使用電流互感器監(jiān)控220V交流負載電流的電路

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載電流，從而用于監(jiān)視或控制AC 220V負載電流。

下面的圖1描述了一個電路圖，設計用于通過電流互感器進行非接觸式負載電流檢測，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

負載的一根導線穿過電流互感器。通過負載線的電流被磁感應到電流互感器的次級繞組中。

該感應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。

當電流超過運算放大器設置的截止門限時，繼電器關(guān)閉負載。

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。

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

通過負載電源線的電流被感應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行進一步放大和檢測。

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。初級是通過將負載線的熱側(cè)穿過鐵芯而形成的。這意味著您應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

為了保護運算放大器，D1和D2對輸出波形進行削波，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進行整流，并使用電容C2和R6進行平滑處理，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 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是為了對電路進行微調(diào)以滿足適度的低電流負載。如果要在重負載（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的設置使得IC1 a的輸出在控制負載關(guān)閉時接近零伏，當負載接通時繼電器可靠切換。

當示波器連接到IC1a引腳1，R4設置為范圍中心時，它會產(chǎn)生波形，確保當負載關(guān)閉時，引腳1電位恢復為零。

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到目的。對于像臺鋸這樣的重負載操作，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。當負載電路無法維持電流時，逆變器IC的輸入變?yōu)榈碗娖剑试SC3兩端的正電壓通過R5放電至接近地電平。

當 4049UB 的輸出從低電平增加到高電平時，LED 亮起并激活警報。當負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，當負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繞組，該繞組與 220V 或 120V AC 負載串聯(lián)。這構(gòu)成了電流互感器的初級繞組。

我們使用多達 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)。