使用電流互感器監(jiān)控220V交流負(fù)載電流的電路

在這篇文章中，我們將討論一種電路，該電路可以通過非接觸式電流互感器檢測負(fù)載電流，從而用于監(jiān)視或控制AC 220V負(fù)載電流。

下面的圖1描述了一個電路圖，設(shè)計用于通過電流互感器進(jìn)行非接觸式負(fù)載電流檢測，該電路圖似乎工作良好。它旨在使用基本的 +12

伏穩(wěn)壓或非穩(wěn)壓電源運行，例如“壁式電源適配器”。

基本工作理論

負(fù)載的一根導(dǎo)線穿過電流互感器。通過負(fù)載線的電流被磁感應(yīng)到電流互感器的次級繞組中。

該感應(yīng)電流由電流互感器升壓，并被發(fā)送到運算放大器級，在那里被放大以最終操作繼電器。

當(dāng)電流超過運算放大器設(shè)置的截止門限時，繼電器關(guān)閉負(fù)載。

什么是電流互感器

T1表示電流互感器，其環(huán)形磁芯是從舊的計算機電源中回收的。

電流互感器或CT基本上由具有許多匝數(shù)的次級繞組組成，其末端配置有外部放大器。

只需允許負(fù)載電源的一根導(dǎo)線穿過感應(yīng)變壓器鐵芯即可創(chuàng)建初級側(cè)。

通過負(fù)載電源線的電流被感應(yīng)到傳感變壓器的次級繞組，該繞組由次級繞組按比例升壓并提供給外部放大器以進(jìn)行進(jìn)一步放大和檢測。

放大電路放大信號以操作繼電器或開關(guān)設(shè)備以執(zhí)行必要的校正。

就像任何其他變壓器一樣，電流互感器的初級和次級電壓可以使用以下基本公式計算：

Es/Ep = Ns/Np

Es = 次級電壓，

ep = 初級電壓，

Ns = 次級匝數(shù)，

Np = 初級匝數(shù)

如何計算電流互感器的匝數(shù)比？可以使用以下公式計算。

我p/我s= Ns/ Np

其中，

我p是初級中的電流，Is是次級中的電流，Np是初級匝數(shù)，Ns是次級匝數(shù)。

在我們的電流感應(yīng)變壓器中，次級由大約 100 匝的 22

號超漆包磁線組成。初級是通過將負(fù)載線的熱側(cè)穿過鐵芯而形成的。這意味著您應(yīng)該使用可以容忍較低頻率的核心，而不是適合無線電頻率的核心。

為該項目選擇的鐵氧體磁芯并不理想;它可能是為20 kHz開關(guān)電源設(shè)計的，但它仍然完美運行。

由于磁芯很快就會飽和，因此輸出波形看起來非常尖銳，而不是平滑的正弦波。

電路的工作原理

為了保護(hù)運算放大器，D1和D2對輸出波形進(jìn)行削波，該波形通過C1電容方式與運算放大器輸入相關(guān)聯(lián)。

R1和R2的位置使同相輸入偏置至電源電壓的一半，而R3和R5的工作方式與反相輸入類似。

比較器使用IC 1

a形成。其輸出通過二極管D3進(jìn)行整流，并使用電容C2和R6進(jìn)行平滑處理，后者產(chǎn)生一個時間常數(shù)，以確保電路不會因電壓尖峰或來自控制負(fù)載的異常波形而以任何方式激活或受到?jīng)_擊。

該交流電壓激活第二個比較器，為輸出晶體管Q1供電。

D4 保護(hù) Q1 免受繼電器線圈發(fā)出的反向電壓尖峰的影響，而晶體管 Q1 的工作方式類似于開關(guān)來切換繼電器。

引入R4是為了對電路進(jìn)行微調(diào)以滿足適度的低電流負(fù)載。如果要在重負(fù)載（例如切割工具）下使用電路，則可以省略R4，只需將R3和R5的連接點鉤到IC1a的引腳2上即可。

