智能電力監(jiān)控在中小型工業(yè)、多層建筑等領(lǐng)域日益普及，以提高能源效率。我們之前已經(jīng)建立了一個智能電能表，可以測量電力并在線報告使用情況。雖然這種類型的系統(tǒng)廣泛用于電能表，但另一種最常用的測量電流的技術(shù)是使用電流互感器(CT)。CT可以檢測和測量機(jī)器和其他交流電器中的交流電流，以監(jiān)測電流消耗，從而監(jiān)測機(jī)器或交流電器的健康狀況。

在這個項目中，我們將借助電流互感器(CT)來測量交流電流的值。該系統(tǒng)還包括用于信號調(diào)理的整流器和放大電路。我們使用了一個16x2的液晶顯示器和一個顯示器來顯示電流的測量值。有很多方法可以測量交流電流，如電感傳感器，霍爾效應(yīng)傳感器等，但我們在這個項目中使用電流互感器。使用這個項目，我們將能夠測量0.1安培- 5安培的交流電流。

交流電流測量的需要

短路引起的火災(zāi)事故給財產(chǎn)和人員造成了巨大的損失。據(jù)孟買首席消防官員稱，在過去三年中，孟買80%的火災(zāi)是由短路引起的。通過對交流電流的實時測量，可以通過立即檢測短路來防止短路造成的損害。交流電流測量在工業(yè)自動化以及系統(tǒng)的計量和保護(hù)中也非常有用。它還可用于電能質(zhì)量分析和能源管理系統(tǒng)。

交流測量用電流互感器

使用電流互感器測量交流電流是一種非常安全的方法，因為在測量電路和交流載流導(dǎo)線之間沒有物理連接。因此，電流互感器在工業(yè)上被用于測量高交流電流值。電流互感器在工業(yè)中用于商業(yè)計量、記錄、電流傳感、監(jiān)測和控制。電流互感器用于監(jiān)測整個電網(wǎng)的高壓線路。在工業(yè)中，ct通常被稱為電流傳感器。

HWCT-5A/5mA電流互感器

電流互感器(CT)是一種電流測量裝置，用于安全地再現(xiàn)低電平電流，以準(zhǔn)確地表示測量或保護(hù)的高電平電流。ct是由一個磁芯和圍繞磁芯的次級繞組組成的閉環(huán)儀器。在本教程中，我們將使用HWCT-5A/5mA電流互感器，如下所示。

電流互感器是如何工作的?

根據(jù)法拉第安培定律，“如果一個磁場圍繞著一個閉合的線圈進(jìn)行積分，那么這個積分的值就等于被線圈包圍的凈電流”。

CT的初級繞組，主回路有帶我們要測量的電流的導(dǎo)線穿過鐵芯的中心。承載主電流的初級繞組稱為單回路或繞組。導(dǎo)線產(chǎn)生磁場，驅(qū)動次級繞組上的電流，次級繞組用作CT的輸出。

電流互感器電流比的計算

次級繞組上的電流與流過鐵芯中心的電流成正比。假設(shè)CT的電流比為5A:5mA，這意味著初級電路上的5安培將在次級繞組上產(chǎn)生5毫安的電流。

電流互感器是變壓器的一種，它必須滿足安匝比方程。

在那里,

Np =初級繞組匝數(shù)

Ns =次級繞組匝數(shù)

Ip =初級繞組電流

s =次級繞組電流

Ns的計算：

若給定CT電流比為5A:5mA，則

負(fù)載電阻與電流互感器的作用

電流互感器負(fù)載電阻是一種跨接在電流互感器二次繞組上的電阻。負(fù)載電阻用于電流互感器在開路狀態(tài)下的保護(hù)。電流互感器的二次繞組應(yīng)始終處于閉合狀態(tài)，以避免二次端子產(chǎn)生高電壓。二次繞組端子可能因連接松動而斷開，電纜故障，焊接故障，并在二次繞組端子上建立高電壓。因此，負(fù)載電阻是用來避免這種類型的故障。它也用于在次級繞組上產(chǎn)生一些電壓。

