電磁式電流互感器磁飽的相關(guān)問題
發(fā)布時(shí)間:2021-02-19 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理,根據(jù)霍爾效應(yīng)原理,從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic,并在霍爾 元件平面的法線方向上施加磁場 強(qiáng)度為B的磁場,那么在垂直于 電流和磁場方向(即霍爾輸出端 之間),將產(chǎn)生一個(gè)電勢VH,稱 其為霍爾電勢,其大小正比于控 制電流I。與磁場強(qiáng)度B的乘積。 即有式中:K為霍爾系數(shù),由霍爾元件的材料決定;I。為控制電流;B為磁場強(qiáng)度; VH為霍爾電勢。
霍爾電流傳感器的原理
霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC,當(dāng)有一磁場B穿過該器件感磁面,則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢VH?;魻栯妱軻H的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比,即:VH=KHICBsinΘ?;魻栯娏鱾鞲衅魇前凑栈魻栃?yīng)原理制成,對安培定律加以應(yīng)用,即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場,而霍爾器件則用來測量這一磁場。因此,使電流的非接觸測量成為可能。通過測量霍爾電勢的大小間接測量載流導(dǎo)體電流的大小。因此,電流傳感器經(jīng)過了電-磁-電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。
工作原理
1、 直放式(開環(huán))電流傳感器(CS系列)
霍爾電流傳感器的工作原理與其磁飽和問題
當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時(shí),在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場,這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比,產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi),通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出,其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為4V。
2、磁平衡式(閉環(huán))電流傳感器(CSM系列)
霍爾電流傳感器的工作原理與其磁飽和問題
磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器,即原邊電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場通過一個(gè)次級線圈電流所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償電流Is精確的反映原邊電流Ip,從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。
具體工作過程為:當(dāng)主回路有一電流通過時(shí),在導(dǎo)線上產(chǎn)生的磁場被磁環(huán)聚集并感應(yīng)到霍爾器件上,所產(chǎn)生的信號輸出用于驅(qū)動(dòng)功率管并使其導(dǎo)通,從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產(chǎn)生磁場,該磁場與被測電流產(chǎn)生的磁場正好相反,因而補(bǔ)償了原來的磁場,使霍爾器件的輸出逐漸減小。當(dāng)與Ip與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場相等時(shí),Is不再增加,這時(shí)的霍爾器件起到指示零磁通的作用,此時(shí)可以通過Is來測試Ip。當(dāng)Ip變化時(shí),平衡受到破壞,霍爾器件有信號輸出,即重復(fù)上述過程重新達(dá)到平衡。被測電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡。一旦磁場失去平衡,霍爾器件就有信號輸出。經(jīng)功率放大后,立即就有相應(yīng)的電流流過次級繞組以對失衡的磁場進(jìn)行補(bǔ)償。從磁場失衡到再次平衡,所需的時(shí)間理論上不到1μs,這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。因此,從宏觀上看,次級的補(bǔ)償電流安匝數(shù)在任何時(shí)間都與初級被測電流的安匝數(shù)相等。
3、霍爾電壓(閉環(huán))傳感器(VSM系列)
霍爾電壓傳感器的工作原理與閉環(huán)式電流傳感器相似,也是以磁平衡方式工作的。原邊電壓VP通過限流電阻Ri產(chǎn)生電流,流過原邊線圈產(chǎn)生磁場,聚集在磁環(huán)內(nèi),通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件輸出信號控制的補(bǔ)償電流IS流過副邊線圈產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償,其補(bǔ)償電流IS精確的反映原邊電壓VP。
4、交流電流傳感器(A-CS系列)
交流電流傳感器主要測量交流信號燈電流。是將霍爾感應(yīng)出的交流信號經(jīng)過AC-DC及其他轉(zhuǎn)換,變?yōu)?~4V、0~20mA(或4~20mA)的標(biāo)準(zhǔn)直流信號輸出供各種系統(tǒng)使用。
工作過程
開環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理,閉環(huán)的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環(huán)的在響應(yīng)時(shí)間跟精度上要比開環(huán)的好很多。開環(huán)和閉環(huán)都可以監(jiān)測交流電,一般開環(huán)的適用于大電流監(jiān)測,閉環(huán)適用于小電流監(jiān)測。
開環(huán)式霍爾傳感器的工作過程:
原邊電流(Ip)通過一根導(dǎo)線時(shí),在導(dǎo)線四周將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場,這一磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比,它能通過磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號輸出。這一信號經(jīng)信號放大器放大后直接輸出,霍爾器件輸出的信號準(zhǔn)確反映了原邊電流的輸出情況。
優(yōu)點(diǎn):封裝尺寸小 ,測量范圍廣 ,重量輕,低電源損耗,無插損
閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作過程:
當(dāng)原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過磁芯集中在磁路中,霍爾器件固定在氣隙中檢測磁通,通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補(bǔ)償電流,用于抵消原邊電流(IP)產(chǎn)生的磁通,使得磁路中磁通始終保持為零。霍爾器件和輔助電路產(chǎn)生的副邊補(bǔ)償電流準(zhǔn)確反映了原邊電流的大小。經(jīng)過特殊電路的處理,傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。
霍爾傳感器的磁飽和問題
許多霍爾電流傳感器廠家在其技術(shù)資料的也將無磁飽和作為霍爾電流傳感器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)來宣傳。霍爾電流傳感器不會(huì)發(fā)生磁飽和幾乎是霍爾電流傳感器自應(yīng)用以來就得到廣泛認(rèn)可的主要優(yōu)點(diǎn)之一。
事實(shí)是不是這樣呢?
