。磁性材料刚开始时O点随着电流nI变大，磁感应强度B也开始缓慢变大，当到a点时电时，B开始急剧变大，当到b点，B增加开始变慢，当到c点H再变大时，B几乎不再变大，我们说材料被磁化到了饱和。达到饱和之后，无论H怎样增大，材料的磁感应强度也不再增大。此时的磁感应强度称为饱和磁感应强度，用Bs来表示。B－H关系画成曲线，就是材料B－H磁化曲线。饱和磁感应强度是磁性材料的一个重要指标。<br />在<B>SI</B>中，磁场强度<B>H</B>单位是安[培]每米（A/m）。在磁路设计中<B>H</B>矢量有广泛的应用。<br /><img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz12.gif"> <img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz13.gif">[/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>磁导率μ</font>：[]页首][BLOCKQUOTE]<br />在各向同性的均匀磁介质中，B与H成正比关系：<br /><B>B=</B>μ<B>H</B>[BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF><I>μ</I></font>称为磁介质的磁导率<font color=#0000FF><I> </I></font><font color=#0000FF><I>μ</I></font><font color=#0000FF><I>=B/H</I></font>，[/BLOCKQUOTE]<br />磁介质的磁导率μ=μ0（1+χm）<br />磁介质的相对磁导率μr =（1+χm）<br />是磁化曲线上任意一点上B和H的比值。磁导率实际上代表了磁性材料被磁化的容易程度。在磁化的不同阶段，材料的磁导率也不同，磁导率在最高点称为<font color=#0000FF>最大磁导率</font>。在磁化起始点的磁导率称为<font color=#0000FF>初始磁导率</font>，简称初导。磁导率是软磁材料的另一个非常重要的指标。相对初始磁导率μi定义为<br /><img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz14.gif"><br />在<B>SI</B>中,磁导率的单位亨[利]每米（H/m），常用T/（A/m），T/（A/cm），但一般用相对磁导率μr来表示。1（H/m）=T/（A/m)=100T/（A/cm)，在有些资料上用特/奥（斯特）（T/Oe）或高斯/奥（斯特）（Gs/Oe），高斯与奥斯特都是以前的物理量。1T=10000Gs，1A/m=4πe-3 Oe ，磁导率为1Gs/Oe 的磁介质的相对磁导率为1。相对磁导率μr是无量纲量。[/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>铁芯损耗角Ψ</font>：[]页首][BLOCKQUOTE]<br />要使磁性材料有磁感应强度B时，必须要有磁场强度H。对于交流电，磁感应强度B与磁场强度H并不同步，磁感应强度B总是落后于磁场强度H，落后的角度就是铁芯损耗角。磁导率和损耗角不是一个常量可以通过铁芯磁化特性曲线查到。在电流互感器正常工作范围内，磁感应强度B越大，铁芯损耗角越大。[/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>电流互感器额定电流，额定电流比</font>：[]页首][BLOCKQUOTE]<br />额定电流本意为在此电流下可以长期工作而不会损坏，额定的输入输出电流分别称额定一次电流、额定二次电流，额定一次电流与额定二次电流比值称额定电流比，用Kn表示。对用户而言通常关心的是额定电流，在微型电流互感器额定电流标称为如：5A/2.5mA 表示额定一次电流5A、额定二次电流2.5mA ，额定电流比为2000 。额定电流是设计微型电流互感器的主要依据。[/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>电流互感器比差</font>：[]页首][BLOCKQUOTE]<br />比差也称<font color=#0000FF>比值差</font>：比差就是二次电流与实际一次电流按额定电流比折算成的理论二次电流的差值，并用与后者的百分数表示，对于未经过补偿的微型电流互感器的比差均为负值。[/BLOCKQUOTE]<br />f=(I2-I1/Kn)/(I1/Kn) ×100% [BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]<br />f—比差%<br />I2—二次电流A<br />I1—一次电流A<br />Kn—额定电流比[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>电流互感器角差</font>：[]页首][BLOCKQUOTE]<br />角差也称相位差：角差就是二次电流反相后与一次电流的相位差，通常用分(′)表示,超前于一次电流相位差为正值,反之为负值。对于未经过补偿的微型电流互感器的角差均为正值。[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE][]返回首页][/BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF></font> <br /><font color=#0000FF></font> <br /><font color=#0000FF>互感器原理 </font><br />在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。<br />较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。