【導讀】經(jīng)常有客戶(hù)咨詢(xún)致遠的功率分析儀有幾種電流測量方式？分流器、互感器、傳感器、羅氏線(xiàn)圈等是否都匹配？測量時(shí)如何提高精度？本文和大家一起聊聊功率分析儀電流測量那些事兒。
電流測量是電子測量的基礎，傳統測量?jì)x器數字萬(wàn)用表通常適用于直流或工頻正弦波電流測量，鉗形電流表主要用于工頻正弦波電流測量。目前由于各種大功率的電力電子開(kāi)關(guān)設備的普及應用，需要對交直流電流信號進(jìn)行全面的測量：觀(guān)測其波形，分析信號的諧波含量，同時(shí)測量有效值、直流值、交流值等。PA系列功率分析儀就是一種能夠很好滿(mǎn)足這一需求的測試儀器。它是如何測量、如何接線(xiàn)，又是如何實(shí)現大電流測量的呢？大電流測量時(shí)精度如何提高呢？本文將一一為大家解答。
功率分析儀測電流
致遠功率分析儀電流測量有直接輸入和外部傳感器輸入兩種端口，其中直接輸入通道，輸入為電流信號，通過(guò)內部分流器轉換為電壓信號進(jìn)行測量；傳感器輸入通道，輸入為電壓信號，可連接電壓輸出型的傳感器、互感器和外置分流器進(jìn)行測量。
圖1 PA8000測量通道接口
功率分析儀擴展測電流
致遠PA功率分析儀直接輸入測電流有5A和50A功率單元可選擇，更大的電流可通過(guò)選擇合適的傳感器或互感器變換到功率單元的量程范圍內，對于功率分析儀只需設置相應的變換比例，計算上輸入到功率單元實(shí)際電壓或電流乘以一個(gè)系數，這對于軟件計算是沒(méi)有任何困難和限制的。
當使用的傳感器/互感器輸出為電流信號時(shí)，接入到PA功率分析儀的電流直接輸入端口，根據所用傳感器/互感器在PA功率分析儀上正確設置的“CT”比例系數，如100A/5A，則CT=100A/5A=20。
當使用的電流傳感器/電流互感器輸出為電壓信號時(shí)，接入到PA功率分析儀的外部傳感器端口（BNC接口），根據所用傳感器/互感器正確設置PA的“傳感器比率”，單位為mV/A，如電流鉗參數為1000A轉換為1V，則傳感器比率設為1mV/A。
功率分析儀擴展測電流可選傳感器/互感器/分流器/羅氏線(xiàn)圈
通常的電流傳感器/互感器是把大電流轉換為同頻同相的小電流以便于測量或實(shí)現隔離。根據不同的變換原理，電流測量主要有兩種方法：一種是基于電磁學(xué)原理的，比如電流互感器、霍爾電流傳感器、羅氏線(xiàn)圈等；另一種是基于電學(xué)的主要理論歐姆定律的，比如分流器等。
1、分流器
分流器又可以叫采樣電阻，最基本的歐姆定律，電流流過(guò)電阻產(chǎn)生電壓，可進(jìn)行交直流測量。屬于非隔離測量，一般是低壓小電流。如圖 2 致遠PATV-33，高精度外置分流器，將電流信號轉換為電壓信號，阻值在3.3Ω左右（每個(gè)實(shí)物對應實(shí)測值），最大允許輸入電流300mA。
圖2 致遠PATV-33
分流器接入功率分析儀上，可以采用以下幾種方式，提高測量精度：
● 分流器盡量靠近PA功率分析儀的輸入端；
● 分流器與PA功率分析儀輸入端的連線(xiàn)使用同軸電纜（同軸電纜有很好的電場(chǎng)磁場(chǎng)屏蔽作用）；
● 有些設備在回路中已預留分流器，客戶(hù)使用傳感器輸入測量預留的分流器，也需盡可能縮短PA功率分析儀與分流器之間距離，減少未屏蔽的環(huán)路面積。
圖3 縮短功率分析儀與分流器之間距離，減少未屏蔽的環(huán)路面積
2、霍爾傳感器
