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电流传感器和互感器选型基础知识

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  • 更新时间:2017-9-26 11:32:28
  • 出自:中国工控网

经常有客户说需要一个0.1%精度的电流钳,但是很遗憾目前没有这么高精度的电流钳。下面我们了解一下电流传感器/互感器的知识,便于大家选型。


  通常的电流传感器/互感器是把大电流转换为同频同相的小电流以便于测量或实现隔离。根据不同的变换原理,一般有基于电磁感应原理、霍尔效应、磁通门这几种技术的电流传感器/互感器。


  一、电流互感器


  电流互感器类似于一个初级匝数很少,次级匝数较多的变压器。理想情况下初次级电流之比与匝数比成反比,电流变换比例以初次级额定电流标注,例如“300A/5A”,表示被测电流为额定值300A时输出电流为5A。由于初次级线圈均存在漏感和电阻,以及励磁电流、铁芯磁化曲线非线性,会导致互感器产生比值误差和相位误差。用于计量计费的互感器准确度一般为0.1~1级。由互感器原理可知,它是不能测量直流电流的,通常设计为工频测量,准确度为工频下的参数,带宽较窄,不适合用于谐波分析和非正弦测量。使用电流互感器一定注意不能将次级开路,否则将会产生高压危及人身和设备安全。


  二、电流钳


  电流钳内的铁芯分成两部分,避免断开被测回路,非常便于测量且使用很广泛。有基于电磁感应原理和霍尔效应两种类型。


  基于电磁感应原理的电流钳与互感器一样,铁芯被分成两部分,闭合时两部分铁芯需要紧密结合,有些电流钳次级连接了电阻输出为电压信号,没有内部电阻的输出为电流信号。受到两部分铁芯闭合程度的影响,电流钳精度通常比互感器差。同样地基于电磁感应的电流钳也只能测量交流。


  基于霍尔效应的电流钳在铁芯中加工一个气隙放置霍尔元件。利用霍尔元件测量气隙中的磁感应强度,根据控制方式不同,有开环和闭环两种类型。开环霍尔型使用线性度较好的霍尔元件,霍尔元件输出电压正比于被测电流。闭环霍尔型使用零磁通技术,铁芯上有补偿线圈。当初级有被测电流在铁芯中产生磁通时,霍尔元件检测铁芯中的磁感应强度,通过负反馈将此误差电压转换为电流驱动补偿线圈,抵消铁芯中的磁通,最终被测电流与补偿线圈产生的磁通量大小一致方向相反,通过测量补偿线圈的电流即可按照匝数比换算出被测电流。


  开环和闭环霍尔型电流钳都可以测量直流和交流。开环霍尔受铁芯非线性和霍尔元件温度特性等影响,精度和线性度都较差,但成本低。闭环霍尔对霍尔元件的线性度依赖较小,铁芯工作在零磁通下,因此精度比开环的高。但是电流钳存在活动铁芯闭合程度不理想问题,几乎没有等于优于0.1%的,能够做到1%已经是很高的指标。霍尔元件需要提供工作电压,因此这两种电流钳都要供电,闭环霍尔需要驱动补偿线圈耗电更大。


  三、闭口式电流传感器


  通常与霍尔型电流钳一样,也有开环和闭环霍尔两种类型,输出为电流或电压信号。由于闭口形式,比相同类型的电流钳精度高。


  另外有利用磁通门技术的电流传感器,精度优于0.05%,甚至达到12ppm,但是这种类型传感器非常昂贵并且很脆弱。在使用中一旦未给传感器供电情况下,通有被测电流,会造成传感器损坏。


  四、电流传感器/互感器与功率分析仪连接


  PA5000功率分析仪电流测量有直接输入和传感器输入两组端口,当使用的传感器/互感器输出为电流信号时,接入到PA5000的电流直接输入端口,根据所用传感器/互感器正确设置PA的“CT”比例系数,如300A/5A,则CT=300A/5A=60。


  当使用的电流传感器/电流互感器输出为电压信号时,接入到PA5000的外部传感器端口(BNC接口),根据所用传感器/互感器正确设置PA的“传感器比率”,单位为mV/A,如电流钳参数为1000A转换为1V,则传感器比率设为1mV/A。


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