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[!--downpath--]我們將設計一個電壓互感器。使用電壓互感器可以減少檢測變換器原邊電壓時的耗損,例如大功率開關電源,因為電壓過大所以須要使用電壓互感線圈來檢測電壓以降低耗損。
電壓互感器與通常的電流變壓器的區別在哪些地方呢?這個問題雖然是資深的磁性器件設計人員也很難回答。基本的區別在于:變壓器企圖把電流從原邊變換到副邊,而電壓互感器企圖把電壓從原邊變換到副邊。電壓互感器的電流大小由負載決定。
我們通過一個實際的設計事例,可以更好地理解電壓互感器的工作原理。
假定用電壓互感器檢測變換器的原邊電壓,原邊10A電壓對應1V電流。其實,我們可以用一個1V/10A=100mΩ的阻值來檢測,而且內阻將導致的耗損為1V×10A=10W,如此大的耗損對幾乎所有的設計來說都是不能接受的。所以,要選用電壓互感器,如圖1所示。
圖1用電壓測量互感器降低耗損
其實,為了降低定子阻值,我們把原邊的阻值取為1匝,同時為了使電壓降到一個比較低的水平,副邊阻值應當比較多。假如副邊阻值為N,由歐姆定理可得(10/N)R=1V,在內阻中消耗的功率為P=(1V)^2/R。我們假定消耗的功率為50mW(也就是說,我們可以使用100mW尺寸的內阻),這就要求R不得大于20Ω,倘若采用20Ω的阻值,由歐姆定理可得副邊阻值N=200。
如今我們來看磁芯知道電功率怎么求電流,假定三極管是普通的通常的三極管知道電功率怎么求電流,通態電流大概為1V,電壓為10A/200=50mA。互感器輸出電流為1V,加上晶閘管的通態電流1V,總電流大概2V。頻度工作時,磁芯上的磁感應硬度不會超過
其中4us為一個周期的時間,實際肯定是不到一個周期的。
因為原邊流過電壓的時間不可能超過開關周期(否則,磁芯未能復位)。因而Ae可以很小,而B也不會很大。這個事例里磁芯的規格不能通過耗損要求或磁路飽和要求來確定,更大的可能是由原副邊之間的隔離電流來確定。假如隔離電流沒有要求,磁芯的大小通常由200匝的定子所占容積來確定。你可以用40號的導線流過500mA的峰值電壓,并且這些導線實在太細,通常的變壓器廠家不會為你繞制。
實用提示:除非一定要用,通常情況下不要使用尺寸大于36號線的導線。
如今我們來剖析為何不能用電流變壓器來代替電壓互感器?早已曉得副邊電流只有2V,因而原邊電流為2V/200=100mV。倘若輸入直流電流為48V,這么電壓互感器原邊10mV電流對48V電流來說是微不足道的——那樣你可以在副邊得到50mA的電壓,而對原邊幾乎沒有哪些影響。假定另一種情況(不現實的),原邊的輸入直流電流只有5mV,這么互感器的原邊不可能有10mV的電流,同時因為原邊阻抗(如反射副邊阻抗)也比較大,決定了副邊根本不可能形成50mA的電壓。雖然整個5mV電流全部加在原邊,副邊也只能形成200×5mV=1V的電流:不能在轉換內阻上形成足夠的電流。為此,電流變壓器只能用作變壓器,不能拿來測量電壓。
從另外一個角度來看:即使輸入電源的電流為48V時,并且流過電壓互感器電壓的大小不是由原邊的這個48V電流決定的,而是其他誘因決定的。
電壓互感器是有阻抗限制的電流變壓器。
最后,我們來看一下電壓互感器的偏差情況怎樣樣?答案在于電壓互感器的基本定義上:感應的是電壓。
實用提示電壓互感中的晶閘管和副邊定子的阻值不會影響電壓的檢測,由于(只要阻抗不是無窮大)串聯電路中電流處處相等,與串聯的器件無關。
實際工作中,是不是使用肖特基三極管作為檢波三極管是沒有關系的:晶閘管的低通態電流只影響變壓器,不會影響電壓互感器。
假如互感器副邊的電感太小,檢測偏差將會減小。也就是激磁電感太小,假定我們要求檢測電壓的最大偏差為1%,原邊電壓為10A,這么副邊電壓就是50mA,這就意味著要求激磁電壓(副邊)應當大于50mA×1%=500μA。激磁電壓沒有流過轉換內阻,我們也難以測量到這個電壓,這樣偏差就減小了。我們可以算出副邊電感的最小值
現今的阻值為200,我們須要AL=16mH/200=400nH的磁環,用普通的小鐵氧體磁環就可以了,這些鐵氧體磁環是很容易找到的。