R4的設(shè)置使得IC1 a的輸出在控制負(fù)載關(guān)閉時接近零伏，當(dāng)負(fù)載接通時繼電器可靠切換。

當(dāng)示波器連接到IC1a引腳1，R4設(shè)置為范圍中心時，它會產(chǎn)生波形，確保當(dāng)負(fù)載關(guān)閉時，引腳1電位恢復(fù)為零。

R9和R10用于降低U1b的低電平飽和輸出電壓，防止Q1在該時刻導(dǎo)通。您可能會遇到一些運算放大器，它們根本無法下降到足以自行完成工作的程度。

本電路中使用的繼電器的額定電壓必須為12 V。為了切換較重的負(fù)載，您可能希望此繼電器是更大的繼電器（通常稱為接觸器）。將電路（尤其是 120 VAC

電源組件）封裝在一個安全的接地金屬盒中。

將盒子固定在臺鋸的金屬框架上很可能達(dá)到目的。對于像臺鋸這樣的重負(fù)載操作，線路電纜可能更適合在盒子中有一個插座，類似于單插座延長線，黑色熱線在牢固地連接到插座的熱側(cè)（黃銅色）之前穿過托龍圈。

一切都可以通過這種方式得到保護(hù)和遏制。在這種情況下，處理電源的最簡單方法是從頭開始創(chuàng)建一個電源，以便它可以包含在存儲模塊內(nèi)。

壁式電源適配器選項可能不是一個好主意，因為如果連接到外部插座，它最終可能會由于鋸振動而從其插座中滾落或造成絆倒危險。

另一個電流監(jiān)控電路

上圖顯示了具有聲光警告輸出的220 V AC電流監(jiān)控電路。變壓器輸出電壓的差異可以通過使用R6調(diào)節(jié)運算放大器的增益來平衡。該電路可以監(jiān)控小于 1

安培至大于 5 安培之間的交流電流水平。在該可變增益電壓放大器電路中，連接一個來自 LM324N 四通道運算放大器封裝的運算放大器。

增益范圍從零到大約一百。放大器的輸出與由D1、D2、C2和C3組成的直流整流電路耦合。4049UB

IC中的六個緩沖器之一連接到正直流輸出信號的輸入。通過流經(jīng)初級的電流在電流互感器的次級提供恒定的交流輸出電壓，在4049UB緩沖器的輸入端提供正電壓。

由于IC緩沖器是逆變器，當(dāng)輸入為正時，輸出為低電平。因此，LED

和壓電蜂鳴器均未打開。當(dāng)負(fù)載電路無法維持電流時，逆變器IC的輸入變?yōu)榈碗娖?，允許C3兩端的正電壓通過R5放電至接近地電平。

當(dāng) 4049UB 的輸出從低電平增加到高電平時，LED 亮起并激活警報。當(dāng)負(fù)載電流處于其最低可行水平時，必須調(diào)整運算放大器的增益，以在 4049UB

的輸入（引腳 #3）上提供至少 7 伏直流電。通過這樣做，當(dāng)負(fù)載使用其最小電流時，警報不會響起。

如何構(gòu)建電流互感器

上述電路的電流互感器設(shè)計簡單，如下圖所示：

我們將兩者纏繞在塑料線軸上。

然后，我們將線軸插入并放置在兩個E芯的中間腿中。

我們使用 6 匝 18 SWG 超漆包銅線作為電流感應(yīng)繞組，該繞組與 220V 或 120V AC 負(fù)載串聯(lián)。這構(gòu)成了電流互感器的初級繞組。

我們使用多達(dá) 100 匝的 30 SWG 漆包銅線作為與運算放大器電路連接的次級繞組。

所需的次級匝數(shù)由一次側(cè)電流和監(jiān)控報警電路所需的輸出電壓決定。

對于低于 1 安培至約 3 安培的低電流水平，大約需要 300 次次匝，而對于較高的電流水平，則需要較少的匝數(shù)。