<br />微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）<br /><img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz21.gif"><br />电流互感器原理线路图<br />微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。<br />微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫<font color=#0000FF>电流互感器额定电流比</font>，用Kn表示。<br />Kn=I1n/I2n<br />微型电流互感器大致可分为两类，测量用电流互感器和保护用电流互感器。<br /><font color=#0000FF>测量用电流互感器</font><br />测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够高的测量精度，3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。<br /><font color=#0000FF>保护用电流互感器</font><br />保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。<br />保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫<font color=#0000FF>额定准确限值一次电流</font>。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P，表示在额定准确限值一次电流时的允许误差5%、10%<br />线路发生故障时的冲击电流产生热和电磁力，保护用电流互感器必须承受。二次绕组短路情况下，电流互感器在一秒内能承受而无损伤的一次电流有效值，称额定短时热电流。二次绕组短路情况下，电流互感器能承受而无损伤的一次电流峰值，称额定动稳定电流。<br />保护用电流互感器分为：1、过负荷保护电流互感器，2、差动保护电流互感器，3、接地保护电流互感器（零序电流互感器）<br /><font color=#0000FF>微型电压互感器</font><br />微型电压互感器,由于尺寸工艺原因通常采用电流型的电压互感器。实际上就是额定电流比为1，一次二次电流都是毫安级的电流互感器（如：2mA/2mA）。以后叙述中如无特别指出，互感器都是指电流互感器。<br /><img src="http://www.hamsss.com/cxz/pic/cxz22.gif"><br />工作时，互感器一次绕组与限流电阻R串联接被测电压，二次输出接运放进行I/V变换（或直接电阻采样）。此时一次电流为I1=U/（R+r），二次电流I2=I1/Kn，其中r为一次绕组内阻，Kn为额定电流比。<br />[]返回首页]<br /><font color=#0000FF>微型电流互感器结构</font> [BLOCKQUOTE]<br />微型电流互感器一次绕组、二次绕组、铁芯、绕组间与铁芯的绝缘、以及外壳组成。微型精密电流互感器普遍采用1J85坡莫合金卷绕成环状铁芯，有些采用超微晶。对于要求不高的可以采用硅钢片。环形铁芯的优点是没有气隙，磁性能好，如绕组均匀绕制，则漏磁很小。<br />环状铁芯与绕组的绝缘一般是在铁芯外加一个塑料保护壳。保护壳有两种作用，其一是绝缘作用，而最主要的是保护铁芯。铁芯材料1J85坡莫合金对应力非常敏感，受到应力作用后铁芯材料磁性能就会发生变化。加以保护壳后可以在绕组绕线时减轻应力，制作互感器生产过程一定要轻拿轻放。而对于超微晶材料本身就非常脆，更要加以保护。绕制好绕组后的互感器封装到外壳中。当然期间要经过许多的检验过程。<br />微型电流互感器按一次绕组分为单匝式和多匝式。<br />单匝式微型电流互感器一次绕组只有一匝。有<font color=#0000FF>杆式</font>：用铜管铜排从铁芯窗口中通过与互感器外壳做成一体（如有些电子式电度表用的微型电流互感器）。<font color=#0000FF>母线式</font>：铁芯窗口保留，母线直接从铁芯窗口通过，对于测小电流时还可以用母线在铁芯窗口绕2匝3匝等以得到较小的电流比。<br />多匝式微型电流互感器一次绕组多匝，如电流型微型电压互感器。[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]<br />[]返回首页][/BLOCKQUOTE]<br /> [BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>理想电流</font>互感器<br />电流互感器的铁芯如果不消耗能量,那么一次绕组的能量全部差传递到二次绕组。则有：<br />E1I1=E2I2<br />E1/E2=N1/N2<br />E1、E2为一次绕组、二次绕组感应电势，N1、N2为一（次绕组、二次绕组匝数。<br />理想电流互感器的电流比：<br />K=I1/I2=N2/N1 ——（式1<br />这就是电流互感器计算的基本公式。因为电流互感器的误差比较小，所以在初略估算时可由上式计算电流比，和一次绕组、二次绕组匝数。由式1可得出<br />I1N1=I2N2——（式2<br />电流与匝数的积，称<font color=#0000FF>安匝数</font>，单位安匝A。电流互感器一次绕组安匝数等于二次绕组安匝数。[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]<br />[]返回首页][/BLOCKQUOTE]<br /> [BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>微型电流互感器误差</font> []返回首页] [BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>误差产生原因</font><br />实际上电流互感器在工作中肯定有能量的损失，这时电流互感器就产生了误差。