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  • 互感作用
    2021-04-30 07:05:17

    0引言电流互感器是电力系统中二次设备获取一次回路电流信息的重要传感设备[1]。按照类型可划分为两种:测量用电流互感器和保护用电流互感器。测量用电流互感器的作用将电流进行变换供给二次侧测量仪表,用于对电力系统正常运行状态下的电流进行测量与监视。保护用互感器的作用则是在电力系统不正常运行或者发生故障的状态下,将故障处电流通过信号传变送至继电保护装置,进而使得保护装置动作切除故障实现对电力系统的保护。保护用电流互感器又分为P类电流互感器和TP类电流互感器。保护P类电流互感器由于其自身的特性,在电力系统发生短路时会产生大量的剩磁,极易发生磁饱和现象。而TP类电流互感器由于其铁芯中带有小气隙,大大限制了剩磁的存在,因而其抗饱和的能力显著增强,饱和点电压升高,饱和时间延长。随着超高压、特高压技术的发展,电力系统一次测电压与电流越来越大,尤其是当系统发生短路时,一次测会产生高达几kA的短路电流,为了保证系统故障时准确的测距与保护,需要电流互感器将大电流转化为小电流送入装置的同时,保持较好信号传变特性[2]。本文以行波测距为例,着重分析了电流互感器在系统故障发生后的高频暂态特性。考虑到行波信号在高频情况下存在大幅度的衰减与畸变,研究时,只对其后几ms时间内的故障信号进行提取分析,此时的电流互感器仍工作在线性区域,无需考虑饱和对研究产生的影响[3]。类比于工频情况下的TA等效电路模型,最终建立了TA高频暂态数学模型。通过matlab仿真,证明了其具有良好的高频传变特性。1电流互感器的原理构成电磁式电流互感器是目前国内广泛采用的电流互感器,其主要由闭合的铁心与绕组构成,依据电磁感应原理进行电流变换[4]。图1所示即为电流互感器的等效电路图。图1电流互感器等效电路上图中Es:二次侧感应电动势;Us:二次侧负荷电压;Ip:一次侧电流;Is:二次侧全电流;Ie:励磁电流;Kn:互感器的变比;Xct:二次绕组电抗;Rct:二次绕组电阻;Zb:二次负荷阻抗;Ze:励磁阻抗。其中Kn=N2/N1,Ib=Ip/Kn。通常互感器一次侧绕组匝数(N1)非常少,使用时需串在一次回路当中。二次侧绕组匝数(N2)较多,串于二次测量、保护回路之中。由于电流互感器的作用是负责把一次侧大电流转换成二次侧小电流,因而其二次侧不可开路[5]。2电流互感器模型的建立图2所示为TA的工频等效电路。其中Lm为激磁电感、Rm为激磁电阻、Rb为二次负载电阻、Lb为二次负载电感。一般二次绕组漏感很小,可以忽略不计。图2TA工频等效电路对于本文研究的故障后暂态高频信号,由于其在传播过程中存在大幅度的衰减与畸变,往往只在故障后几个ms的时间段内对其进行研究。考虑到时间短暂,电流互感器在此期间不会发生饱和现象,因此在研究中可不考虑互感器饱和的影响,即认为电流互感器是工作在磁滞回线的线性区域内[6]。由此,只需考虑电流互感器的激磁阻抗Lm、二次绕组对地分布电容以及损耗这三者随频率变化的影响。高频时,激磁电感Lm下降,二次绕组对地分布电容增大,损耗增加。但经理论分析与实验表明,电流互感器的激磁电感Lm对高频特性的影响可以忽略不计[7]。因此最终得到TA的高频等效电路如图3所示。图3TA的高频等效电路其中,Cs为二次绕组的对地分布电容,其值在几千pF上下,吸收的电流与频率成正比。Rm为激磁电阻,其值在数百左右。3电流互感器的高频暂态特性3.1TA高频信号传变的频域响应由图2所示的TA高频等效电路可得,TA的电流传递函数为H(s)=Ib(s)Ip(s)=RmRb+Rm+(RbRmCs+Lb)s+RmLbCss2(1)取Rm=

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  • 电流互感器的工作原理和作用

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    (一)互感器种类和作用 互感器包括电流互感器和电压互感器。它们将一次回路的高电压、大电流,按既定比例变为适合于仪表和继电器测量的低电压和小电流,正确反映 一次电路的运行状态互感器接线如图2-69所示图2-69互感器...
    1. 一、互感器概述

