使用电流互感器监控220V交流负载电流的电路

在这篇文章中，我们将讨论一种电路，该电路可以通过非接触式电流互感器检测负载电流，从而用于监视或控制AC 220V负载电流。

下面的图1描述了一个电路图，设计用于通过电流互感器进行非接触式负载电流检测，该电路图似乎工作良好。它旨在使用基本的 +12

伏稳压或非稳压电源运行，例如“壁式电源适配器”。

基本工作理论

负载的一根导线穿过电流互感器。通过负载线的电流被磁感应到电流互感器的次级绕组中。

该感应电流由电流互感器升压，并被发送到运算放大器级，在那里被放大以最终操作继电器。

当电流超过运算放大器设置的截止门限时，继电器关闭负载。

什么是电流互感器

T1表示电流互感器，其环形磁芯是从旧的计算机电源中回收的。

电流互感器或CT基本上由具有许多匝数的次级绕组组成，其末端配置有外部放大器。

只需允许负载电源的一根导线穿过感应变压器铁芯即可创建初级侧。

通过负载电源线的电流被感应到传感变压器的次级绕组，该绕组由次级绕组按比例升压并提供给外部放大器以进行进一步放大和检测。

放大电路放大信号以操作继电器或开关设备以执行必要的校正。

就像任何其他变压器一样，电流互感器的初级和次级电压可以使用以下基本公式计算：

Es/Ep = Ns/Np

Es = 次级电压，

ep = 初级电压，

Ns = 次级匝数，

Np = 初级匝数

如何计算电流互感器的匝数比？可以使用以下公式计算。

我p/我s= Ns/ Np

其中，

我p是初级中的电流，Is是次级中的电流，Np是初级匝数，Ns是次级匝数。

在我们的电流感应变压器中，次级由大约 100 匝的 22

号超漆包磁线组成。初级是通过将负载线的热侧穿过铁芯而形成的。这意味着您应该使用可以容忍较低频率的核心，而不是适合无线电频率的核心。

为该项目选择的铁氧体磁芯并不理想;它可能是为20 kHz开关电源设计的，但它仍然完美运行。

由于磁芯很快就会饱和，因此输出波形看起来非常尖锐，而不是平滑的正弦波。

电路的工作原理

为了保护运算放大器，D1和D2对输出波形进行削波，该波形通过C1电容方式与运算放大器输入相关联。

R1和R2的位置使同相输入偏置至电源电压的一半，而R3和R5的工作方式与反相输入类似。

比较器使用IC 1

a形成。其输出通过二极管D3进行整流，并使用电容C2和R6进行平滑处理，后者产生一个时间常数，以确保电路不会因电压尖峰或来自控制负载的异常波形而以任何方式激活或受到冲击。

该交流电压激活第二个比较器，为输出晶体管Q1供电。

D4 保护 Q1 免受继电器线圈发出的反向电压尖峰的影响，而晶体管 Q1 的工作方式类似于开关来切换继电器。

引入R4是为了对电路进行微调以满足适度的低电流负载。如果要在重负载（例如切割工具）下使用电路，则可以省略R4，只需将R3和R5的连接点钩到IC1a的引脚2上即可。

R4的设置使得IC1 a的输出在控制负载关闭时接近零伏，当负载接通时继电器可靠切换。

当示波器连接到IC1a引脚1，R4设置为范围中心时，它会产生波形，确保当负载关闭时，引脚1电位恢复为零。

R9和R10用于降低U1b的低电平饱和输出电压，防止Q1在该时刻导通。您可能会遇到一些运算放大器，它们根本无法下降到足以自行完成工作的程度。

本电路中使用的继电器的额定电压必须为12 V。为了切换较重的负载，您可能希望此继电器是更大的继电器（通常称为接触器）。将电路（尤其是 120 VAC

电源组件）封装在一个安全的接地金属盒中。

将盒子固定在台锯的金属框架上很可能达到目的。对于像台锯这样的重负载操作，线路电缆可能更适合在盒子中有一个插座，类似于单插座延长线，黑色热线在牢固地连接到插座的热侧（黄铜色）之前穿过托龙圈。

一切都可以通过这种方式得到保护和遏制。在这种情况下，处理电源的最简单方法是从头开始创建一个电源，以便它可以包含在存储模块内。

壁式电源适配器选项可能不是一个好主意，因为如果连接到外部插座，它最终可能会由于锯振动而从其插座中滚落或造成绊倒危险。

另一个电流监控电路

上图显示了具有声光警告输出的220 V AC电流监控电路。变压器输出电压的差异可以通过使用R6调节运算放大器的增益来平衡。该电路可以监控小于 1

安培至大于 5 安培之间的交流电流水平。在该可变增益电压放大器电路中，连接一个来自 LM324N 四通道运算放大器封装的运算放大器。

增益范围从零到大约一百。放大器的输出与由D1、D2、C2和C3组成的直流整流电路耦合。4049UB

IC中的六个缓冲器之一连接到正直流输出信号的输入。通过流经初级的电流在电流互感器的次级提供恒定的交流输出电压，在4049UB缓冲器的输入端提供正电压。

由于IC缓冲器是逆变器，当输入为正时，输出为低电平。因此，LED

和压电蜂鸣器均未打开。当负载电路无法维持电流时，逆变器IC的输入变为低电平，允许C3两端的正电压通过R5放电至接近地电平。

当 4049UB 的输出从低电平增加到高电平时，LED 亮起并激活警报。当负载电流处于其最低可行水平时，必须调整运算放大器的增益，以在 4049UB

的输入（引脚 #3）上提供至少 7 伏直流电。通过这样做，当负载使用其最小电流时，警报不会响起。

如何构建电流互感器

上述电路的电流互感器设计简单，如下图所示：

我们将两者缠绕在塑料线轴上。

然后，我们将线轴插入并放置在两个E芯的中间腿中。

我们使用 6 匝 18 SWG 超漆包铜线作为电流感应绕组，该绕组与 220V 或 120V AC 负载串联。这构成了电流互感器的初级绕组。

我们使用多达 100 匝的 30 SWG 漆包铜线作为与运算放大器电路连接的次级绕组。

所需的次级匝数由一次侧电流和监控报警电路所需的输出电压决定。

对于低于 1 安培至约 3 安培的低电流水平，大约需要 300 次次匝，而对于较高的电流水平，则需要较少的匝数。