空芯电流传感器

电流传感器和电压传感器的性能通常受限于磁芯材料本身的特性（如剩磁、磁滞、非线性、损耗、饱和），因此通常会考虑设计空气磁芯或无磁芯传感器。

空芯技术原理

在考虑空芯电流传感器的设计时，需要考虑几个问题。

测量直流电流需要使用场传感元件；由于没有场聚焦区域，必须考虑在导体周围理想地使用高灵敏度场传感装置阵列。

在有条件的情况下，可以使用磁路作为外部-磁场干扰的屏蔽；对于空芯技术，必须以不同的方式管理对外部干扰的敏感性，例如使用场传感器阵列而不是单个传感器，或者在考虑使用线圈时，采用特殊的设计运行方式，例如罗格夫斯基回线布线法；既能精确测量所需的电流，又能抑制外部磁场是空芯技术面临的一个重大挑战。

下面将介绍三种高效空芯传感器技术：罗格夫斯基技术、PRiME™ 技术和开口式电流互感器技术。

RT 型罗氏线圈

特点

交流和脉冲信号的非接触式测量
纤细灵活的测量头
开口式设计，便于安装
对外部磁场干扰的敏感性降至最低
频率范围广
电隔离

RT 型罗氏线圈的工作原理

罗格夫斯基技术是一种空芯技术（无磁路）。

罗氏线圈与待测电流 I_P 产生的磁通耦合。罗氏线圈上感应出的电压 V_OUT 与磁通量的导数成正比，因此也与被测电流 I_P的导数成正比。由于直流导数为零，因此该技术仅适用于交流或脉冲电流的测量。

测量电流的波形需要对感应电压 V_OUT 进行积分。因此，罗氏线圈输出信号的处理需要包含积分功能。

罗氏线圈的典型应用

罗氏线圈具有轻巧的测量头和远程电子设备（测量头和电子设备之间的距离可达 4 米或 12 英尺）。

再加上前面所述的所有特性，使得该产品适用于广泛的应用领域。

智能电网
测量母线电流，尤其是感应加热设备中的电流。
变频器、变速驱动器和发电机。
控制功率半导体。
分析主电网中的电流分布。
谐波分析、功率测量、市电和 UPS 的峰值负载测量。
开关模式电源。
低压或中压配电装置。
电力电子装置。
配电公司安装的电能表和电网分析仪的传感元件
电气维护、维修、机器安装和启动应用。
连接大多数测量仪器，包括万用表、示波器、记录设备、数据记录器等。

PRiME™电流传感器

特点

交流测量，动态范围宽
无磁饱和
过载能力强
线性度好
精度不受电缆在孔径中的位置和外部磁场的影响
重量轻、封装小
热损耗低

PRiME™电流传感器工作原理

PRiME 采用罗格夫斯基原理。

测量头不是传统的绕线线圈，而是由安装在基座 PCB 上的多个传感器PCB（每个PCB由两个独立的空芯线圈组成）组成。

各个传感器PCB串联在一起，形成两个同心圆。需要对其输出端的感应电压进行积分来获得被测电流的振幅和相位信息。

PRiME™电流传感器的典型应用

PRiME™电流传感器主要用于可再生能源和自动化领域。

该技术还可用于以下应用：

自动化系统：用于远程监控（如电机）和软件报警的模拟电流测量
面板仪表：通过简单连接实现能量消耗的显示。
VFD 控制负载： VFD 输出显示电机和附加负载的运行情况。
可控硅控制负载：精确测量相角启动或脉冲启动（时间比例）可控硅。电流测量比温度测量响应更快。
开关电源和电子镇流器：真有效值传感是测量电源或镇流器输入功率的最准确方法。

开口式电流互感器（AT 和 TT 型）

特点

非接触式测量
交流和脉冲信号
无需电源
开口式设计，便于安装
整体精度高
电隔离

开口式AT和 TT 型电流互感器的工作原理

互感器器是一种静态电气设备，通过绕组之间的感应耦合传递能量。它由一个 N_P 匝的初级线圈（W_P）和一个 N_S 匝的次级线圈（W_S）组成，绕在同一个磁芯（C）上。

初级线圈中的变化电流 I_P（此处与穿过开孔的初级导体等效：N_P = 1）在穿过次级线圈的变压器铁芯中产生变化磁通。变化的磁通在次级绕组中产生变化的电动势或电压 Vind。在次级绕组上连接负载会产生电流 IS。补偿次级电流 I_S 与待测初级电流 I_P 成正比，因此 N_P.I_P = N_S.I_S

电流互感器不能测量直流电流，因为直流电流存在磁饱和风险。上述关系仅在电流互感器的带宽范围内适用。

警告: 切勿让输出端空载，否则会危及用户的安全。

AT 和 TT 型开口式电流互感器的典型应用

开口式 AT 和 TT 型电流互感器用于智能电网和自动化应用

自动化和监控：通过分布式 PLC 或远程控制（如 SCADA 软件）测量用于过程调节的电流
安全和状态监测：用于保护系统和预测性维护的负载监控（如输送机、泵或 HVAC 电机）
能源管理：与电能计量子表的便捷连接
功率监测：用于有功功率计算的电流测量
能量子表：用于能效监控、能耗分析和成本分配
电能质量监控
状态监测（如输送机、泵或暖通空调的电机）
分布式测量系统