    互感器是一次系统和二次系统间的联络元件。通过它可以在充分安全的条件下,完成对一次回路高电压、大电流的测量,以达到监控一次设备的运行是否正常的目的。

    • (一)互感器种类和作用

    互感器包括电流互感器和电压互感器。它们将一次回路的高电压、大电流,按既定比例变为适合于仪表和继电器测量的低电压和小电流,正确反映
    一次电路的运行状态互感器接线如图2-69所示图2-69互感器在电力系统中的连接w

    • (二)互感器的作用

    (1)互感器将一次回路的高电压、大电流变为二次回路的低电压和小电流,便于测量
    (2)二次设备利用互感器与一次设备实行了电气隔离,且二次绕组均接
    地,从而保证了设备和人身安全。
    (3)ニ次设备与ー次设备电气隔离,使二次回路接线不受一次回路制约更加灵活方便。在维护调试、试验时也可不中断一次系统运行仅改变二次接线即可。
    (4)应用了互感器,二次电压低、电流小;使控制电缆和屏内布线简单,安装方便,且易进行远方控制和监测二、电流互感器电流互感器在工程上常用TA或CT表示

    1. (二)电流互感器的工作原理

    1.电流互感器的工作特点
    电流互感器和变压器相似,变压器在线路上,主要用来改变线路的电压,而电流互感器接在线路上,主要用来改变线路的电流,电流互感器除了
    可以将线路上大小不ー的电流变成一定大小的电流,以便于测量之外,还可以起到与线路绝绿的作用,以保证操作人员和仪表的安全
    电流互感器的负荷与电流互感器所接的线路上的负荷没有任何直接的关系。只要电流互感器的二次接线不变,不管线路上的负荷如何变化,电流互
    感器的负荷都不变。
    2.变流原理
    电流变比:电流互感器原边额定电流与副边标称电流之比,也称电流变比,以符号〈EM〉K(EM〉一表示,即3.极性
    极性是指电流互感器原副边电流之间的相位关系由于原副边绕组电流之间的相位关系,电流互感器的极性分为减极性和
    加极性,如图2-70所示。
    (a)减极性结枸原理及表示图
    (b)加极性结构原理及表示图
    图2-70电流互感器极性
    电流互感器的极性测量电路如图2-1接线。
    图2-71电流互感器极性测试电路。
    4.电流误差(比值差)
    电流互感器副边测得的二次电流值〈EM)I〈/EM)2乘以额定电流比〈EM〉K〈/EM)(也是测得的一次电流)与ー次侧实际电流〈EMI(HM〉1之差对一次电流实际值的百分比称为电流误差,用_(EM)〈/EM〉表示,即一5.角误差(相角误差)电流互感器二次电流相量〈EM)I〈/EM)2的反相量与一次侧电流相量间的夹角称为角误差。
    6.影响电流互感器误差的因素
    (1)电流互感器的磁路构造和铁心材质磁路构造、铁心材质决定着磁路的磁阻,减小磁阻就可降低励磁电流(EM)iEM(EM)〈/EM)误差就可减小。
    (2)一次电流〈EM)i〈/EM〉_1。
    (3)二次负载及功率因数。
    7.减小电流互感器误差的一般方法
    (1)减小磁路磁阻以减小励磁电流。
    选用导磁性能好的材质制作铁心,缩短电流互感器的磁路。(2)在串级式电流互感器铁心上增加平衡绕组,连耦绕组,抵消漏磁,减小误差。
    (3)采用“匝数补偿法”。
    (4)正确选择电流互感器的变比,使其工作在接近额定条件下,以减小误差。
    (二)电流互感器的技术参数
    1.额定一次电压
    额定电压是表征原边绕组对地之间的绝缘等级的。
    注意:它绝不是原边绕组两端的电压,正常运行时,原边绕组两端的电压是很小的。
    2.额定电流
    额定电流是指原边绕组的额定电流。
    在环境温度下,容许电流互感器通过120%的额定电流。
    3.准确度级及二次额定负载电流
    当二次负戟保持cos=0.8,(0.25~1)〈EM〉S〈EM)〉N范围,根据原边电流在(100%~120%)〈EM)Iく/EM)N之间变化时,电流互感器的最大电流误差的百分数,确定为其准确度等级。
    4.动稳定电流
    动稳定电流是指在二次线圈短路的条件下,一次侧发生短路,互感器所能承受而无机械损伤的最大一次电流峰值动稳定倍数:这个电流与一次额定电流的比值称为动稳定倍数。技术手册通常是用动稳定倍数来表示动稳定电流的。
    5.热稳定电流
    热稳定电流是指二次线圈短路的条件下,互感器在1s内承受一次侧短路电流的热作用而无损伤的一次电流有效值。
    热稳定倍数:热稳定电流与ー次额定电流之比。

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  • 分析不同线圈的互感系数

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    您可以用类似的方式来看待互感:即某一电路中有电流通过时,会在附近的电路中产生感应电流。互感系数用来衡量这种电流感应效应变化的量级。在这篇文章中,我们将探讨使用模拟计算来估算不同线圈中产生的互感互感和...

