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常用的低壓電流感測技術

桐人控 | 2023-04-09 14:29:52 | 巴幣 0 | 人氣 236


在電子電機的領域測量電路的電壓與電流是實驗、維護與維修等工作必要的檢測項目,以便快速掌握電路特性與排除異常或故障點。

而電壓的量測相當容易,只要找出正確的待測電壓端點,並將電表切換至電壓檔位並聯即可讀值,畢竟電壓檔位屬於高內阻特性,只要不超過電表耐壓即使量錯也幾乎不會發生任何危險。

不過電流的量測就比較複雜,畢竟既然是測量電流就要採用串聯讀值。如果像電子類工作操作電壓在安全電壓(30V)以內較無危險性,但像電機類工作經常操作電壓高達220V甚至更高,開路串聯讀值就有一定的危險性,因此了解多種電流感測技術,針對不同電路特性、設備與用電環境,使用適當的電流感測技術也是相當重要的。以下介紹三種常用且經濟效益較高的低壓(600V以內)電流感測技術。


分流電阻(shunt resistors)
交流電與直流電均適用。依據歐姆定律電流通過電阻產生壓降(約毫伏特),利用電表並聯分流電阻兩端電壓讀值,再透過歐姆定律即可換算電流數值。雖然有其簡單性與直觀性,不過因為絕緣設計因素,測量電路電壓超過安全電壓時有觸電的危險,故請特別注意。


比流器(current transformer)
比流器屬於特殊變壓器,因此只適用於磁場持續變化的交流電。比流器運用一定的匝數比例將待測「低壓大流」轉換成「高壓小流」提供電表讀值,因此操作移除電表時請小心不要將比流器的二次側開路,避免高壓感電或絕緣破壞,也可避免一次側因激磁電流造成比流器高溫燒損。

鉤表上無歸零(ZERO或0_ADJ)按鈕或檔位者通常為比流器式售價較便宜,但對三相電工作(需求為三套電表)來說相當有經濟效益,特別是三相平衡負載的監測與維護工作。


霍爾效應(hall effect)
交流電與直流電均適用且成本最高。利用導體或半導體於磁場內且載流時,導體內的電荷載子受到勞侖茲力而偏移產生霍爾電壓的現象偵測電流。至於使用霍爾元件前需要歸零的原因似乎是以下三個因素造成的:

一、地球磁場影響加上霍爾元件較為敏感,測量前應先扣除背景值。
二、適度偏壓才能夠使得儀表偵測到電流變化。
三、半導體材料非理想特性造成材料背景值。

上述三個因素是目前閱讀到的文獻資料較多指出的原因,仍待進一步確認,畢竟半導體物理不是我的專長。而鉤表上有歸零按鈕或檔位者通常為霍爾效應式售價較昂貴,但對直流電為主的光電轉換式太陽能工作來說相當重要(包含變流器前的直流儲能系統)。


以上三種電流感測技術已可應付九成以上的電子電機工作,沒有絕對的優勢或劣勢,因此建議依據待測電路的系統設計、器具型式、額定電壓、額定電流、精度要求、絕緣性能、負載特性與法規等用電環境與條件來選擇適當的電流感測技術為宜。

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