要使二次绕组产生电流，必须要有励磁电流I0来励磁才产生感应电势产生电流。励磁电流由一次绕组提供。励磁电流I0与一次绕组匝数W1的积I0W1，叫<font color=#0000FF>励磁安匝</font>或<font color=#0000FF>励磁磁动势</font>。就是一次绕组安匝要扣除励磁安匝才传递到一次绕组，这时误差产生了。误差是因为提供励磁安匝引起的。<br />电流互感器误差分为比值差和相位差两部分。<br />其中需要注意：<font color=#FF00FF>互感器比差是</font><font color=#FF00FF>二次电流误差值与实际一次电流的百分比，而不是额定电流的百分比。</font>这与其它一般测量仪表的误差用满度百分比（%F.S）表示的方法有所不同。电流互感器不存在满度的概念，只有测量范围、额定电流说法。如：精度等级0.1的微型互感器在100%额定电流时的允许比值差±0.1% ， 5%额定电流时的允许比值差±0.4% 。假设以额定电流作为满度， 100%额定电流时的允许比值差用满度百分比表示则为±0.1%F.S ，5%额定电流时的允许比值差用满度百分比表示则为±（0.4×5%/100%）%=±0.02%F.S 。 <br /><font color=#0000FF>测量用电流互感器误差极限</font><br />测量用电流互感器误差极限值<table class=ubb cellspacing=0><TR><td class=ubb>精度等级</td><td class=ubb>额定电流百分比</td><td class=ubb>允许误差</td></TR><TR><td class=ubb>比值差（%）</td><td class=ubb>相位差（’）</td></TR><TR><td class=ubb>0.01</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.02</td><td class=ubb>±0.6</td></TR><TR><td class=ubb>10-120</td><td class=ubb>±0.01</td><td class=ubb>±0.3</td></TR><TR><td class=ubb>0.02</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.04</td><td class=ubb>±1.2</td></TR><TR><td class=ubb>10-120</td><td class=ubb>±0.02</td><td class=ubb>±0.6</td></TR><TR><td class=ubb>0.05</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.10</td><td class=ubb>±4</td></TR><TR><td class=ubb>10-120</td><td class=ubb>±0.05</td><td class=ubb>±2</td></TR><TR><td class=ubb>0.1</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.4</td><td class=ubb>±15</td></TR><TR><td class=ubb>10</td><td class=ubb>±0.25</td><td class=ubb>±10</td></TR><TR><td class=ubb>20</td><td class=ubb>±0.2</td><td class=ubb>±8</td></TR><TR><td class=ubb>100-120</td><td class=ubb>±0.1</td><td class=ubb>±5</td></TR><TR><td class=ubb>0.2</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.75</td><td class=ubb>±30</td></TR><TR><td class=ubb>10</td><td class=ubb>±0.5</td><td class=ubb>±20</td></TR><TR><td class=ubb>20</td><td class=ubb>±0.35</td><td class=ubb>±15</td></TR><TR><td class=ubb>100-120</td><td class=ubb>±0.2</td><td class=ubb>±10</td></TR><TR><td class=ubb>0.5</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±1.5</td><td class=ubb>±90</td></TR><TR><td class=ubb>10</td><td class=ubb>±1.0</td><td class=ubb>±60</td></TR><TR><td class=ubb>20</td><td class=ubb>±0.75</td><td class=ubb>±45</td></TR><TR><td class=ubb>100-120</td><td class=ubb>±0..5</td><td class=ubb>±30</td></TR><TR><td class=ubb>1.0</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±3.0</td><td class=ubb>±180</td></TR><TR><td class=ubb>10</td><td class=ubb>±2.0</td><td class=ubb>±120</td></TR><TR><td