可再生能源使電流表分流電阻器恢復活力

 可再生能源的興起使電流表電阻重新引起人們的注意。本文探討了電流表電阻器的操作以及如何為特定應用的需求選擇合適的電阻器。

已經(jīng)轉(zhuǎn)向可再生能源，以試圖擺脫碳源的枯竭。太陽能，風能，波浪能和潮汐能源的數(shù)量增加，促使人們需要一種高度精確的電流測量方法。之所以需要該解決方案，有幾個原因：要確保準確計費，要有更精細的控制級別，而且也許重要的是要確保分布式電源系統(tǒng)的效率。

有幾種測量電流的方法。然而，適合可再生應用的是傳統(tǒng)的電流表，它使用分流電阻器來處理大電流。

可再生能源的需求

可再生能源不是近出現(xiàn)的現(xiàn)象。水力發(fā)電廠已經(jīng)在某些地區(qū)流行了數(shù)十年。但是對于那些試圖擺脫基于碳的經(jīng)濟的國家來說，大規(guī)模使用太陽能和風能一直是新一代可再生能源的主要關(guān)注點。

這些可再生能源的發(fā)電不同于常規(guī)能源，例如煤炭，天然氣和核電站。這是因為可再生能源要么直接產(chǎn)生直流電，要么它們產(chǎn)生的電力需要在交流和直流之間進行某種轉(zhuǎn)換。碳基發(fā)電本身會產(chǎn)生交流電，可以使用變電站變壓器輕松將其饋入電網(wǎng)。

可再生能源通過更復雜的途徑到達電網(wǎng)。光伏面板產(chǎn)生純直流能量，必須使用逆變器將其轉(zhuǎn)換為交流電才能饋入電網(wǎng)。一些風力渦輪機還產(chǎn)生直流電，尤其是在家庭，農(nóng)場和工業(yè)單位附近看到的較小的裝置。

在大型風電場中，渦輪機可能會產(chǎn)生交流電。但是，將電源連接到電網(wǎng)需要電壓和頻率與電網(wǎng)兼容。但是，在許多情況下并非如此。輸出功率的電壓和頻率與風力渦輪機的轉(zhuǎn)速相關(guān)，后者取決于風速。

一種解決方案是使用齒輪箱使渦輪速度與市電頻率同步。缺點是，這會增加系統(tǒng)的復雜性，并給整體設(shè)計帶來額外的成本和重量。在大多數(shù)情況下，優(yōu)秀將渦輪機輸出轉(zhuǎn)換為直流電，然后使用逆變器以適合電網(wǎng)的正確頻率和電壓將其轉(zhuǎn)換回交流電。

由于幾乎每個可再生電源在配電系統(tǒng)中的某個位置都同時使用交流電和直流電，因此需要精確測量這兩種類型的電源。對于交流測量，電流互感器很受歡迎，因為它們提供了與被測電路電流隔離的額外好處。但是變壓器不能用于直流電源。

有一些基于霍爾效應電流傳感器的測量工具，可以測量交流電流和直流電流，并且它們也可以提供電流隔離。這種類型的測量的主要問題是精度-使用霍爾效應電流傳感器通常不可能達到要求的0.1％（或更高）的精度。

第三種選擇是使用帶有精密并聯(lián)電阻（精密電阻）的電流表。這種類型的測量不提供電流隔離，因此必須在其他地方包括在內(nèi)。

電流表分流電阻器的工作原理

電流表分流電阻器的操作已得到很好的理解。過去在電流測量中被廣泛使用，該技術(shù)的基本原理幾乎在每個電氣工程課程中都有講授。電阻器用于“分流”測量儀器周圍的大部分電流。與使用普通電流表相比，該技術(shù)可以測量更大的電流。低值電阻與負載串聯(lián)，在電阻兩端產(chǎn)生一個小的壓降，可以使用電壓表進行測量。然后使用歐姆定律計算電流（零歐姆電阻）。

