电流互感器和真空吸尘器

问题:

您在最近的非常见问题解答中提到了电流互感器,它为何物,如何使用?

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答案:

电流互感器不过是对普通变压器的不同使用。您可以在教科书中找到它,但许多工程师似乎视而不见!我就使用一个电流互感器来启动真空吸尘器。

通常概念中的变压器由两个磁性耦合线圈组成:一个初级线圈和一个次级线圈,其匝数比为1:N。如果初级线圈上的交流信号电压为V,那么次级线圈上将产生信号电压N×V。

当变压器用作电流互感器时,交流电流会通过初级线圈。对于传说中的“理想变压器”,短路次级电流与输入电流成正比,与匝数比成反比。

如果次级线圈不是短路,而是连接到一个电阻 (假设该电阻不是太大) ,那么上述关系仍然成立。这就提供了一种测量次级线圈中的交流电流的方法,由此可以推导出初级线圈中的交流电流,并且允许我们利用一个隔离电流来测量交流电流。

电流互感器的设计通常并不重要,不过在极端情况下 (交流加直流测量、高压、低损耗测量等) 仍需注意。对于电力线和音频频率,从垃圾箱找到的或Radio Shack生产的小型铁芯变压器稍加改装,即在现有线圈周围用电子线缠绕一个新的1:5 初级线圈 (假设有足够的空间来制作这样一个线圈 ) ,一般便足以满足需要。商用电流互感器通常由线绕环形芯组成,初级线圈为穿过圆环中心的导线。圆环有时是铰链式,可以打开以插入初级线圈。

次级电阻必须足够小,以防止互感器芯发生饱和。电阻越低则互感器的可能工作频率越低。如果将互感器输出施加到带有阻性反馈的运算放大器的反相输入端,该电阻将非常低,因而最低工作频率也非常低。通常人们只需使用微型电流互感器,200Ω负载时额定工作频率为10kHz,运算放大器作为负载时则低至50/60Hz。 

除了测量交流电流以外,电流互感器还可以检测电流以实现控制目的。例如,采用一个电流互感器来检测木工锯中的电流以操作真空吸尘器。事实上,电流互感器已广泛应用于家用电源监控器。 

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作者

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James Bryant

James Bryant自1982年起担任ADI公司的欧洲应用经理,直至2009年退休为止。至今仍从事撰写和咨询工作。他拥有英国利兹大学的物理学和哲学学位,同时还是注册工程师(C.Eng.)、欧洲注册工程师(EurEng.)、电机工程师协会会员(MIET)以及对外广播新闻处(FBIS)会员。除了热情钻研工程学外,他还是一名无线电爱好者,他的呼叫代号是G4CLF。