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电流传感器工作原理及注意事项

2021-01-18 19:40:41 szwkw

电流传感器也称,可以在家用电器、智能电网、电动车、风力等等,在我们生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等等。


  闭环霍尔电流传感器是利用霍尔器件为核心敏感元件用于隔离检测电流的产品,它的工作原理是霍尔磁平衡式的(或称霍尔磁补偿式、霍尔零磁通式)。众所周知,当电流流过一根的直导线时,在导线周围产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流大小成正比,这一磁场可以通过软磁材料来聚集,然后用霍尔器件进行检测,由于磁场的变化与霍尔器件的输出电压信号有良好的线形关系,因此可利用霍尔器件的测得的输出信号,直接反应出导线中的电流大小,即:


  I ∝ B ∝ VH (2)


  式中:I为通过导线中的电流;B为导线通电流后产生的磁感应强度;VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压。当选择适当的比例系数,上述关系可以表示为等式。对于霍尔输出电压信号VH的处理,人们设计了许多种电路,但总体来讲可分为两类,一类为开环(或称直测式、直检式)霍尔电流传感器;另一类为闭环(或称零磁通式、磁平衡式)霍尔电流传感器。


  针对霍尔传感器的电路形式而言,人们最容易想到的是将霍尔元件的输出电压用直接信号放大,得到所需要的信号电压,由此电压值来标定原边被测电流大小,这种形式的霍尔传感器通常称为开环霍尔电流传感器。开环霍尔传感器的优点是电路形式简单、成本相对较低;其缺点是精度、线性度较差;响应时间较慢;温度漂移较大。为了克服开环传感器存在的不足,八十年代末期,国外出现了闭环霍尔电流传感器。1989年,北京七O一厂引进国外技术在国内率先开展闭环霍尔电流传感器的研制、生产。经过十几年的努力,这种传感器在国内逐渐为广大用户了解和应用。


  闭环霍尔电流传感器的工作原理是磁平衡式的,即原边电流(IN)所产生的磁场,通过一个副边线圈的电流(IM)所产生的磁场进行补偿,使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。当原副边补偿电流产生的磁场在中达到平衡时,即有如下等式:


  N×IN=n×IM (3)


  式中:IN为原边电流;N为原边线圈的匝数;IM为副边补偿电流;n为副边线圈的匝数。


  由上式看出,当已知传感器原边和副边线圈匝


  数时,通过副边补偿电流IM的大小,即可推算出原边电流IN的值,从而实现了原边电流的隔离测量。


三相交流电流传感器


  下面说说电流传感器使用的注意事项。


  在工业应用领域,最流行的磁传感器类型是电流传感器,在许多测量50安培以下电流的应用中,比如住宅太阳能应用或小型UPS系统,使用简单的resisve bar或分路(shunt)


  1、为了得到较好的动态特性和灵敏度,必须注意原边线圈和副边线圈的耦合,要耦合得好,最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径;


  2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈,且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路,则其磁路被磁化,而产生剩磁,影响测量精度(故使用时要先接通电源和测量端M),发生这种情况时,要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源,而在原边线圈中通过同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值;


  3、在大多数场合,霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力,一般在距离模块5-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的,但当有更强的磁场干扰时,要采取适当的措施来解决。通常方法有:


  ① 调整模块方向,使外磁场对模块的影响最小;


  ② 在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩;


  ③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块;


  ④ 测量的最佳精度是在额定值下得到的,当被测电流远低于额定值时,要获得最佳精度,原边可使用多匝,即:IpNp=额定安匝数。另外,原边馈线温度不应超过80℃。


霍尔电流传感器因其众多优点,通过对大电流进行精确的检测和控制,保证了变频器产品安全可靠的运行,使变频器在正常输出的同时,能对异常状况及时处理。提升了变频器的可靠性,提高了变频器的安全品质。所以霍尔电流传感器在变频器里的优势越来越明显,已成为变频器行业中不可缺少的一部分。


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