    您有没有注意到,在一个快乐、热情的朋友身边,您也会感到非常快乐呢?您可以用类似的方式来看待互感:即某一电路中有电流通过时,会在附近的电路中产生感应电流。互感系数用来衡量这种电流感应效应变化的量级。在这篇文章中,我们将探讨使用模拟计算来估算不同线圈中产生的互感。

    互感和感应电流

    当一个随时间变化的电流流过电路(该电路被称为初级电路或初级线圈),会产生一个变化的磁场。磁场随时间变化,并会在附近的另一个线圈(被称为次级线圈)中,诱导产生电流。这种效应被称为互感。在变压器、电机、发电机和其他一些设备中,都要利用互感原理,因此对于这些设备的运行来说,互感是非常重要的。

    您可能时常想知道,要在次级线圈中产生一个特定电压,初级线圈中的电流需要有多大的变化。为了解答这一问题,您可以通过计算一个线圈中电流的变化对另一线圈的作用,从而得到互感。计算互感还可以避免设备损坏,因为互感会引起导体之间不必要的耦合。

    当计算互感时,线圈的方向、缠绕模式和两个线圈相互间的位置关系,都是非常重要的。如果两个线圈距离非常近,初级线圈产生的磁通量,几乎全部都会与次级线圈的每一匝相互作用,从而产生一个很大的互感。而彼此相隔很远的两个线圈产生的互感则小得多。线圈中如果存在磁性材料,互感也会增大。

    让我们通过模拟几种不同排布方式的线圈,仔细看看这些因素是如何影响互感的。

    利用仿真计算互感

    两个单匝线圈之间的互感

    在我们的单匝线圈示例中,初级电路是一个半径为 100 毫米的单匝线圈,次级线圈是一个半径为 10 毫米的单匝线圈。两线圈的横截面直径都是1毫米,排列方式为同心共面,用二维轴对称模型来模拟。两线圈被放置在一个无限元区域中。通入初级线圈的电流频率为 1 kHz、大小为 1 A。

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    两个单匝线圈的排布方式。

    我们利用单匝线圈的特点来模拟一个直流状态的线圈排布。由于初级线圈中的电流是恒定的(直流),它不能产生变化的磁场。因此,通过次级线圈的磁通量不会发生改变,这意味着不会在次级线圈中诱导产生电压。然而,通过分析总磁通,并将它与解析结果相比较,您仍然可以计算互感。然后,将该模型模拟为交流状态,以计算在次级线圈中产生的感应电流。

    仿真结果给出了这种线圈的直流磁场分布,以及计算出的互感。

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    图中显示了直流模型的磁通量密度。

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    在开路(左图)和闭路(右图)单匝线圈中的感生电流。

    从结果中,你可以分析交流模式下的感应电流和直流模式下的电感之间的关系。

    一个多匝线圈和一个单匝线圈的互感

    我们可以继续用类似的线圈装置来模拟两种不同的变化。在这个例子中,初级电路是相同的单匝线圈,但次级线圈是一个二十匝线圈。我们可以计算这种模型在开放式和闭合式电路情况下的互感。

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    一个初级单匝线圈和一个次级二十匝线圈的排布方式。

    对于这类多匝线圈示例,初级线圈利用单匝线圈的特性来建模,用作激励线圈。次级线圈以多匝线圈的特性来建模。在模拟次级线圈的匝数时使用均相的方法。

    我们分别绘制了开放式和封闭式电路的磁通线,并计算了次级线圈两端的电压,从而可以利用这一物理量来找出互感。

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    618fb443f4bd6241a9e9d8e4b2e6dbfb.png

    在开路(左图)和闭路(右图)多匝线圈中的磁通量。

    同样排布方式的线圈也可以被建模,从而保证每个线圈的每一匝都被明确地建模。对于线圈组示例,初级线圈是利用单匝线圈的功能来建模。次级线圈也是利用单匝线圈的特性建模,但会增加一个附加的线圈组设置。这一设置的作用是,保证流过每匝线圈的电流相同,并计算出总线圈电压,从而找到互感。