負(fù)荷阻力計算

以下計算可用于確定CT的合適負(fù)載電阻。在這里，我們沒有考慮CT二次繞組的阻抗?？紤]二次繞組的阻抗，可以得到更準(zhǔn)確的負(fù)載電阻值。

交流電流測量所需組件

執(zhí)行此項目所需的以下組件-

交流電流測量電路框圖

下面的原理圖顯示了使用電流互感器測量電流的框圖。

使用Arduino測量交流電流的電路圖

下面的原理圖顯示了使用電流互感器測量電流的電路圖。

在上述電路中，我們使用16 * 2 LCD，但在項目中我們使用I2C LCD顯示。對于I2C液晶顯示器，只需連接即可。

Arduiono Gnd - I2C Gnd

Arduino 5V - I2C Vcc

引腳A4 - I2C SDA

引腳A5 - I2C SCL

在上述電路圖中，我們使用交流電壓源作為次級繞組電壓。這是如何整流器和放大器電路看起來像面包板。

正如我們在這個電路中看到的，一根紅色的電線穿過電流互感器，我們要測量通過這條電線的電流值。20k + 2k電阻和齊納二極管與CT并聯(lián)。該電阻為CT的負(fù)載電阻(22k)，齊納二極管提高了電路的安全性。在這里，我們還連接了一個肖特基二極管，它將作為半波整流器。

電流測量電路是如何工作的?

首先，燈泡的兩個端子都連接到變壓器的兩個端子上，燈泡的一根導(dǎo)線穿過電流互感器中間的孔，這條導(dǎo)線作為電流互感器的初級繞組。

由于初級繞組中的交流電流，次級繞組也感應(yīng)到交流電壓?，F(xiàn)在把這個交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，送到半波整流器，半波整流器正半周正偏，負(fù)半周反偏。圖中Vi為輸入正弦波脈沖，Vo為輸出正弦波脈沖。

一個電解電容器被添加到有波整流器的輸出，只接收直流電壓。這個電容器只轉(zhuǎn)發(fā)電路中的直流電壓。從整流電路得到的輸出電壓的幅度很小，所以我們使用放大器。我們使用了10k和1k反饋電阻值的非反相運算放大器。

我們知道，非反相運算放大器的輸出為：

在那里,

反饋電阻值(10k)

R1 = 1k

Vout =運放輸出電壓

Vin -施加于運放非反相端的電壓。

把所有的值代入方程后

11是這個運放的閉環(huán)增益?，F(xiàn)在，將放大后的輸出電壓發(fā)送到Arduino，然后在LCD屏幕上接收一次繞組電流的值。

Arduino交流電流測量代碼

完整的代碼在本文檔的末尾給出。在這里，我們將解釋arduino代碼的一些重要部分。

運算放大器的輸出是模擬電壓值，該模擬值通過arduino內(nèi)置的ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。arduino上的ADC是一個10位ADC。它可以檢測1024個離散的模擬電平。ADC使用下面的公式將模擬電壓值轉(zhuǎn)換為ADC讀數(shù)。

用上面寫的相同公式在串行監(jiān)視器中打印電壓值。

上述公式用于在串行監(jiān)視器中打印電壓值。

要將電壓轉(zhuǎn)換成電流，需要除以一個常數(shù)10.680，這個常數(shù)來自電路計算。

為了在LCD顯示器上打印初級繞組電流值，使用了wire.h， LiquidCrystal_I2C庫。

將LCD地址設(shè)置為0 * 27，用于16個字符和2行顯示。

代碼:

交流電流測量電路輸出

當(dāng)自耦變壓器的電壓發(fā)生變化時，初級繞組中的電流值也會發(fā)生變化，我們用數(shù)字萬用表來測量。

在LCD屏幕上也可以看到初級繞組電流值的變化。如下圖所示，實際電流值和測量電流值幾乎相同。

測量較小的電流值(小于0.2 a)顯示測量電流值在小數(shù)點后第二位的波動。這是因為交流電流的值很小，但如果我們測量的電流值很大(超過0.5A)，則不會出現(xiàn)波動。在這里，我們使用金屬膜電阻，但我們可以得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，使用精密金屬膜電阻。

本文編譯自iotdesignpro