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為何在測量大電流時，消耗功率會有誤差？

峰值電流、超量程、受磁對測量結果的影響

在評估EV、變頻器、馬達、電源裝置及功率調節器等設備時，除了測量穩態電流之外，準確捕捉啟動時或高負載運行期間出現的瞬時大電流，也相當重要。
即使電流感測器的額定電流看似足夠，但實際測量時，可能會出現超過感測器測量範圍的突波電流或瞬態峰值電流。如此一來，電流消耗或功率消耗的累計值便可能產生誤差。

此應用案例將說明預期外的大電流會如何影響功率消耗的測量，以及在挑選大電流測量用的電流感測器時該注意什麼。

啟動時或高負載時，容易產生高出穩態電流許多的峰值電流

許多負載在通電或啟動時，會產生超過穩態電流的突波電流。舉例來說，當電路中包含馬達、變壓器、電容器，則可能會瞬間產生遠超過額定電流的大電流。

一般來說參考值大致如下：

負載的種類	例	突波電流參考值
電阻性負載	加熱器	約1倍
電感性負載	繼電器	約2倍〜3倍
	螺線管	約10倍
	馬達	約5倍〜10倍
燈具負載	白熾燈泡和鹵素燈	約10〜15倍
電容性負載	電容器	約20倍〜50倍
變壓器負載	變壓器	約10倍〜20倍

若在挑選電流感測器時只考慮穩態電流，便可能無法在測量時捕捉到這樣的瞬間峰值。

當電流峰值超過測量範圍，波形會發生削波

當電流超過感測器可測量的範圍時，實際上存在的峰值電流，在測量波形上會呈現波形頂部被強制「削平」狀態。這個現象稱為削波(Clipping)。
當發生削波時，峰值部分的電流值會被低估。因為消耗電流和功率的計算是以時間累計來算，因此若漏掉峰值的部分，則累計值將會變小。
特別是在評估包含啟動時的突波電流和高負載的短時間峰值的消耗功率時，即使只是一瞬間的超量程，也可能會影響累計結果。

過大的電流可能因感測器磁化而導致零點偏移（offset）誤差

另外一個需要注意的重要影響因素，是電流感測器的磁化。
在使用磁芯的電流感測器中，當流過超過測量範圍的大電流後，磁芯內部可能會殘留磁通。由於這種剩磁通，即使實際電流已降至零，測量值中仍可能存在微小零點偏移（offset）。儘管這種偏移乍看之下微不足道，但在長時間的消耗電流測量及功率累計時，便會逐漸積累成誤差。換言之，這樣一來不僅無法準確測量峰值電流，後續測量也可能受到影響。

電流波形（時間波形）

圖1. 電流峰值的削波和磁化所帶來的零點偏移（offset），會導致累計值產生誤差

受磁的影響會依感測器的設計而有所不同

磁化是任何採用磁芯的電流感測器都可能出現的現象。然而，其影響程度因感測器設計而異。
例如，在比較 HIOKI 電流感測器時，可以觀察到在施加過大電流後，其零點偏移（offset）的變化存在差異。在設計合理的電流感測器中，磁化引起的零點偏移也較小。

以 CT6846（額定電流 1000 A）為例，若測量電流為 2000 A（即額定值的兩倍），則因磁化引起的零點偏移（offset）誤差約為 70 mA。相對於額定電流，此誤差為 0.07%。

只憑功率計（電力計）的測量值，很難察覺到「過量程」

在測量功率消耗時，常以平均功率、累計功率量、效率等數值作為最終評估值。然而，若只看這些數值，可能無法判斷電流是否有瞬間的削波，或是有無發生磁化引起零點偏移（offset）。

因此，在進行大電流的測量時，以下三點確認事項相當重要。
・掌握啟動時或負載變動時的電流峰值
・透過波形顯示確認有無削波
・確認零點變化及有無零點偏移（offset）

挑選測量大電流用感測器時，該確認什麼呢？

在挑選測量大電流用的感測器時，並非只是看「額定電流夠不夠大」，建議依照測量目的選擇，並參考多項參數，進行整體確認。

確認項目	內容	挑選時的重點
額定電流	感測器可正確測量的電流範圍	不只是穩態電流，也要考慮峰值電流
最大峰值電流	在感測器不會損壞的情形下可承受的最大電流	須注意這可能不在測量的準確保證範圍內
輸出率	電流的輸出靈敏度	額定電流越大，靈敏度有越低的傾向
頻率帶寬	能追蹤電流變化到多少頻率	在測量暫態現象或開關成分時相當重要
感測器尺寸	夾鉗直徑、設備尺寸、安裝便利性	大電流用的感測器，體積可能較大
使用溫度範圍	感測器參數符合規格的溫度範圍	對於車載評估或環境試驗相當重要
磁化影響	過大電流的零點偏移（offset）變化	長時間累計或高精度測量時需要確認

在測量大電流時，除了要避免因量程不足導致削波之外，若是選擇比所需額定規格還要大的感測器，可能會因為輸出靈敏度變低，導致難以捕捉微小的電流變化。

因此，在挑選感測器時，被測物的最大電流、所需要的解析度、頻率成分、安裝條件都必須納入考量。

【舉例】適合大電流測量的電流感測器：CT6847A

在測量涉及大電流的功率時，必須選擇與被測物電流量程相符的感測器。
HIOKI的AC/DC電流探棒CT6847A，是一款可適用於DC 2000 A、AC 1400 A測量的勾式電流感測器。可用於EV、馬達、變頻器、功率調節器等設備、超過1000A的大電流測量。

主要規格如下：

項目	CT6847A
額定電流	DC 2000 A、AC 1400 A
頻率帶寬	DC〜70 kHz
最大峰值電流	±2400 A peak
芯徑	φ50 mm
使用溫度範圍	-40℃〜85℃
檢測方式	磁通門・零磁通法

在挑選測量大電流用的感測器時，CT6847A是一個選項。然而，怎樣的電流感測器才是最適合的，取決於被測物的電流值、必要的精度、頻率帶寬、安裝條件以及所使用的測量儀器。

總結：
在測量大電流時，建議先確認峰值電流跟感測器特性

要準確測量消耗電流跟消耗功率，不只要考慮穩態電流，還必須注意啟動時或高負載時容易產生的電流峰值。
當電流峰值超過感測器的測量範圍時，波形會產生削波而失真，導致累計值變小。另外，若因過大電流產生磁化，則零點偏移（offset）誤差可能會影響累計值。
在挑選測量大電流用的電流感測器時，不只是額定電流，建議也對最大峰值電流、輸出率、頻率帶寬、感測器尺寸、使用溫度範圍、磁化影響進行整體確認。