    通过增加附加设置得到的电压,由此估算出的互感,与分析数据吻合得很好。

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    线圈组的磁通线(左)和感生电流(右)。

    COMSOL Multiphysics 提供了一种简便的方式来计算多种不同的排列方式的电路的互感。想象将这一功能应用到您自己的模拟中的可能性。

    可供下载的教程

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  • STM32采集电流互感器(电流互感器模块)数据

    1. 电流互感器简介
    在发电、变电、输电、配电和用电的线路中电流大小悬殊,从几安到几万安都有。为便于测量、保护和控制需要转换为比较统一的电流,另外线路上的电压一般都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到电流变换和电气隔离作用。

    2. 电流互感器模块
    电流互感器模块可以将交流电信号转换为电压信号,此时就能用stm32的ADC采集模块输出的AD信号。

    (1)模块介绍
    模块搭载ZMCT103c系列小型高精度电流互感器以及高精度运放电路,对信号做精确采样和适当补偿等功能。方便对5A以内的交流电进行信号采集。对应输出模拟交流信号可以调节,可根据电位器(调节放大比例,放大范围0-100倍)来调节所需输出电压,但是输出端(OUT)的最大电压不会超出1/2vCCo
    在这里插入图片描述
    (2)引脚说明
    在这里插入图片描述
    3. STM32采集电流互感器模块数据

    此处需要注意的问题是在用STM32采集时如果无交流电通过线圈,STM32的AD接到OUT引脚相当于悬空状态,此时会AD会返回一个STM32悬空的AD值,所以在实际使用时需要在OUT和GND之间加一个下拉电阻:
    在这里插入图片描述

    ADC配置代码如下:

     #include "adc.h"
     #include "delay.h"
    															   
    void  Adc_Init(void)
    { 	
    	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1, ENABLE );	 
    	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  
    	
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
                          
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
      GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;	
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
    
    	ADC_DeInit(ADC1); 
    
    	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	
    	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	
    	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	 
    	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	
    	
    	ADC_ResetCalibration(ADC1);	
    	 
    	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	
    	
    	ADC_StartCalibration(ADC1);	 
     
    	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	 	
    
    }				  
    
    u16 Get_Adc(u8 ch)   
    {
      
    	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );				    
      
    	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		
    	 
    	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));
    
    	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	
    }
    
    u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
    {
    	u32 temp_val=0;
    	u8 t;
    	for(t=0;t<times;t++)
    	{
    		temp_val+=Get_Adc(ch);
    		delay_ms(5);
    	}
    	return temp_val/times;
    } 	 
    

    主函数采集通过串口发送数据到上位机:

    #include "led.h"
    #include "delay.h"
    #include "sys.h"
    #include "usart.h"	  
    #include "adc.h"
    #include "common.h"
    #include "usart2.h"
    #include "usart3.h"
    #include <string.h>
     
    u8 mp3_set1[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x06,0xB9};
    u8 mp3_set2[7]={0xAA,0x07,0x02,0x00,0x05,0xB8};
     
     int main(void)
     {	 
        u16 adcx;
    	u8 re = 0;
    	 
    	delay_init();	      
        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
    	Adc_Init();	//ADC初始化	  		
    	usart2_init(9600);//串口2初始化
    	delay_ms(200);
     
    	while(1)
    	{
    			adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_0,10);//ADC通道0采集电流互感器的输出值
    			u2_printf("%d\r\n",adcx);//通过串口发送出去			
    	}
    }
    

    实物图如下,用电风扇线作为测试,串口观察输出:
    在这里插入图片描述
    在风扇断电状态下输出为0:
    在这里插入图片描述
    在电风扇开启状态下便可采集到电流互感器模块的输出:
    在这里插入图片描述

    代码工程链接:https://pan.baidu.com/s/1Pdcm7M7UqIl-YyeDvcFCSA
    提取码:nigw

    展开全文
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    2022-05-02 10:15:18
    互感还有电隔离和阻抗变换器的作用。 二、同名端和互感电压的方向 磁场增强还是消弱取决于线圈的绕制方向和电流方向。 实际中互感一般都封存起来,看不到线圈绕制方向。 为了仍然可以判定磁场增强还是消弱,就需要...
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    千次阅读 2022-03-01 01:32:28
    我们知道,采样电流信号最简单的方法就是通过采样电阻将电流信号转换为电压信号,然后再进行放大、采样即可。直流信号一般都可以这样处理,但是对于电流互感器出来的交流信号,不能直接输入到单极性的A...

空空如也

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互感作用