秦皇島西門子模塊供應(yīng)代理商

時(shí)間：2023-04-20作者：潯之漫智控技術(shù)（上海）有限公司瀏覽：49

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電流互感器，其工作原理和普通變壓器的工作原理基本相同，都是基于電磁感應(yīng)定律而工作。雖然工作原理相同，但它們在實(shí)際工作中依然有一定的區(qū)別。而較大的特點(diǎn)就在于，電流互感器在正常運(yùn)行時(shí)，其二次側(cè)嚴(yán)禁開路。那么，這是為什么呢?







為了便于理解電流互感器二次側(cè)為什么嚴(yán)禁開路，在這里我先來給大家簡單講解一下電磁感應(yīng)定律。

一、電磁感應(yīng)定律的理解

給一個(gè)導(dǎo)線通以電流，它就會產(chǎn)生磁場，將導(dǎo)線繞起來，就成為了電感線圈，如下圖1-1所示。電感線圈和導(dǎo)線的區(qū)別在于，線圈產(chǎn)生的磁場比較強(qiáng)。我們可以這樣理解，把線圈中的每一圈看作一根導(dǎo)線，那么繞有N匝的線圈就相當(dāng)于有N根導(dǎo)線放到一起，所以一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場就相當(dāng)于N根導(dǎo)線磁場的合成。




圖1-1

另外，如果讓線圈穿過鐵芯，由于鐵芯處于線圈磁場中被磁化(此時(shí)鐵芯產(chǎn)生了另一個(gè)附加磁場)，就能獲得一個(gè)較強(qiáng)的磁場，這個(gè)磁場是由線圈本身電流所激發(fā)的磁場與鐵芯被磁化所產(chǎn)生的磁場疊加合成的。

盡管通電線圈能產(chǎn)生磁場，但這并不能說明線圈兩端就存在了電壓。在忽略線圈電阻的情況下，想要線圈兩端產(chǎn)生電壓，辦法很簡單，那就是改變線圈的磁通，不管線圈一開始否存在磁場。所謂改變線圈磁通，簡單來說，就是改變穿過線圈中心的磁場。




圖1-2

如上圖1-2所示，現(xiàn)有一個(gè)線圈，由于沒有通電，所以它本身沒有磁場，此時(shí)線圈磁通為零。若拿一個(gè)條形磁鐵靠近并穿過線圈，由于條形磁鐵周圍存在磁場，當(dāng)磁鐵穿過線圈時(shí)，就相當(dāng)于有磁場穿過線圈，線圈的磁通從零開始增大。此時(shí)由于線圈的磁通發(fā)生變化，所以線圈兩端就會產(chǎn)生電壓，若線圈與外電路接通，就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。

既然改變線圈的磁通可以產(chǎn)生電壓，那么這個(gè)電壓到底有多大呢?這個(gè)問題的答案，法拉*和他的學(xué)生已經(jīng)告訴我們了，沒錯，答案就是法拉*電磁感應(yīng)定律。




圖1-3

如圖1-3所示，根據(jù)法拉*電磁感應(yīng)定律，線圈兩端所產(chǎn)生的感應(yīng)電壓(或感應(yīng)電動勢)與線圈的匝數(shù)成正比，與穿過線圈的磁通變化率成正比。也許圖1-3的公式你看不懂，但這并不妨礙你們看懂我的文字解釋。

首先，感應(yīng)電壓(或感應(yīng)電動勢)與線圈的匝數(shù)成正比。這句話我們可以這樣理解：穿過一匝線圈的磁通發(fā)生變化，那么這匝線圈兩端就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓u1，當(dāng)有N匝線圈，此時(shí)整個(gè)線圈兩端產(chǎn)生的總感應(yīng)電壓就相當(dāng)于N匝線圈各自感應(yīng)電壓的相加，即N個(gè)u1相加為N×u1。顯然，匝數(shù)也多，總電壓就越大。

其次，感應(yīng)電壓(或感應(yīng)電動勢)與穿過線圈的磁通變化率成正比。這里說的是磁通變化率，所謂變化率，即變化的快慢，有變化才有快慢。顯然，當(dāng)磁通不變時(shí)，其變化率就為零，此時(shí)線圈兩端也就沒有感應(yīng)電壓。反之，若磁通變化非常快時(shí)，線圈兩端的感應(yīng)電壓就會非常大。