class=ubb>20</td><td class=ubb>±1.5</td><td class=ubb>±90</td></TR><TR><td class=ubb>100-120</td><td class=ubb>±1.0</td><td class=ubb>±60</td></TR><TR><td class=ubb>3.0</td><td class=ubb>50-120</td><td class=ubb>±3.0</td><td class=ubb>不规定</td></TR><TR><td class=ubb>5.0</td><td class=ubb>50-120</td><td class=ubb>±5.0</td><td class=ubb>不规定</td></TR></table><br /><font color=#0000FF>其它电流互感器误差极限</font><br />特殊使用要求（主要用于与特殊电度表连接，这些电度表在0.05-6A之间，额定电流5A的1%-120%之间能正确测量）的0.2S和0.5S（S表示特殊使用）电流互感器误差极限值（额定二次电流5A）<table class=ubb cellspacing=0><TR><td class=ubb>精度等级</td><td class=ubb>额定电流百分比</td><td class=ubb>允许误差</td></TR><TR><td class=ubb>比值差（%）</td><td class=ubb>相位差（’）</td></TR><TR><td class=ubb>0.2S</td><td class=ubb>1</td><td class=ubb>±0.75</td><td class=ubb>±30</td></TR><TR><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.35</td><td class=ubb>±15</td></TR><TR><td class=ubb>20-120</td><td class=ubb>±0.2</td><td class=ubb>±10</td></TR><TR><td class=ubb>0.5S</td><td class=ubb>1</td><td class=ubb>±1.5</td><td class=ubb>±90</td></TR><TR><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±0.75</td><td class=ubb>±45</td></TR><TR><td class=ubb>20-120</td><td class=ubb>±0.5</td><td class=ubb>±30</td></TR></table><br />保护用电流互感器误差极限值<table class=ubb cellspacing=0><TR><td class=ubb>精度等级</td><td class=ubb>额定准确限值一次电流时</td><td class=ubb>额定一次电流时</td></TR><TR><td class=ubb>复合误差%</td><td class=ubb>比值差（%）</td><td class=ubb>相位差（’）</td></TR><TR><td class=ubb>5P</td><td class=ubb>5</td><td class=ubb>±1</td><td class=ubb>±60</td></TR><TR><td class=ubb>10P</td><td class=ubb>10</td><td class=ubb>±3</td><td class=ubb>不规定</td></TR></table><br />注：复合误差指包括基波和谐波在内的励磁电流安匝（有效值）与额定准确限值一次电流安匝（有效值）比值。<br />微型精密电流互感器出厂时都有互感器误差检验数据。[/BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]<br />[]返回首页][/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]<br /> [BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>微型电流互感器误差影响因素</font> []返回首页] [BLOCKQUOTE]<br /><font color=#0000FF>微型电流互感器误差计算</font> <br />上一节提到电流互感器产生误差，是由于二次绕组要提供励磁电流的原因。励磁电流I0来励磁就是误差。误差计算公式为<br />ε=I0/I1=I0N1/I1N1<br />ε误差；<br />I0励磁电流；<br />I1一次绕组电流；<br />N1一次绕组匝数；<br />对于电流频率为50HZ的互感器误差计算公式为（公式推导略，请自行运用电磁感应知识推导）<br />ε=25.3Z02l/（N2^2 μSk）<br />ε误差；<br />Z02二次回路的总阻抗,包括二次绕组内阻抗和外接负载阻抗；<br />l平均磁路长度cm；<br />截面为矩形的环形铁芯平均磁路长度l=π（铁芯外径D-铁芯外径d）/ln（D/d）≈π（D+d）/2<br />N2二次绕组匝数；<br />μ铁芯磁导率T/Oe；<br />S铁芯截面cm^2；<br />K铁芯叠片系数<br />以上计算的误差为互感器的复合误差,包含比值差和相位差。<br />比值差f= - ε×sin（α+Ψ）%<br />相位差δ= ε×cos（α+Ψ）×3438′<br />α二次回路总阻抗角<br />Ψ铁芯的损耗角[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]
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