電流測量涉及多種傳感器技術(shù)，從傳統(tǒng)的電流互感器到最新的DC-CT?磁通技術(shù)，每種方案都能應(yīng)對不同的測量挑戰(zhàn)。本文將對比各類技術(shù)的優(yōu)缺點、成本及應(yīng)用場景。

主要電流傳感器類型

· 電流互感器

· DC-CT? Plati?e磁通技術(shù)

· 磁通門/零磁通技術(shù)

· 開環(huán)霍爾效應(yīng)

· 閉環(huán)霍爾效應(yīng)

· 光纖電流傳感器

· 分流電阻

· 羅氏線圈

電流互感器(Current Transformers)

電流變壓器的主要功能是將非常高的交流電流分配或“降壓”到較低的水平，以確保安全和便于測量。它們并不將電流改變?yōu)槠渌问?，而是簡單地將其分割。它們的降壓輸出會傳送到安培計等儀器進(jìn)行監(jiān)控，也可用于繼電器和其他系統(tǒng)以保護(hù)電力系統(tǒng)。

電流互感器的工作原理

電流變壓器(CT)通過電磁感應(yīng)原理工作。變壓器中的電流變化會在另一線圈中感應(yīng)出電壓，變化的磁通量使得這一過程得以實現(xiàn)。電流變壓器具有單匝的初級繞組，通常稱為“條形初級”，承載全電流。

次級繞組(B)有許多匝，其輸出為電流的分割。初級與次級繞組的比率決定了在次級輸出(A)處測量的輸出電平。

電流互感器以高精度和線性著稱，適用于其設(shè)計處理的測量范圍，因此在發(fā)電和傳輸應(yīng)用中被廣泛使用。它們提供電氣隔離，通常用于涉及非常高電流的應(yīng)用中。

電流互感器有固體核心和分裂核心兩種形式。固體核心呈環(huán)形“甜甜圈”狀，意味著在通過核心之前，母線必須斷電。在某些應(yīng)用中，這并不現(xiàn)實，分裂核心的CT可以打開。

便宜的鐵芯夾具也是電流變壓器的另一個例子。它們基于相同的原理，因此只能測量交流電(AAC)。

電流互感器的關(guān)鍵點：

· 可以處理非常高的電流

·提供電氣隔離輸出

·處理交流電(AAC)

·提供的是原始電流的分割輸出

·用于安全目的和便于測量

磁通門電流傳感器

磁通門電流傳感器利用磁通調(diào)制原理來測量電流。它們的磁芯由高磁導(dǎo)率材料(如鎳鐵合金)制成。

磁芯通常呈環(huán)形，初級繞組纏繞在磁芯上。通過初級繞組的電流會在磁芯中感應(yīng)出一個磁場。

一個激勵線圈也纏繞在磁芯周圍，并施加交流電(AC)。交流電產(chǎn)生的磁場會周期性地使磁芯飽和和去磁，從而在磁芯內(nèi)部引發(fā)調(diào)制。這種調(diào)制在次級繞組中誘導(dǎo)出交變電壓。反饋線圈為激勵線圈提供反饋。

磁通門傳感器的輸出是對初級電流的低失真、準(zhǔn)確的表示。輸出信號通常是低電壓交變信號，可以進(jìn)一步處理或轉(zhuǎn)換用于測量和控制系統(tǒng)。

磁通門電流傳感器具有高精度，通常用于需要精確電流測量的應(yīng)用中。

霍爾效應(yīng)電流傳感器

霍爾效應(yīng)電流傳感器利用霍爾效應(yīng)，在磁場的存在下，沿導(dǎo)體電流流動方向垂直產(chǎn)生電壓。

霍爾效應(yīng)指的是在電導(dǎo)體中產(chǎn)生電壓差(稱為霍爾電壓)。該電壓是與通過導(dǎo)體的電流和施加的磁場(也垂直于電流)之間的關(guān)系。該效應(yīng)由艾德溫·霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)。

霍爾效應(yīng)電流傳感器是無接觸的，提供電流源與其輸出之間的電氣隔離。它們通常用于隔離非常重要的應(yīng)用中。

目前有開環(huán)和閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器。開環(huán)霍爾效應(yīng)傳感器提供與磁場強度成比例的輸出電壓或電流。這個輸出沒有被主動控制或補償，因此可能受環(huán)境溫度和老化效應(yīng)的影響。

閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器

閉環(huán)霍爾效應(yīng)電流傳感器融合了反饋機制，主動控制霍爾傳感器的輸出。這個反饋回路根據(jù)磁場變化調(diào)整輸出，補償溫度等環(huán)境因素，從而提供更穩(wěn)定和準(zhǔn)確的測量。

由于相對復(fù)雜，閉環(huán)傳感器的成本通常高于開環(huán)電流傳感器。但當(dāng)高精度和穩(wěn)定性重要時，閉環(huán)傳感器是更好的選擇。

Rogowski線圈電流傳感器

Rogowski線圈是靈活的空氣核心線圈，環(huán)繞在載流導(dǎo)體周圍。它們產(chǎn)生與電流變化率成比例的電壓。Rogowski線圈的原理涉及檢測電流隨時間變化的速率，在測量快速變化或動態(tài)電流(如交流電路中的電流)時效果最佳。它們不適用于直流應(yīng)用。

Rogowski線圈在物理上靈活且重量輕，測量環(huán)的周長有多種選擇。其設(shè)計使得在現(xiàn)有導(dǎo)體周圍連接變得容易。

分流電阻電流傳感器

分流電阻與電路中的負(fù)載串聯(lián)連接。負(fù)載通常是初級電路，分流電阻為電流流動提供了一條并聯(lián)路徑。根據(jù)歐姆定律，流過分流電阻的電流會產(chǎn)生與電流成比例的電壓降。

分流電阻的設(shè)計具有相對較低的阻值，以最小化其上的電壓降。這確保了對原電路影響最小，并且測量準(zhǔn)確。

分流電阻適用于高電流和低電流應(yīng)用，既可用于交流系統(tǒng)，也可用于直流系統(tǒng)。分流電阻廣泛應(yīng)用于安培計、電池管理系統(tǒng)、電源、馬達(dá)控制系統(tǒng)及成千上萬的其他應(yīng)用中。

光纖電流傳感器

光纖電流傳感器利用法拉第效應(yīng)，光通過光纖環(huán)路時，其偏振狀態(tài)會因電流誘導(dǎo)的磁場而發(fā)生變化。光纖傳感器的核心包含對磁場變化敏感的磁光材料。

光纖電流傳感器通常應(yīng)用于高壓和高功率領(lǐng)域，如電力分配系統(tǒng)和電氣變電站，在這些環(huán)境中，電氣隔離和準(zhǔn)確的電流測量至關(guān)重要。它們在高電磁干擾環(huán)境中提供了安全性、可靠性和性能方面的優(yōu)勢。

選擇電流傳感器取決于特定的應(yīng)用需求。電流變壓器適用于高電流交流測量。Dewesoft的DC-CT?適合高端交流和直流測量。霍爾效應(yīng)傳感器提供多樣性，而像光纖這樣的專業(yè)傳感器適用于高壓環(huán)境。

成本各不相同，傳統(tǒng)方法如電流變壓器和分流電阻相對經(jīng)濟，而高精度傳感器如磁通、電纖和霍爾效應(yīng)傳感器則更為昂貴。