電流互感器和真空吸塵器的故事

問：在最近的非常見問題解答中提到了電流互感器，它為何物，如何使用？

答：電流互感器不過是對(duì)普通變壓器的不同使用。您可以在教科書中找到它，但許多工程師似乎視而不見！我就使用一個(gè)電流互感器來啟動(dòng)真空吸塵器。

通常概念中的變壓器由兩個(gè)磁性耦合線圈組成：一個(gè)初級(jí)線圈和一個(gè)次級(jí)線圈，其匝數(shù)比為1:N。如果初級(jí)線圈上的交流信號(hào)電壓為V，那么次級(jí)線圈上將產(chǎn)生信號(hào)電壓N×V。

當(dāng)變壓器用作電流互感器時(shí)，交流電流會(huì)通過初級(jí)線圈。對(duì)于傳說中的“理想變壓器”，短路次級(jí)電流與輸入電流成正比，與匝數(shù)比成反比。

如果次級(jí)線圈不是短路，而是連接到一個(gè)電阻 (假設(shè)該電阻不是太大) ，那么上述關(guān)系仍然成立。這就提供了一種測(cè)量次級(jí)線圈中的交流電流的方法，由此可以推導(dǎo)出初級(jí)線圈中的交流電流，并且允許我們利用一個(gè)隔離電流來測(cè)量交流電流。

電流互感器的設(shè)計(jì)通常并不重要，不過在極端情況下 (交流加直流測(cè)量、高壓、低損耗測(cè)量等) 仍需注意。對(duì)于電力線和音頻頻率，從垃圾箱找到的或Radio Shack生產(chǎn)的小型鐵芯變壓器稍加改裝，即在現(xiàn)有線圈周圍用電子線纏繞一個(gè)新的1:5初級(jí)線圈 (假設(shè)有足夠的空間來制作這樣一個(gè)線圈 ) ，一般便足以滿足需要。商用電流互感器通常由線繞環(huán)形芯組成，初級(jí)線圈為穿過圓環(huán)中心的導(dǎo)線。圓環(huán)有時(shí)是鉸鏈?zhǔn)?，可以打開以插入初級(jí)線圈。

次級(jí)電阻必須足夠小，以防止互感器芯發(fā)生飽和。電阻越低則互感器的可能工作頻率越低。如果將互感器輸出施加到帶有阻性反饋的運(yùn)算放大器的反相輸入端，該電阻將非常低，因而最低工作頻率也非常低。通常人們只需使用微型電流互感器，200Ω負(fù)載時(shí)額定工作頻率為10kHz，運(yùn)算放大器作為負(fù)載時(shí)則低至50/60Hz。

除了測(cè)量交流電流以外，電流互感器還可以檢測(cè)電流以實(shí)現(xiàn)控制目的。例如，采用一個(gè)電流互感器來檢測(cè)木工鋸中的電流以操作真空吸塵器。事實(shí)上，電流互感器已廣泛應(yīng)用于家用電源監(jiān)控器。