利用环形磁芯实现电源电流互感器的应用方案

电流互感器测量电流或将能量从一个电路传递到另一电路，因此其设计需要与相应电压互感器的计算不同。造成这种差异的原因是，由电流互感器磁化的电流是负载电流本身。
当电压互感器不同时，磁化电流“独立”。从负载电流开始，它的值只是满载时总电流的一小部分。
我们希望有一个电流源向负载（例如白炽灯，稳压器或齐纳二极管）提供电流IL，以产生初级线圈电流IP（图1）。我们处理电流源，因此如果负载消耗电流，则负载电压由负载本身设置。
设计电流互感器时，我们需要了解其磁芯的形状，尺寸和材料，以及要使用的匝数。选择环形磁芯是因为它具有最低的损耗，并在初级绕组和次级绕组之间提供了合适的磁通耦合（如果匝数足够大，可以覆盖磁芯的大部分表面）。
根据安培定律，当电流IP流经NP匝的绕组时（图2），将根据磁场线IM的长度生成磁场，可以用微分方程表示：dIp×Np = H×dIM（1）假设使用环形磁芯，将整个磁力线的长度积分，得到：Ip×Np = H×IM（2）其中，IM是磁芯的中线长度对于环形磁芯，磁力线为：IM =π×DMED =π×（DOUT + DINN）/ 2（3）其中，DMED为中值直径； DOUT是环形磁芯的外径； DINN是环形磁芯的内径。磁场H在密度B的核心中产生磁通量。
磁通量密度取决于核材料的相对磁导率μR；磁通密度取决于核材料的相对磁导率。其中，B =μR×μ0×H； μ0=4π10-7（H / m =真空渗透率）Ip×Np = B /（μR×μO）×IM因此，公式2可以重写为：Ip×Np = B /（μR×μO）×IM（ 4）以最低的损耗来传输能量，并且在继续进行能量传输时，磁芯不应产生过多的损耗。
换句话说，它不能饱和。因此，核磁通密度B不应超过饱和密度值BSAT。
另外，产生BSAT的一次侧电流IP始终应低于某个最大值IPMAX。因此，公式4可以改写为：IPMAX×Np = BSAT /（μR×μO）×IM（5）考虑到我们正在处理一个恒定电流，可以将其视为IPMAX。
因此，我们既可以为NP指定一个值（尽可能覆盖核的表面）并计算IM，然后计算核大小DMED。或选择一个原子核并得出适当的NP。
像μR一样，BSAT也可以在核数据手册中找到。我们不在乎核的横截面积。
因此，我们可以使用任何厚度的核，我们只关心核的直径。在描述电流互感器的工作关系的公式中：Ip×Np = IL×Ns，存在矛盾。
其中，Ns =次级绕组的匝数。 Ip是固定的，因此次级侧的负载电流也是固定的：IL = Ip×（Np / Ns）（6）这意味着，如果次级绕组的匝数减少，我们可以获得更大的次级电流。
也就是说，如果我们必须用电流水平为一半的产品替换次级侧的电灯泡（ElectricBulb），则应从次级绕组中减去几匝。此外，如果使用该变压器提供某些电路原理图（ElectronicSchematic）布局，则应了解其消耗的电流IL，并在次级侧缠绕适当的匝数，这可以通过公式7得出。
如果次级感应电压高于允许值，则合理的齐纳二极管应能够保护原理图免受过压影响。因此，当给定NP时，使用等式5，我们可以轻松地获得铁芯尺寸，或确定在中性长度为1M的给定铁芯上将缠绕多少匝初级绕组NP。
例如，如果电流源为负载产生1.2A的Ip，并且我们必须点亮1.7A的白炽灯，则需要为此设计重新设计新的变压器。 Np =（BSAT /μR×μ0）×lM / IPMAX = 0.28 /（4π10-7×3000）×29.5×10-3 / 1.2 = 5.736匝首先，我们应该获得一个适合应用的磁芯。
假设它是一个36×23×8mm的环形核，其DMED = 29.5mm。假设岩心的相对磁导率为3,000，而BSAT = 0.28T。
我们知道lM =π×DMED。因此，根据公式5，我们可以轻松确定初级侧的允许匝数NP。
因此，Np ＝（BSAT /μR×μ0）×1M / IPMAX ＝ 0.28 /（4π10-7×3000）×29。