44.交流电流-电压变换器的设计

交流电流-电压变换器常用于交流电子式过电流脱扣器的信号检测环节。它是一只二次接有固定低负载电阻的电流互感器。由于二次侧所接设备（如电子脱扣器）的输入阻抗很高，消耗功率极小，所以变换器二次侧的输出电压始终正比于一次侧的电流值。

（1）计算公式

①二次绕组匝数计算。当电流-电压变换器采用穿心式结构时，一次绕组匝数取W1=1匝，二次绕组为

式中　I1，I2——变换器一次和二次电流（A），当用于断路器时，I1为断路器的额定电流；I2一般可取100mA。

②二次绕组导线的选择。二次绕组导线线径按下式计算：

式中　d——二次绕组导线线径，mm；

　 j——电流密度（A/mm2），铜导线取2～5A/mm2，瞬态通电可取3～7A/mm2。

③铁芯窗口面积的选择。铁芯窗口面积按下式计算：

式中　Qc——铁芯窗口面积，mm2；

　Qc1——一次母线所占窗口面积，mm2；

　Qc2——二次绕组及绝缘所占窗口面积，mm2；

　 KT——绕组填充系数，方形骨架线圈取0.3～0.35；卷绕铁芯线圈取0.2～0.25；

　　q——二次绕组导线截面积（mm2），。

④二次绕组电阻和外接低负载电阻计算。二次绕组及外接低负载电阻按下式计算：

式中 　R2——二次绕组电阻，Ω；

　　ρ——二次绕组导线电阻率，铜导线为0.017Ω·mm2/m；

　　 l——二次绕组总长度（m），可根据铁芯窗口截面积和二次绕组匝数估算出来；

　 Rz——外接低负载电阻阻值，Ω；

　PRz——电阻Rz的功率，W；

　　U——输出电压（V），一般输入额定电流时，U取15V，以确保I2调低时仍能取得足够大的信号电压。

⑤铁芯截面积选择。

式中　 S——铁芯截面积，cm2；

　 k1——电流整定值对断路器额定电流的最大倍数，可取k1=20；

　Bm——饱和点磁通密度（T），冷轧硅钢片取1.8T。

（2）实例

试设计一只电流-电压变换器，用于额定电流为1000A断路器的过流脱扣器上，采用穿心式结构，一次穿过的铜母排为60mm×10mm。

解　①二次绕组匝数计算。电子式过电流脱扣器电子线路所取用的电流一般不大于1mA，取I2=0.1A，安全能满足电流-电压转换比例的精确度。

②二次绕组导线的选择。取电流密度j=2.5A/mm2，则导线直径为

选择QZ漆包线ϕ0.23mm，截面积为q=0.04155mm2。

③铁芯窗口面积的选择。线圈采用叠片式铁芯及方形骨架，如图3-24所示。

根据母排尺寸，取C=61mm，考虑到断路器相间距离，取a=12mm，并暂估算叠片厚度b=26mm。

④二次绕组电阻和外接低负载电阻计算。二次绕组平均长度为

式中　B——绕组厚度，可由（Qc2/C）/2近似算出。

即

　取B=0.01m。

二次绕组总长度l=lpW2=0.116×10000=1160（m）

可选用3～5W、150Ω的电阻。

⑤铁芯截面积为

复算：，符合要求。