Tại sao cần cảm biến dòng điện?
Đo dòng điện là cơ sở của bảo vệ quá tải, giám sát năng lượng, điều khiển biến tần và phát hiện sự cố. Cắt trực tiếp dây điện để nối đồng hồ đo là nguy hiểm và không thực tế khi dòng lớn (hàng trăm ampe). Cảm biến dòng điện đo không xâm lấn (non-invasive) hoặc ít xâm lấn bằng cách kẹp quanh dây dẫn.
Biến dòng CT (Current Transformer)
CT hoạt động theo nguyên lý biến áp: dây dẫn chính là cuộn sơ cấp (1 vòng), cuộn thứ cấp quấn quanh lõi từ. Dòng sơ cấp tạo từ thông, cảm ứng dòng thứ cấp theo tỉ số vòng dây: I2 = I1 / N (N = số vòng thứ cấp).
- Chỉ đo được AC (cần dòng biến thiên để có từ thông biến thiên)
- Đầu ra: dòng AC nhỏ (thường 1 A hoặc 5 A thứ cấp) — cần điện trở burden để đổi sang điện áp, hoặc CT có tích hợp mạch chỉnh lưu + scaling → 0–5 V hoặc 4–20 mA
- Tỉ số biến dòng: ví dụ 100A/5A — đo dòng sơ cấp 100 A, thứ cấp 5 A. Kết nối đồng hồ Ampe có đầu vào 5 A hoặc qua điện trở burden 0,1 Ω → điện áp 0,5 V.
- Không được hở mạch thứ cấp: khi thứ cấp hở, toàn bộ từ thông dồn vào lõi gây điện áp cảm ứng hàng kV, nguy hiểm và phá hỏng CT.
- Ứng dụng: đồng hồ điện công tơ, bảo vệ quá dòng relay, đo công suất SCADA, giám sát tủ điện
Split-core CT (CT kẹp mở)
Lõi từ được tách làm 2 nửa, kẹp quanh dây dẫn mà không cần cắt dây — rất tiện lắp đặt thêm sau. Ví dụ: SCT-013 dùng phổ biến với Arduino, Raspberry Pi để giám sát điện năng gia đình.
Cảm biến Hall effect
Hiệu ứng Hall: dòng điện chạy qua tấm bán dẫn trong từ trường vuông góc sinh ra điện áp Hall (V_H) vuông góc với cả dòng và từ trường. Cảm biến Hall đặt trong khe hở lõi từ của cảm biến dòng, đo từ thông tỉ lệ với dòng điện.
- Đo được cả AC và DC — quan trọng cho biến tần, xe điện, sạc pin
- Phản hồi nhanh: bandwidth đến vài MHz — đo được dòng xung, sóng hài cao
- Đầu ra: thường là điện áp analog 0–5 V hoặc ±2,5 V (tâm 2,5 V = 0 A)
- Có cách ly điện: mạch đo và dây dẫn chính không nối điện → an toàn khi đo mạch điện áp cao
- Ví dụ phổ biến: ACS712 (±5A/±20A/±30A, 5V, độ nhạy 185 mV/A), LEM LA/LV series (công nghiệp cao cấp)
- Ứng dụng: biến tần, UPS, sạc xe điện, bảo vệ quá dòng DC, đo năng lượng pin mặt trời
So sánh CT và Hall effect
| Tiêu chí | CT (biến dòng) | Hall effect sensor |
|---|---|---|
| Đo AC/DC | Chỉ AC | Cả AC và DC |
| Cách ly điện | Có (biến áp) | Có (lõi từ) |
| Phản hồi tần số | 50–400 Hz | DC đến vài MHz |
| Độ chính xác (class 0,5) | Rất cao (class 0,2–0,5) | Tốt (±1–3%) |
| Giá | Thấp–trung bình | Trung bình–cao |
| Lắp đặt | Kẹp quanh dây, không cần cắt | Kẹp quanh dây (split-core) |
| Ứng dụng tiêu biểu | Công tơ điện, bảo vệ relay | Biến tần, xe điện, năng lượng mặt trời |
Lựa chọn tỉ số biến dòng CT
Nguyên tắc: dòng sơ cấp tối đa phải ≤ 120% tỉ số danh định CT. Ví dụ: máy bơm 22 kW, 400 V, cosφ = 0,85: I = P/(√3 × V × cosφ) = 22000/(1,732 × 400 × 0,85) ≈ 37,4 A. Chọn CT 50A/5A (dòng làm việc = 75% CT) là hợp lý. Không chọn 40A/5A vì quá sát giới hạn.