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  4. 霍爾電流傳感器

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    霍爾電流傳感器的工作原理與其磁飽和問題

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    霍爾電流傳感器的工作原理與其磁飽和問題

    發布日期:2021-01-20 作者:啟東雙贏電子科技有限公司 點擊:

         霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理,根據霍爾效應原理,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 強度為B的磁場,那么在垂直于 電流和磁場方向,將產生一個電勢VH,稱 其為霍爾電勢,其大小正比于控 制電流I。與磁場強度B的乘積。 即有式中:K為霍爾系數,由霍爾元件的材料決定;I。為控制電流;B為磁場強度; 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體材料制成的磁電轉換器件。如果在輸入端通入控制電流IC,當有一磁場B穿過該器件感磁面,則在輸出端出現霍爾電勢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碇瞥?,對安培定律加以應用,即在載流導體周圍產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體電流的大小。因此,電流傳感器經過了電-磁-電的絕緣隔離轉換。


    工作原理

    1、 直放式電流傳感器

          當原邊電流IP流過一根長導線時,在導線周圍將產生一磁場,這一磁場的大小與流過導線的電流成正比,產生的磁場聚集在磁環內,通過磁環氣隙中霍爾元件進行測量并放大輸出,其輸出電壓VS準確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標定為4V。

    霍爾電流傳感器.jpg

    2、磁平衡式電流傳感器

      磁平衡式電流傳感器也稱補償式傳感器,即原邊電流Ip在聚磁環處所產生的磁場通過一個次級線圈電流所產生的磁場進行補償,其補償電流Is準確的反映原邊電流Ip,從而使霍爾器件處于檢測零磁通的工作狀態。

        具體工作過程為:當主回路有一電流通過時,在導線上產生的磁場被磁環聚集并感應到霍爾器件上,所產生的信號輸出用于驅動功率管并使其導通,從而獲得一個補償電流Is。這一電流再通過多匝繞組產生磁場,該磁場與被測電流產生的磁場正好相反,因而補償了原來的磁場,使霍爾器件的輸出逐漸減小。


    3、霍爾電壓傳感器

       霍爾電壓傳感器的工作原理與閉環式電流傳感器相似,也是以磁平衡方式工作的。原邊電壓VP通過限流電阻Ri產生電流,流過原邊線圈產生磁場,聚集在磁環內,通過磁環氣隙中霍爾元件輸出信號控制的補償電流IS流過副邊線圈產生的磁場進行補償,其補償電流IS準確的反映原邊電壓VP。


    4、交流電流傳感器

       交流電流傳感器主要測量交流信號燈電流。是將霍爾感應出的交流信號經過AC-DC及其他轉換,變為0~4V、0~20mA(或4~20mA)的標準直流信號輸出供各種系統使用。開環的霍爾電流傳感器采用的是霍爾直放式原理,閉環的霍爾電流傳感器采用的是磁平衡原理。所以閉環的在響應時間跟精度上要比開環的好很多。開環和閉環都可以監測交流電,一般開環的適用于大電流監測,閉環適用于小電流監測。


    5、開環式霍爾電流傳感器的磁飽和問題

         Oa’為起始非線性段,a’a’’為線性段,a’’a為飽和區。眾所周期,為了獲取較好的測量結果,不論是開環式霍爾電流傳感器,還是電磁式互感器,都會將磁化曲線中線性度較好的一段作為工作區間。換言之,只要磁感應強度超出線性區域一定的范圍,就會發生磁飽和。與電磁式互感器相比,開環式霍爾電流傳感器磁飽和原因只有一個,就是原邊電流足夠大。不會因為電流頻率低導致磁飽和,是霍爾電流傳感器的優點,也是開環式霍爾電流傳感器磁飽和特點。相比之下,電磁式互感器也有一個優點,就是二次負荷足夠小時,即便過載較多,也不會發生磁飽和。


    6、閉環式霍爾電流傳感器的磁飽和問題

      開環式霍爾電流傳感器磁飽和問題較簡單,相比之下,閉環式霍爾電流傳感器磁飽和問題似乎不可理解,因為閉環式霍爾電流傳感器正常工作時,磁芯中的磁通為零,零磁通下,自然不會飽和。與電磁式電流互感器及開環式霍爾電流傳感器相比,閉環式霍爾電流傳感器磁飽和現象不易發生,但不等于不會發生,使用不當或長時間過載,也會發生磁飽和。

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    關鍵詞:霍爾電流傳感器

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