电流传感器在电气设备中的应用

作者：辽宁省计量科学研究院 肖季春

欢迎访问e展厅 展厅 11 传感器展厅 差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ... 现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。目前，信息传输与处理技术已取得突破性进展，然而传感器的发展相对滞后。在今天信息时代，各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性（如高温、高速、野外、地下、高空等）要求越来越高，需要获取的信息量越来越多，它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求，而且要求信号能远距离传输。显然，传统的传感器已很难满足要求，发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。在电工学里，电流是一个基本的电磁量。测量电流不但本身十分重要，而且其他电磁量和非电量也可以通过变换器转换成电流，然后进行测量。所以电流测量是电磁测量的基础。 电流测量的重要性 电流测量在工厂电气技术管理中有非常重要的地位。我们知道，工厂里面的动力系统大多靠电力提供，最经典的就是电动机，电动机提供功率的大小与电流的大小存在某种对应关系，确定了电流的大小，也就知道了提供的功率，并可以通过功率的数据去判断：电动机的运转是否正常、负荷侧设备（风机、水泵、搅拌器等）运转状态是否正常、电机与负荷的配合是否合理。 工厂里，我们根据电流测量值可以对设备的运行状态评价、判断，采取适当的技术措施，以保证动力系统高效率、低成本、长周期的运转。 ● 高效率：就是指在满足负荷要求前提下，控制成功率提供余量，杜绝电动机与负载设备的不匹配现象，减少浪费。 ● 低成本：就是在分析比较各台电动机的运行电流后，选择能提供相同生产能力的、运行电流较低的电动机承担主要生产任务，减少运行成本。 ● 长周期：就是根据电流的变化趋势，判断设备状况的发展趋势，将可能损坏的设备提前、按计划地停下来修理，维持生产系统的长期稳定运行。 一个完整的测量系统，包括：信息的提取、转换存储与传输、显示和记录、处理和分析等各环节。电流的测量也涉及信息的提取，这个任务是由电流传感器来完成的。 电流传感器 电流传感器可定义为：以一定的精度把某种电流转换为与之有确定对应关系的、便于应用的另一种电流的测量装置。 一提到电流传感器，首先就想到了电流互感器，这就是我们在工厂里经常应用的一种传统电流传感器。电流互感器拾取的电流信号，可以直接通过电流表显示出来，也可以接入控制、保护设备里，用来控制设备的运行状态。 电气测量中使用的电工仪表从机电式仪表发展到数值式仪表、智能仪表，参数的处理、显示技术日新月异，而采样技术，特别是电流传感器的发展稍显缓慢。近年来，随着光电电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器等现代新型传感器的出现，预示电流传感器向小型化、高可靠性、高低压完全隔离、抗电磁干扰性能好、频带宽及无铁磁饱和的方向发展。 传统电流传感器就是指电流互感器，现有的电流互感器检测，测量电流所使用的互感器，是由一个封闭的铁心和缠绕在铁心上的初级线圈及次级线圈所组成，其原理与结构和一般小型变压器相同。 制造业中电流互感器主要用于其电力系统的继电器保护和计量、电气设备的负荷监测控制，对于电流互感器的精度要求不太严格，但对其稳定可靠性要求较高，这与制造业连续生产的特点相吻合。 工厂供电系统要求十分稳定可靠，用于继电保护的电流互感器必须“定性”地反映是否发生故障，如果检测到的电流超过设定值，继电保护线路就要可靠地切除故障线路。工厂供电系统的计量对于工厂的成本分析控制有很重要的意义，电流互感器只需要“定性”地反映各设备电力消耗的多少，真正计费的是供电局的计量仪表。 工厂低压电气设备上的电流互感器也只需要“定性”地反映各设备负荷的高低，如果负荷高于设定范围，控制回路必须马上断开主回路电源，起到保护设备的目的。有的设备在调整负荷高低时，基本上是根据电流表显示数据的高低，电流表的电流信号也是通过电流互感器获得。 在很多智能化程度较高的工厂设备里，电流互感器与电流隔离变换器配合使用， 可为变配电集中监控装置、D C S 等智能化系统提供过程信号，电流隔离变换器实际上是一个信SSCC号调整电路，它将电流互感器测量的1A或5A电流信号转换为4-20mA的过程信号。 工厂里面使用的精密电流互感器主要是用于漏电保护器，由于漏电开关是安装在电器前面，用来保护电器和人的用电安全的装置。当由于设备绝缘不良或者人体触电时，会在互感器的次级线圈中感应出信号，经过处理后，使得电闸跳开，切段电路，保护电器或人身的安全。因此，对于其灵敏度提出了较高的要求。 精密的小电流传感器 下面介绍一种精密电流互感器——小电流传感器，它使用超微晶做铁芯，采取有源电子电路网络与副边绕组直接相连，构成自适应动态调整回路后，可使测量精度有较大幅度的提高，同时保持高稳定度。目前应用于电力系统的电流传感器多是以电磁耦合为基本工作原理的，从采样方式上分，这类传感器主要有直接串入式、钳式、闭环穿芯式三种。为保证采样的准确性，使输出、输入信号间的比值差和相角差尽量小，研究人员采用的误差补偿方法有：短路有源补偿法、纯电阻误差补偿法、二次阻抗完全补偿法、自平衡电子补偿法等。大量的研究实验表明，基于“零磁通原理”的小电流互感器更适合电力系统绝缘在线检测的要求，小电流传感器即使以此为基本原理，加上自适应动态跟踪电子电路的应用，使小电流传感器具有高精度、高稳定度、抗干扰能力强的优点。 电力系统绝缘在线检测系统长期工作在强电磁场环境中，且多为户外环境。作为其采样输入端，小电流传感器必须能高精度、高稳定性地完成采样工作。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/13/2012)