电流互感器二次侧为什么不能开路？
|
电流互感器，其工作原理和普通变压器的工作原理基本相同，都是基于电磁感应定律而工作。虽然工作原理相同，但它们在实际工作中依然有一定的区别。而最大的特点就在于，电流互感器在正常运行时，其二次侧严禁开路。那么，这是为什么呢?
为了便于理解电流互感器二次侧为什么严禁开路，在这里我先来给大家简单讲解一下电磁感应定律。 一、电磁感应定律的理解 给一个导线通以电流，它就会产生磁场，将导线绕起来，就成为了电感线圈，如下图1-1所示。电感线圈和导线的区别在于，线圈产生的磁场比较强。我们可以这样理解，把线圈中的每一圈看作一根导线，那么绕有N匝的线圈就相当于有N根导线放到一起，所以一个线圈产生的磁场就相当于N根导线磁场的合成。
图1-1 另外，如果让线圈穿过铁芯，由于铁芯处于线圈磁场中被磁化(此时铁芯产生了另一个附加磁场)，就能获得一个更强的磁场，这个磁场是由线圈本身电流所激发的磁场与铁芯被磁化所产生的磁场叠加合成的。 尽管通电线圈能产生磁场，但这并不能说明线圈两端就存在了电压。在忽略线圈电阻的情况下，想要线圈两端产生电压，办法很简单，那就是改变线圈的磁通，不管线圈一开始否存在磁场。所谓改变线圈磁通，简单来说，就是改变穿过线圈中心的磁场。
图1-2 如上图1-2所示，现有一个线圈，由于没有通电，所以它本身没有磁场，此时线圈磁通为零。若拿一个条形磁铁靠近并穿过线圈，由于条形磁铁周围存在磁场，当磁铁穿过线圈时，就相当于有磁场穿过线圈，线圈的磁通从零开始增大。此时由于线圈的磁通发生变化，所以线圈两端就会产生电压，若线圈与外电路接通，就会产生感应电流。 既然改变线圈的磁通可以产生电压，那么这个电压到底有多大呢?这个问题的答案，法拉第和他的学生已经告诉我们了，没错，答案就是法拉第电磁感应定律。
图1-3 如图1-3所示，根据法拉第电磁感应定律，线圈两端所产生的感应电压(或感应电动势)与线圈的匝数成正比，与穿过线圈的磁通变化率成正比。也许图1-3的公式你看不懂，但这并不妨碍你们看懂我的文字解释。 首先，感应电压(或感应电动势)与线圈的匝数成正比。这句话我们可以这样理解：穿过一匝线圈的磁通发生变化，那么这匝线圈两端就会产生感应电压u1，当有N匝线圈，此时整个线圈两端产生的总感应电压就相当于N匝线圈各自感应电压的相加，即N个u1相加为N×u1。显然，匝数也多，总电压就越大。 其次，感应电压(或感应电动势)与穿过线圈的磁通变化率成正比。这里说的是磁通变化率，所谓变化率，即变化的快慢，有变化才有快慢。显然，当磁通不变时，其变化率就为零，此时线圈两端也就没有感应电压。反之，若磁通变化非常快时，线圈两端的感应电压就会非常大。 以上，感应电压有时候又用感应电动势表示，两者的区别仅在于正方向的不同，即电压的方向和电动势的方向相反，在公式中就表示为负号“-”。 知道了电磁感应定律后，我们再回到电流互感器的工作原理。 二、电流互感器的工作原理 由于电流互感器与变压器工作原理基本相同，但运行状态不同，为了便于理解，我们先来简单理解普通变压器工作原理。如下图1-5所示为变压器工作原理图。
图1-5 上文提到，线圈两端的感应电压正比于磁通变化率，但在变压器中，其一次电压(有效值)是固定的，基于电压守恒(基尔霍夫电压定律)，显然一次线圈的感应电压也是固定的，在忽略损耗的情况下，感应电压就等于一次电压。 由于感应电压固定，这就造成磁通变化率(包括磁通的振幅和频率)也是固定的。换言之，磁通变化率由一次电压决定，这里的磁通就是主磁通。另外，当变压器空载时(二次电流为零)，铁芯中这个变化的磁通仅一次电流产生的，这里的一次电流就是励磁电流，用于激励主磁通。 |
