전류 센서 종류 및 원리 [직류, 교류, 홀 전류 센서 등]

전기 직군에서 일하다 보면 다양한 센서들을 접하게 되는데요, 교류와 직류 전류를 감지하는 전류 센서와 온도센서, 압력 센서 등 다양한 센서들의 종류가 있습니다.

오늘은 전류 센서의 원리와 종류에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

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목차

1. 전류 센서의 원리

 1.1 전류 센서란

 1.2 전류 센서의 원리

 

2. 전류 센서의 종류

 2.1 Shunt 저항 및 자계 검출 타입

 2.2 홀센서 타입 등

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1. 전류 센서의 원리

1) 전류 센서란?

전류 센서란 센서명 그대로 전류를 감지하는 센서입니다. 

전류의 종류에는 교류와 직류가 있는데요, 센서 또한 교류 전류와 직류 전류를 감지하는 센서 종류가 있습니다. 대표적으로는 변류기를 이용한 방식과 홀 소자를 이용한 검출 방식이 있습니다. 

 

 

2) 전류 센서의 원리

출처 : i-매거진

저항 검출 방법

전기의 대표적 기본원리인 V=IR을 활용한 저항을 이용한 전류 검출 방법입니다. 

회로에 기준저항을 연결하게 되면 저항에 전압강하가 발생하게 됩니다. 보통 이러한 방식을 Shunt 저항 방식이라고 불리며 회로 상에 Shunt 저항을 직렬로 연결하여 해당 저항의 전압강하를 측정하여 전류값을 계산할 수 있습니다. 

기준 저항에 고정밀도 저항을 사용하게 되면 양호한 정밀도의 전류를 측정할 수 있으며, 직류와 교류에서 모두 사용이 가능한 장점이 있습니다. 

단점으로는 비접촉으로 측정이 불가능하고 회로상에 Shunt 저항이 직접 연결되어야 하므로 큰 대전류는 측정이 곤란하다는 점이 있습니다. 보통 수백 A까지 측정이 가능합니다.

 

 

변류기 사용 방법

변류기(CT) 소자를 이용한 전류 검출 방법입니다. 

변류기는 변압기 원리를 사용하므로 일반적으로 전류가 시간적으로 변화하는 AC 전류 측정에만 이용이 가능합니다.

도선에 전류가 흐르게 되면 전류 주변에 자계가 형성이 되는데요, 도넛 모양의 CT 내부를 도선이 통과하게 되면 도선 주변의 자계가 CT의 코일에 흐르게 됩니다. 이때 CT 권수 비를 이용하여 변압기의 원리로 2차 측에 기준 전류가 흐르게 됩니다. 

일반적으로 2차측에는 최대 5A의 기준 전류가 흐르게 됩니다. 

2차 측에 흐르는 소전류를 검출하여 권수 비를 역으로 곱하게 되면 1차 측 대전류를 환산할 수 있습니다. 

 

 

홀 센서 사용 방법

출처 : 네이버 지식백과

전류의 직각 방향으로 자계를 가했을 때 전류와 자계에 직각인 방향으로 기전력이 발생하는 현상을 홀 효과라고 부릅니다. 

이러한 홀효과를 이용한 센서를 홀 센서라고 부르며, 홀 센서는 BLDC 모터의 회전자 위치 검출 및 직, 교류 전류 감지, 회전수 감지 등 다양한 분야에 사용됩니다.

일반적으로 자성을 띈 물체의 자계 변화로 신호가 발생됩니다.

 

 

 

 

2. 전류 센서의 종류

1) Shunt저항 및 자계 검출 타입

대표적 전류 검출 방법인 Shunt 저항을 활용한 저항 검출 방법과 도선 주변의 자계를 검출해서 전류를 검출하는 자계 검출 타입이 있습니다. 

좌 : 자계 검출 타입 / 우 : Shunt 저항

가장 범용으로 사용하는 전류 센서 종류로 회로 내 전류를 측정하여 디지털 전류계로 보내주는 방식으로 많이 사용합니다. 일반적으로 DC 전류는 Shunt 저항을 사용하고 AC 전류는 변류기를 사용하여 검출합니다. 

 

2) 홀센서 타입 등

출처 : 로옴

홀 소자를 이용한 홀 전류 센서 타입입니다. 

센서 제작사 로옴에서는 홀 소자 대비 높은 감도와  낮은 전력 손실의 MI 전류 센서 타입을 개발하였네요

일반적으로 변류기와 Shunt 저항을 활용한 경제성이 좋은 범용 타입을 사용하지만, 고정밀도를 필요로 하는 전류 센서의 경우 홀 센서 등 정밀 센서를 활용하여 전류를 측정합니다. 

이러한 센서타입은 설치 면적이 작고 정밀도가 높은 장점을 가지지만 범용 타입에 비해 고비용의 단점을 지닙니다. 

 

 

 

 

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