當一線圈中的電流發生變化時,在臨近的另一線圈中產生感應電動勢,叫做互感現象。互感現象是一種常見的電磁感應現象,不僅發生于繞在同一鐵芯上的兩個線圈之間,而且也可以發生于任何兩個相互靠近的電路之間
基本原理
它的基本原理就是磁的耦合。
無論在何處,只要存在兩個電流回路,就會有互感。一個回路的電流產生一個磁場,而該磁場會影響第二個回路。兩個回路相互作用,其相互作用的系數隨距離的增加快速地減小。兩個回路之間相互作用的系數稱為它們的互感,單位是亨利(H),或伏-秒/安培。兩個電路之間的互感耦合相當于一個連接在電路A和電路B之間的微小變壓器。無論何處,對于兩個相鄰電流回路的相互作用,可以看成是一個變壓器的初級和次級,從面得到互感。
應用
互感現象在電子和電子技術中應用很廣,通過互感,線圈可以使能量或信號由一個線圈很方便的傳遞到另外一個線圈。利用互感現象原理我們可以制成變壓器,感應圈等。但是自感在某些情況下也會帶來不利的影響,在這種情況下我們應該設法減少互感的耦合。
互感器是一種特殊變壓器,廣泛用于配電裝置的交流電工測量和繼電保護中。互感器分為兩大類:一類為電流互感器也叫儀用變流器,用途是將交流大電流變換為標準的小電流(5安培或1安培),供電給測量儀表和保護裝置的電流線圈;另一類是電壓互感器也叫儀用變壓器,用途是將交流高電壓變換為標準的低電壓。
電壓互感器的作用是:把高電壓按比例關系變換成100V或更低等級的標準二次電壓,供保護、計量、儀表裝置使用。同時,使用電壓互感器可以將高電壓與電氣工作人員隔離。電壓互感器雖然也是按照電磁感應原理工作的設備,但它的電磁結構關系與電流互感器相比正好相反。電壓互感器二次回路是高阻抗回路,二次電流的大小由回路的阻抗決定。當二次負載阻抗減小時,二次電流增大,使得一次電流自動增大一個分量來滿足一、二次側之間的電磁平衡關系。可以說,電壓互感器是一個被限定結構和使用形式的特殊變壓器。
電壓互感器是發電廠、變電所等輸電和供電系統不可缺少的一種電器。
精密電壓互感器是電測試驗室中用來擴大量限,測量電壓、功率和電能的一種儀器。
電壓互感器和變壓器很相象,都是用來變換線路上的電壓。但是變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能,因此容量很大,一般都是以千伏安或兆伏安為計算單位;而電壓互感器變換電壓的目的,主要是給測量儀表和繼電保護裝置供電,用來測量線路的電壓、功率和電能,或者用來在線路發生故障時保護線路中的貴重設備、電機和變壓器,因此電壓互感器的容量很小,一般都只有幾伏安、幾十伏安,最大也不超過一千伏安。
線路上為什么需要變換電壓呢?這是因為根據發電、輸電和用電的不同情況線路上的電壓大小不一,而且相差懸殊,有的是低壓220V和380V,有的是高壓幾萬伏甚至幾十萬伏。要直接測量這些低壓和高壓電壓,就需要根據線路電壓的大小,制作相應的低壓和高壓的電壓表和其他儀表和繼電器。這樣不僅會給儀表制作帶來很大的困難,而且更主要的是,要直接制作高壓儀表,直接在高壓線路上測量電壓。那是不可能的,而且也是絕對不允許的。
如果在線路上接入電壓互感器變換電壓,那么就可以把線路上的低壓和高壓電壓,按相應的比例,統一變換為一種或幾種低壓電壓,只要用一種或幾種電壓規格的儀表和繼電器,例如通用的電壓為100V的儀表,就可以通過電壓互感器,測量和監視線路上的電壓。
電流互感器的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流,用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器,可以把實際為400A的電流轉變為5A的電流。
安在開關柜內,是為了要接電流表之類的儀表和繼電保護用。
每個儀表不可能接在實際值很大的導線或母線上,所以要通過互感器將其轉換為數值較小的二次值,在通過變比來反映一次的實際值。
電流互感器 工作原理、等值電路與一般變壓器相同,只是其原邊繞組串聯在被測電路中,且匝數很少;副邊繞組接電流表、繼電器電流線圈等低阻抗負載,近似短路。原邊電流(即被測電流)和副邊電流取決于被測線路的負載,與電流互感器副邊負載無關。電流互感器運行時,副邊不允許開路。因為在這種情況下,原邊電流均成為勵磁電流,將導致磁通和副邊電壓大大超過正常值而危及人身及設備安全。因此,電流互感器副邊回路中不允許接熔斷器,也不允許在運行時未經旁路就拆卸電流表及繼電器等設備。
電流互感器的特點是:
(1)一次線圈串聯在電路中,并且匝數很少,因此,一次線圈中的電流完全取決于被測電路的負荷電流.而與二次電流無關;
(2)電流互感器二次線圈所接儀表和繼電器的電流線圈阻抗都很小,所以正常情況下,電流互感器在近于短路狀態下運行。
電流互感器一、二次額定電流之比,稱為電流互感器的額定互感比:kn=I1n/I2n
因為一次線圈額定電流I1n己標準化,二次線圈額定電流I2n統一為5(1或0.5)安,所以電流互感器額定互感比亦已標準化。kn還可以近似地表示為互感器一、二次線圈的匝數比,即kn≈kN=N1/N2式中N1、N2為一、二線圈的匝數。
電流互感器的作用就是用于測量比較大的電流。
互感線圈的串聯電路
由于同名端的存在,具有互感的兩個線圈串聯的電路,就有兩種接法: 即一種是順向串聯,如圖(a)所示,另一種是反向串聯,如圖(b)所示。
如圖(a)所示。把兩線圈的異名端相連,此時兩個線圈流過同一電流,且電流都是由線圈的同名端流入(或流出),這種連接方式稱為順向串聯。
串聯后電路兩端總電壓為
圖(b)所示為反向串聯,其電流都是由線圈的異名端流入(或流出),當電流與電壓參考方向如圖所示時,則在正弦交流電路就有
串聯后電路兩端總電壓為
其中
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