以上，感應(yīng)電壓有時(shí)候又用感應(yīng)電動勢表示，兩者的區(qū)別僅在于正方向的不同，即電壓的方向和電動勢的方向相反，在公式中就表示為負(fù)號“-”。

知道了電磁感應(yīng)定律后，我們再回到電流互感器的工作原理。

二、電流互感器的工作原理

由于電流互感器與變壓器工作原理基本相同，但運(yùn)行狀態(tài)不同，為了便于理解，我們先來簡單理解普通變壓器工作原理。如下圖1-5所示為變壓器工作原理圖。




圖1-5

上文提到，線圈兩端的感應(yīng)電壓正比于磁通變化率，但在變壓器中，其一次電壓(有效值)是固定的，基于電壓守恒(基爾霍夫電壓定律)，顯然一次線圈的感應(yīng)電壓也是固定的，在忽略損耗的情況下，感應(yīng)電壓就等于一次電壓。

由于感應(yīng)電壓固定，這就造成磁通變化率(包括磁通的振幅和頻率)也是固定的。換言之，磁通變化率由一次電壓決定，這里的磁通就是主磁通。另外，當(dāng)變壓器空載時(shí)(二次電流為零)，鐵芯中這個(gè)變化的磁通僅一次電生的，這里的一次電流就是勵磁電流，用于激勵主磁通。

當(dāng)變壓器二次負(fù)載運(yùn)行時(shí)，就有了二次電流。顯然，二次電流也會激發(fā)磁場，根據(jù)楞次定律，這個(gè)由二次電生的磁場會阻礙原磁場的變化。上文提到，鐵芯中的磁通變化率由一次電壓決定，也就是說，不管二次是否接有負(fù)載，鐵芯中的磁通變化率都應(yīng)該保持不變。

綜上，為了保持鐵芯中的磁通變化率不變的同時(shí)，還要抵消二次電生的磁場影響，一次電流會隨之增大，此時(shí)一次電流就分為兩部分，其中增大的部分完全用于抵消二次電流的影響，而原本的部分依然用于激勵主磁通。

總結(jié)一下變壓器的工作原理，鐵芯中磁通變化率由一次電壓決定，由于一次電壓不變，所以磁通的振幅和頻率都不變，但一次電流隨著變壓器工作狀態(tài)的變化而變化。

同理，電流互感器也分一次線圈和二次線圈，其一次線圈就是穿過互感器的電源線，二次線圈串接儀表或繼電器的電流線圈，如下圖1-6所示。




圖1-6

顯然，此時(shí)一次線圈只有一匝，而二次線圈根據(jù)互感器的變比不同，匝數(shù)也各不相同。但不管怎么說，區(qū)別于普通變壓器，電流互感器的一次電流是固定的(這里的固定是指一次電流不受互感器的影響，僅有電源側(cè)決定)，不隨二次電流的變化而變化。

對于電流互感器而言，二次電流是隨一次電流的變化而變化的，這恰好與普通變壓器相反，所以電流互感器才能用于測量或監(jiān)控一次電流。

三、電流互感器二次側(cè)為何嚴(yán)禁開路

根據(jù)上文，由于一次電流不受互感器影響，所以互感器二次側(cè)嚴(yán)禁開路。







當(dāng)互感器在正常運(yùn)行時(shí)，二次側(cè)接近由于短路狀態(tài)，二次電流和一次電生的磁場相互作用，如上圖1-7所示，為了便于理解，一次線圈繞多一圈。此時(shí)雖然一次電流比較大，其激發(fā)的磁場也比較強(qiáng)，但由于楞次定律，其大部分磁場被二次電生的磁場所抵消，所以鐵芯中的凈剩磁場并不大，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，一二次的電壓都不大。

然而，當(dāng)電流互感器二次開路，由于一次電流不變，其激發(fā)的磁場也不變(比較大)，此時(shí)二次電流為零，不能產(chǎn)生另一個(gè)磁場抵消一次電流所產(chǎn)生的磁場，換言之，一次電流全部用來勵磁，就會使得鐵芯磁通急劇增加，造成鐵芯損耗增大，鐵芯和繞組發(fā)熱等。同時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，因?yàn)榇磐ǖ脑龃?，二次?cè)線圈將會出現(xiàn)峰值高達(dá)數(shù)千伏的高壓!這個(gè)高電壓很可能會損壞儀表，破壞二次繞組絕緣，危及人身安全。

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