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選型達(dá)人必備:電流傳感器/互感器的原理

發(fā)布時(shí)間:2015-10-07 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】電流傳感器/互感器一般用于實(shí)現(xiàn)隔離功能,或者把大電流轉(zhuǎn)換為同頻同相小電流,更加便于測(cè)量。根據(jù)電流傳感器/互感器不同的原理,電流傳感器/互感器通常有磁通門(mén)、電磁感應(yīng)原理、霍爾效應(yīng)等幾種技術(shù)種類。

一、電流互感器

電流互感器類似于一個(gè)初級(jí)匝數(shù)很少,次級(jí)匝數(shù)較多的變壓器。理想情況下初次級(jí)電流之比與匝數(shù)比成反比,電流變換比例以初次級(jí)額定電流標(biāo)注,例如“300A/5A”,表示被測(cè)電流為額定值300A時(shí)輸出電流為5A。由于初次級(jí)線圈均存在漏感和電阻,以及勵(lì)磁電流、鐵芯磁化曲線非線性,會(huì)導(dǎo)致互感器產(chǎn)生比值誤差和相位誤差。用于計(jì)量計(jì)費(fèi)的互感器準(zhǔn)確度一般為0.1~1級(jí)。由互感器原理可知,它是不能測(cè)量直流電流的,通常設(shè)計(jì)為工頻測(cè)量,準(zhǔn)確度為工頻下的參數(shù),帶寬較窄,不適合用于諧波分析和非正弦測(cè)量。使用電流互感器一定注意不能將次級(jí)開(kāi)路,否則將會(huì)產(chǎn)生高壓危及人身和設(shè)備安全。

二、電流鉗

電流鉗內(nèi)的鐵芯分成兩部分,避免斷開(kāi)被測(cè)回路,非常便于測(cè)量且使用很廣泛。有基于電磁感應(yīng)原理和霍爾效應(yīng)兩種類型。

基于電磁感應(yīng)原理的電流鉗與互感器一樣,鐵芯被分成兩部分,閉合時(shí)兩部分鐵芯需要緊密結(jié)合,有些電流鉗次級(jí)連接了電阻輸出為電壓信號(hào),沒(méi)有內(nèi)部電阻的輸出為電流信號(hào)。受到兩部分鐵芯閉合程度的影響,電流鉗精度通常比互感器差。同樣地基于電磁感應(yīng)的電流鉗也只能測(cè)量交流。

基于霍爾效應(yīng)的電流鉗在鐵芯中加工一個(gè)氣隙放置霍爾元件。利用霍爾元件測(cè)量氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度,根據(jù)控制方式不同,有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種類型。開(kāi)環(huán)霍爾型使用線性度較好的霍爾元件,霍爾元件輸出電壓正比于被測(cè)電流。閉環(huán)霍爾型使用零磁通技術(shù),鐵芯上有補(bǔ)償線圈。當(dāng)初級(jí)有被測(cè)電流在鐵芯中產(chǎn)生磁通時(shí),霍爾元件檢測(cè)鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度,通過(guò)負(fù)反饋將此誤差電壓轉(zhuǎn)換為電流驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線圈,抵消鐵芯中的磁通,最終被測(cè)電流與補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁通量大小一致方向相反,通過(guò)測(cè)量補(bǔ)償線圈的電流即可按照匝數(shù)比換算出被測(cè)電流。

開(kāi)環(huán)和閉環(huán)霍爾型電流鉗都可以測(cè)量直流和交流。開(kāi)環(huán)霍爾受鐵芯非線性和霍爾元件溫度特性等影響,精度和線性度都較差,但成本低。閉環(huán)霍爾對(duì)霍爾元件的線性度依賴較小,鐵芯工作在零磁通下,因此精度比開(kāi)環(huán)的高。但是電流鉗存在活動(dòng)鐵芯閉合程度不理想問(wèn)題,幾乎沒(méi)有等于優(yōu)于0.1%的,能夠做到1%已經(jīng)是很高的指標(biāo)?;魻栐枰峁┕ぷ麟妷?,因此這兩種電流鉗都要供電,閉環(huán)霍爾需要驅(qū)動(dòng)補(bǔ)償線圈耗電更大。

三、閉口式電流傳感器

通常與霍爾型電流鉗一樣,也有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)霍爾兩種類型,輸出為電流或電壓信號(hào)。由于閉口形式,比相同類型的電流鉗精度高。

另外有利用磁通門(mén)技術(shù)的電流傳感器,精度優(yōu)于0.05%,甚至達(dá)到12ppm,但是這種類型傳感器非常昂貴并且很脆弱。在使用中一旦未給傳感器供電情況下,通有被測(cè)電流,會(huì)造成傳感器損壞。

四、電流傳感器/互感器與功率分析儀連接

PA5000功率分析儀電流測(cè)量有直接輸入和傳感器輸入兩組端口,當(dāng)使用的傳感器/互感器輸出為電流信號(hào)時(shí),接入到PA5000的電流直接輸入端口,根據(jù)所用傳感器/互感器正確設(shè)置PA的“CT”比例系數(shù),如300A/5A,則CT=300A/5A=60。

當(dāng)使用的電流傳感器/電流互感器輸出為電壓信號(hào)時(shí),接入到PA5000的外部傳感器端口(BNC接口),根據(jù)所用傳感器/互感器正確設(shè)置PA的“傳感器比率”,單位為mV/A,如電流鉗參數(shù)為1000A轉(zhuǎn)換為1V,則傳感器比率設(shè)為1mV/A。

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