這是電表操作的基本原理。當然，現(xiàn)代電流表分流器要復雜一些。分流電阻器的值與電壓表一起工作，以在分流器的*大額定電流下提供*大偏轉(zhuǎn)。在該電流下，設(shè)計的壓降通常為50、75或100 mV。在一個典型示例中，可以測量較高100 A電流且壓降為100 mV的電阻器的阻值為1mΩ。對于較高的電流，將需要較低的電阻值以及較低的壓降。

由于具有如此低的電阻，必須預先精確定義，并且必須消除系統(tǒng)中可能引起錯誤的任何其他元素。減少潛在錯誤測量的一種方法是使用四端子電阻器，以使負載連接與測量端子分開。

用于制造電阻器的許多材料容易受溫度變化的影響。嘗試以0.1％的精度進行測量時，電阻器材料必須具有較低的電阻溫度系數(shù)（TCR）。例如，錳合金可用于并聯(lián)電流表電阻器（排電阻），因為它的TCR在−40至+60ºC的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定。

典型的大電流分流電阻器的堅固的四端子結(jié)構(gòu)可確保精確的測量和有效的功耗。

并聯(lián)電流表電阻器通常被要求消耗大量功率，因為??它們被設(shè)計為承載電路的全部電流。分流電流表的設(shè)計必須考慮到散熱，使用傳導和對流技術(shù)來散熱。如果在連續(xù)電流下使用該設(shè)備，則可能需要降低其額定功率，以符合針對直流儀表分流器的IEEE標準。

*佳選擇是什么？

在為給定應用選擇分流電阻時，無論是現(xiàn)成購買還是定制的，都必須考慮許多因素。如前所述，電阻必須在系統(tǒng)將經(jīng)歷的整個溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定。電阻的較高工作溫度通常為80°C，正常工作溫度為40至60°C。

較高工作溫度保持在80°C以下，因為高于該溫度會導致電阻漂移并干擾測量精度。如果電阻元件的溫度升高到140°C以上，它將觸發(fā)退火過程，從而長期改變電阻。為了較大程度地減少這種情況的發(fā)生，正確設(shè)置分流器的位置和方向至關(guān)重要。如果元件垂直安裝，它將獲得*大量的自由空氣以進行對流。甚至這還不夠，電路可能需要強制風冷或水冷（圖3）。

錳合金提供較低的電阻溫度系數(shù)。

如果在電流測量期間電壓過高，則導線和儀器中都會自然存在電壓，因此必須小心。如果可行，應將分流器放置在接地腳上。如果電壓高于750 V，則必須將其放置在該位置。

通常，分流器以其*大額定電流的66％左右運行。例外情況是，分流器旨在測量間歇性或浪涌電流。在這些情況下，可以承受更高的電流，而不必擔心電阻器元件會超過較高額定溫度。因此，選擇分流電阻時，占空比變得很重要。冷卻的需求和類型可以根據(jù)環(huán)境的周圍溫度，占空比和較高容許溫度的組合來計算。

當然，與所有其他類型的測量設(shè)備一樣，電流表分流電阻器將需要定期重新校準和重新認證，以確保測量足以滿足應用程序?qū)芍貜托院蜏蚀_性的需求。許多公司每年執(zhí)行此任務(wù)。

為了說明可用的各種分流電阻器，Riedon具有額定電流范圍為5至1200 A的直流電流表分流器，具有50和100 mV輸出。該公司的RS系列標準公差為±0.25％，TCR為±15 ppm /?C。對于要求更高的應用，Riedon可以提供低至±0.1％的電壓容差，或者可以提供不同輸出電壓的其他設(shè)備。

總結(jié)

長期以來，電流表電阻一直是測量電流的流行工具。在某些應用中，其他測量技術(shù)已取代了電流表電阻器，但可再生能源使該技術(shù)重新成為關(guān)注焦點。在購買或指定用于傳統(tǒng)或新興角色的電流表電阻器時，應注意分流電阻器完*滿足應用需求。與經(jīng)驗豐富的成熟制造商合作可以簡化此過程，該制造商可以指導您解決所有陷阱。