事實(shí)上,霍爾電流傳感器包含了非線性的磁芯,就已經(jīng)決定了霍爾電流傳感器在特定情況下,一定會(huì)發(fā)生磁飽和!
1、開環(huán)式霍爾電流傳感器的磁飽和問題
下圖為所有高導(dǎo)磁材料的典型磁化曲線示意圖:
霍爾電流傳感器的工作原理與其磁飽和問題
圖中,Oa’為起始非線性段,a’a’’為線性段,a’’a為飽和區(qū)。眾所周期,為了獲取較好的測量結(jié)果,不論是開環(huán)式霍爾電流傳感器,還是電磁式互感器,都會(huì)將磁化曲線中線性度較好的一段作為工作區(qū)間。換言之,只要磁感應(yīng)強(qiáng)度超出線性區(qū)域一定的范圍,就會(huì)發(fā)生磁飽和。
與電磁式互感器相比,開環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和原因只有一個(gè),就是原邊電流足夠大。
不會(huì)因?yàn)殡娏黝l率低導(dǎo)致磁飽和,是霍爾電流傳感器的優(yōu)點(diǎn),也是開環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和特點(diǎn)。
相比之下,電磁式互感器也有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),就是二次負(fù)荷足夠小時(shí),即便過載較多,也不會(huì)發(fā)生磁飽和。
2、閉環(huán)式霍爾電流傳感器的磁飽和問題
開環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和問題較簡單,相比之下,閉環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和問題似乎不可理解,因?yàn)殚]環(huán)式霍爾電流傳感器正常工作時(shí),磁芯中的磁通為零,零磁通下,自然不會(huì)飽和。
然而,這只能將是在正常工作條件下!
事實(shí)上,即便是電磁式電流互感器或開環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和問題都是發(fā)生在過載,頻率過低,負(fù)荷過大等非正常工作條件下,正常工作條件下,都不會(huì)發(fā)生磁飽和!
從閉環(huán)式霍爾電流傳感器工作原理可知,零磁通是建立在副邊補(bǔ)償繞組產(chǎn)生的磁場可以抵消原邊導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場的前提下。那么,當(dāng)閉環(huán)式霍爾電流傳感器是不是任何情況下都可以維持這個(gè)零磁通呢?
顯然不是!
A、傳感器未供電的情況下,副邊補(bǔ)償繞組不產(chǎn)生電流,此時(shí),閉環(huán)式霍爾電流傳感器相當(dāng)于一個(gè)開環(huán)式霍爾電流傳感器,只要原邊電流夠大,就會(huì)發(fā)生磁飽和。
B、正常供電,原邊電流過大。這是因?yàn)槎窝a(bǔ)償繞組可以產(chǎn)生的電流畢竟是有限度的,當(dāng)原邊電流產(chǎn)生的磁場大于副邊補(bǔ)償繞組能夠產(chǎn)生的最大磁場時(shí),磁平衡被打破,磁芯中有磁場通過,原邊電流繼續(xù)加大時(shí),磁芯中磁場也隨著增大,原邊電流足夠大時(shí),閉環(huán)式霍爾電流傳感器進(jìn)入磁飽和狀態(tài)!
與電磁式電流互感器及開環(huán)式霍爾電流傳感器相比,閉環(huán)式霍爾電流傳感器磁飽和現(xiàn)象不易發(fā)生,但不等于不會(huì)發(fā)生,使用不當(dāng)或長時(shí)間過載,也會(huì)發(fā)生磁飽和。
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。
推薦閱讀:
特別推薦
- 授權(quán)代理商貿(mào)澤電子供應(yīng)Same Sky多樣化電子元器件
- 使用合適的窗口電壓監(jiān)控器優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)
- ADI電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制解決方案 驅(qū)動(dòng)智能運(yùn)動(dòng)新時(shí)代
- 倍福推出采用 TwinSAFE SC 技術(shù)的 EtherCAT 端子模塊 EL3453-0090
- TDK推出新的X系列環(huán)保型SMD壓敏電阻
- Vishay 推出新款采用0102、0204和 0207封裝的精密薄膜MELF電阻
- Microchip推出新款交鑰匙電容式觸摸控制器產(chǎn)品 MTCH2120
技術(shù)文章更多>>
- 更高精度、更低噪音 GMCC美芝電子膨脹閥以創(chuàng)新?lián)屨夹袠I(yè)“制高點(diǎn)”
- 本立租完成近億元估值Pre-A輪融資,打造AI賦能的租賃服務(wù)平臺(tái)
- 中微公司成功從美國國防部中國軍事企業(yè)清單中移除
- 華邦電子白皮書:滿足歐盟無線電設(shè)備指令(RED)信息安全標(biāo)準(zhǔn)
- 功率器件熱設(shè)計(jì)基礎(chǔ)(九)——功率半導(dǎo)體模塊的熱擴(kuò)散
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
晶體諧振器
晶體振蕩器
晶閘管
精密電阻
精密工具
景佑能源
聚合物電容
君耀電子
開發(fā)工具
開關(guān)
開關(guān)電源
開關(guān)電源電路
開關(guān)二極管
開關(guān)三極管
科通
可變電容
可調(diào)電感
可控硅
空心線圈
控制變壓器
控制模塊
藍(lán)牙
藍(lán)牙4.0
藍(lán)牙模塊
浪涌保護(hù)器
雷度電子
鋰電池
利爾達(dá)
連接器
流量單位