可再生能源使电流表分流电阻器恢复活力

 可再生能源的兴起使电流表电阻重新引起人们的注意。本文探讨了电流表电阻器的操作以及如何为特定应用的需求选择合适的电阻器。

已经转向可再生能源，以试图摆脱碳源的枯竭。太阳能，风能，波浪能和潮汐能源的数量增加，促使人们需要一种高度精确的电流测量方法。之所以需要该解决方案，有几个原因：要确保准确计费，要有更精细的控制级别，而且也许重要的是要确保分布式电源系统的效率。

有几种测量电流的方法。然而，适合可再生应用的是传统的电流表，它使用分流电阻器来处理大电流。

可再生能源的需求

可再生能源不是近出现的现象。水力发电厂已经在某些地区流行了数十年。但是对于那些试图摆脱基于碳的经济的国家来说，大规模使用太阳能和风能一直是新一代可再生能源的主要关注点。

这些可再生能源的发电不同于常规能源，例如煤炭，天然气和核电站。这是因为可再生能源要么直接产生直流电，要么它们产生的电力需要在交流和直流之间进行某种转换。碳基发电本身会产生交流电，可以使用变电站变压器轻松将其馈入电网。

可再生能源通过更复杂的途径到达电网。光伏面板产生纯直流能量，必须使用逆变器将其转换为交流电才能馈入电网。一些风力涡轮机还产生直流电，尤其是在家庭，农场和工业单位附近看到的较小的装置。

在大型风电场中，涡轮机可能会产生交流电。但是，将电源连接到电网需要电压和频率与电网兼容。但是，在许多情况下并非如此。输出功率的电压和频率与风力涡轮机的转速相关，后者取决于风速。

一种解决方案是使用齿轮箱使涡轮速度与市电频率同步。缺点是，这会增加系统的复杂性，并给整体设计带来额外的成本和重量。在大多数情况下，优秀将涡轮机输出转换为直流电，然后使用逆变器以适合电网的正确频率和电压将其转换回交流电。

由于几乎每个可再生电源在配电系统中的某个位置都同时使用交流电和直流电，因此需要精确测量这两种类型的电源。对于交流测量，电流互感器很受欢迎，因为它们提供了与被测电路电流隔离的额外好处。但是变压器不能用于直流电源。

有一些基于霍尔效应电流传感器的测量工具，可以测量交流电流和直流电流，并且它们也可以提供电流隔离。这种类型的测量的主要问题是精度-使用霍尔效应电流传感器通常不可能达到要求的0.1％（或更高）的精度。

第三种选择是使用带有精密并联电阻（精密电阻）的电流表。这种类型的测量不提供电流隔离，因此必须在其他地方包括在内。

电流表分流电阻器的工作原理

电流表分流电阻器的操作已得到很好的理解。过去在电流测量中被广泛使用，该技术的基本原理几乎在每个电气工程课程中都有讲授。电阻器用于“分流”测量仪器周围的大部分电流。与使用普通电流表相比，该技术可以测量更大的电流。低值电阻与负载串联，在电阻两端产生一个小的压降，可以使用电压表进行测量。然后使用欧姆定律计算电流（零欧姆电阻）。

这是电表操作的基本原理。当然，现代电流表分流器要复杂一些。分流电阻器的值与电压表一起工作，以在分流器的*大额定电流下提供*大偏转。在该电流下，设计的压降通常为50、75或100 mV。在一个典型示例中，可以测量较高100 A电流且压降为100 mV的电阻器的阻值为1mΩ。对于较高的电流，将需要较低的电阻值以及较低的压降。

由于具有如此低的电阻，必须预先精确定义，并且必须消除系统中可能引起错误的任何其他元素。减少潜在错误测量的一种方法是使用四端子电阻器，以使负载连接与测量端子分开。

用于制造电阻器的许多材料容易受温度变化的影响。尝试以0.1％的精度进行测量时，电阻器材料必须具有较低的电阻温度系数（TCR）。例如，锰合金可用于并联电流表电阻器（排电阻），因为它的TCR在−40至+60ºC的温度范围内稳定。

典型的大电流分流电阻器的坚固的四端子结构可确保精确的测量和有效的功耗。

并联电流表电阻器通常被要求消耗大量功率，因为​​它们被设计为承载电路的全部电流。分流电流表的设计必须考虑到散热，使用传导和对流技术来散热。如果在连续电流下使用该设备，则可能需要降低其额定功率，以符合针对直流仪表分流器的IEEE标准。

*佳选择是什么？

在为给定应用选择分流电阻时，无论是现成购买还是定制的，都必须考虑许多因素。如前所述，电阻必须在系统将经历的整个温度范围内保持稳定。电阻的较高工作温度通常为80°C，正常工作温度为40至60°C。

较高工作温度保持在80°C以下，因为高于该温度会导致电阻漂移并干扰测量精度。如果电阻元件的温度升高到140°C以上，它将触发退火过程，从而长期改变电阻。为了较大程度地减少这种情况的发生，正确设置分流器的位置和方向至关重要。如果元件垂直安装，它将获得*大量的自由空气以进行对流。甚至这还不够，电路可能需要强制风冷或水冷（图3）。

锰合金提供较低的电阻温度系数。

如果在电流测量期间电压过高，则导线和仪器中都会自然存在电压，因此必须小心。如果可行，应将分流器放置在接地脚上。如果电压高于750 V，则必须将其放置在该位置。

通常，分流器以其*大额定电流的66％左右运行。例外情况是，分流器旨在测量间歇性或浪涌电流。在这些情况下，可以承受更高的电流，而不必担心电阻器元件会超过较高额定温度。因此，选择分流电阻时，占空比变得很重要。冷却的需求和类型可以根据环境的周围温度，占空比和较高容许温度的组合来计算。

当然，与所有其他类型的测量设备一样，电流表分流电阻器将需要定期重新校准和重新认证，以确保测量足以满足应用程序对可重复性和准确性的需求。许多公司每年执行此任务。

为了说明可用的各种分流电阻器，Riedon具有额定电流范围为5至1200 A的直流电流表分流器，具有50和100 mV输出。该公司的RS系列标准公差为±0.25％，TCR为±15 ppm /˚C。对于要求更高的应用，Riedon可以提供低至±0.1％的电压容差，或者可以提供不同输出电压的其他设备。

总结

长期以来，电流表电阻一直是测量电流的流行工具。在某些应用中，其他测量技术已取代了电流表电阻器，但可再生能源使该技术重新成为关注焦点。在购买或指定用于传统或新兴角色的电流表电阻器时，应注意分流电阻器完*满足应用需求。与经验丰富的成熟制造商合作可以简化此过程，该制造商可以指导您解决所有陷阱。