基于霍爾效應的電流鉗在鐵芯中加工一個(gè)氣隙放置霍爾元件。利用霍爾元件測量氣隙中的磁感應強度，根據控制方式不同，有開(kāi)環(huán)和閉環(huán)兩種類(lèi)型。開(kāi)環(huán)霍爾型使用線(xiàn)性度較好的霍爾元件，霍爾元件輸出電壓正比于被測電流。閉環(huán)霍爾型使用零磁通技術(shù)，鐵芯上有補償線(xiàn)圈。開(kāi)環(huán)和閉環(huán)霍爾型電流鉗都可以測量直流和交流，霍爾元件需要提供工作電壓，因此這兩種電流鉗都要供電，閉環(huán)霍爾需要驅動(dòng)補償線(xiàn)圈耗電更大。這種類(lèi)型傳感器非常昂貴并且很脆弱。因為高精度的傳感器目前使用的是磁通門(mén)技術(shù)，該技術(shù)要求必須保證傳感器處于供電正常狀態(tài)下，啟動(dòng)被測設備，若上電、掉電和供電順序出錯，會(huì )導致傳感器測量不準，甚至損壞，所以相比較傳感器供電，被測電流要遵循遲到早退原則，否則會(huì )造成傳感器損壞。
圖4 傳感器/被測電路上電/掉電時(shí)序圖
圖5 致遠ZCS200
霍爾傳感器，接入功率分析儀上，可以采用以下幾種方式，提高測量精度：
● 使用雙絞線(xiàn)、屏蔽電纜或同軸電纜連接傳感器和測量?jì)x器；
● 避免靠近強磁場(chǎng)；
● 除被測電流外避免靠近大電流電纜；
● 使用低噪聲電源給傳感器供電；
● 傳感器安裝需符合規范要求，承載被測電流的導體盡量垂直穿過(guò)傳感器通孔中心，電纜(或其它載流導體)最好充滿(mǎn)孔徑，見(jiàn)圖 6所示序號③、④、⑤所示。
圖6 傳感器安裝對比
3、互感器
電流互感器類(lèi)似于一個(gè)初級匝數很少，次級匝數較多的變壓器，其原理是依據電磁感應原理，只能測試交流。它是不能測量直流電流的，通常設計為工頻測量，準確度為工頻下的參數，帶寬較窄，不適合用于諧波分析和非正弦測量。使用電流互感器一定注意不能將次級開(kāi)路，否則將會(huì )產(chǎn)生高壓危及人身和設備安全。
圖7 法國CA116
互感器，接入功率分析儀上，可以采用以下幾種方式，提高測量精度：
● 使用同軸電纜連接互感器和測量?jì)x器；
● 互感器避免靠近強交變磁場(chǎng)；
● 除被測電流外應避免靠近大電流電纜；
● 承載被測電流的導體盡量位于互感器通孔位置。
4、羅氏線(xiàn)圈
羅氏線(xiàn)圈也叫測量線(xiàn)圈、微分電流傳感器，是一個(gè)均勻纏繞在非鐵磁性材料上的環(huán)形線(xiàn)圈，只能測試交流，不能測試直流，由于交流測試，因輸出的是微分信號，PA功率分析儀本身無(wú)內置積分器，所以通常不能直接運用在PA上，但帶積分器的可以用在PA上，如致遠CTS6000，見(jiàn)圖 8。
圖8 致遠CTS6000
羅氏線(xiàn)圈，接入功率分析儀上，可以采用以下兩種方式，提高測量精度：
● 互感器避免靠近強交變磁場(chǎng)；
● 承載被測電流的導體盡量位于傳感器通孔中心。
總結
當被測電流超出功率分析儀量程范圍時(shí)，可通過(guò)外接傳感器/互感器/分流器/羅氏線(xiàn)圈擴展測電流，四種測量方法各有千秋，見(jiàn)表 1所示。在實(shí)際選型中，可以根據不同應用場(chǎng)合，選擇合適的測量方式。一般情況下使用電流直接輸入測量效果較好，當被測回路中存在較高共模干擾，又不存在低共模電壓接入點(diǎn)時(shí)，為了避免干擾，使用互感器或傳感器效果較好，當必須要用傳感器或互感器時(shí)，高精度電流輸出型傳感器比互感器、羅氏線(xiàn)圈效果好。
表1 四種電流檢測方式對比
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