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霍尔电流传感器

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  • 发布时间:2013/9/17 14:23:23
  • 作者:hb­_yinhe

霍尔电流传感器概述

  霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种,高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式,闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,即闭环原理,当原边电流IP产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中,霍尔元件固定在气隙中检测磁通,通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流,用于抵消原边IP产生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。

霍尔电流传感器工作原理

1直放式(开环)电流传感器(CS系列)

开环霍尔电流传感器原理

图1. 开环霍尔电流传感器原理

  当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出,其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V。

2磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)

闭环式霍尔电流传感器_磁平衡式霍尔电流传感器原理

图2. 闭环式霍尔电流传感器_磁平衡式霍尔电流传感器原理

  磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即原边电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿,其补偿电流Is精确的反映原边电流Ip,从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。

  具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is。这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip与匝数相乘所产生的磁场相等时,Is不再增加,这时的霍尔器件起到指示零磁通的作用,此时可以通过Is来测试Ip。当Ip变化时,平衡受到破坏,霍尔器件有信号输出,即重复上述过程重新达到平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有信号输出。经功率放大后,立即就有相应的电流流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿。从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1μs,这是一个动态平衡的过程。因此,从宏观上看,次级的补偿电流安匝数在任何时间都与初级被测电流的安匝数相等。

霍尔电流传感器应用

  近年来,自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅,普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路,使得电路中不再只是传统的50周的正弦波,出现了各种不同的波形。对于这类电路,采用传统的测量方法不能反应其真实波形,而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。

  霍尔效应传感器,可以测量任意波形的电流和电压。输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点,采用补偿电路进行控制,有效地减少了温度对测量精度的影响,确保测量准确;具有精度高、安装方便、售价低的特点。

  霍尔效应传感器广泛应用于变频调速装置、逆变装置、ups电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。

霍尔电流传感器测量

  霍尔电流传感器尤其是闭环式霍尔电流传感器因其宽频带、交直流两用、不易磁饱和等特点,在工业测控领域得到了广泛的应用。然而,霍尔电流传感器也存在一些不足:

1、相比电磁式电流互感器,其二次电流较小,抗干扰能力相对较弱;

2、易受环境磁场的影响,降低测量精度;

3、一般不提供角差指标,用于功率测量时,系统误差无法溯源。

  一般建议,霍尔电流传感器用于不涉及功率测量的或对精度要求不高的以控制为目的的测量;对于工频正弦电路的功率测量或电能计量,推荐采用电磁式电流互感器;对于变频电量的高精度测量,尤其是相位相关的功率测量,推荐采用湖南银河电气有限公司研制的专用于变频电量测量的SP系列变频功率传感器

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