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！我就使用一個電流互感器來啟動真空吸塵器。

通常概念中的變壓器由兩個磁性耦合線圈組成：一個初級線圈和一個次級線圈，其匝數比為1:N。如果初級線圈上的交流信號電壓為V，那么次級線圈上將產生信號電壓N×V。

當變壓器用作電流互感器時，交流電流會通過初級線圈。對于傳說中的“理想變壓器”，短路次級電流與輸入電流成正比，與匝數比成反比。

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

電流互感器的設計通常并不重要，不過在極端情況下 (交流加直流測量、高壓、低損耗測量等) 仍需注意。對于電力線和音頻頻率，從垃圾箱找到的或Radio Shack生產的小型鐵芯變壓器稍加改裝，即在現有線圈周圍用電子線纏繞一個新的1:5初級線圈 (假設有足夠的空間來制作這樣一個線圈 ) ，一般便足以滿足需要。商用電流互感器通常由線繞環形芯組成，初級線圈為穿過圓環中心的導線。圓環有時是鉸鏈式，可以打開以插入初級線圈。

次級電阻必須足夠小，以防止互感器芯發生飽和。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負載時額定工作頻率為10kHz，運算放大器作為負載時則低至50/60Hz。

除了測量交流電流以外，電流互感器還可以檢測電流以實現控制目的。例如，采用一個電流互感器來檢測木工鋸中的電流以操作真空吸塵器。事實上，電流互感器已廣泛應用于家用電源監控器。