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什么是霍尔电流传感器
来源:http://www.elecfans.com | 发布时间:2016-10-28 | 浏览次数:

     

[导读] 霍尔电流传感器是用一环形导磁材料作成磁芯,套在被测电流流过的导线上,将导线中电流感生的磁场聚集起来,在磁芯上开一气隙,内置一个霍尔线性器件,器件通电后,便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。
关键词:电流传感器霍尔

霍尔电流传感器

霍尔电流传感器的结构如图35 所示。用一环形导磁材料作成磁芯,套在被测电流流过的导线上,将导线中电流感生的磁场聚集起来,在磁芯上开一气隙,内置一个霍尔线性器件,器件通电后,便可由它的霍尔输出电压得到导线中流通的电流。图35(a)所示的传感器用于测量电流强度较小的电流,图35(b)所示的传感器用于检测较大的电流。
实际的霍尔电流传感器有两种构成形式,即直接测量式和零磁通式。

图35 霍尔电流传感器的构成原理

直接测量式霍尔电流传感器
将图35 中霍尔器件的输出(必要时可进行放大)送到经校准的显示器上,即可由霍尔输出电压的数值直接得出被测电流值。这种方式的优点是结构简单,测量结果的精度和线性度都较高。可测直流、交流和各种波形的电流。但它的测量范围、带宽等受到一定的限制。在这种应用中,霍尔器件是磁场检测器,它检测的是磁芯气隙中的磁感应强度。电流增大后,磁芯可能达到饱和;随着频率升高,磁芯中的涡流损耗、磁滞损耗等也会随之升高。这些都会对测量精度产生影响。当然,也可采取一些改进措施来降低这些影响,例如选择饱和磁感应强度高的磁芯材料;制成多层磁芯;采用多个霍尔元件来进行检测等等。
这类霍尔电流传感器的价格也相对便宜,使用非常方便,已得到极为广泛的应用,国内外已有许多厂
家生产。

零磁通式(也称为磁平衡式或反馈补偿式)霍尔电流传感器
如图36 所示,将霍尔器件的输出电压进行放大,再经电流放大后,让这个电流通过补偿线圈,并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反,若满足条件IoN1=IsN2,则磁芯中的磁通为0,这时下式成立:Io=Is(N2/N1)(5)

式中,I1 为被测电流,即磁芯中初级绕组中的电流,N1 为初级绕组的匝数,I2 为补偿绕组中的电流,N2为补偿绕组的匝数。由式(5)可知,达到磁平衡时,即可由Is 及匝数比N2/N1 得到Io。

图36 霍尔零磁通电流传感器

图37 霍尔电流传感器在继电保护与测量中的应用
(H 为霍尔电流传感器)
这个平衡过程是自动建立的,是一个动态平衡。建立平衡所需的时间极短。平衡时,霍尔器件处于零磁通状态。磁芯中的磁感应强度极低(理想状态应为0),不会使磁芯饱和,也不会产生大的磁滞损耗和涡流损耗。恰当地选择磁芯材料和线路元件,可做出性能优良的零磁通电流传感器。
在霍尔电流传感器的输出电路中接上恰当的负载电阻器,即可构成霍尔电压传感器。
霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的“无电位”检测。即测量电路不必接入被测电路即可实现电流检测,它们靠磁场进行耦合。因此,检测电路的输入、输出电路是完全电隔离的。检测过程中,被测电路的状态不受检测电路的影响,检测电路也不受被检电路的景响。
霍尔电流传感器可以检测从直流到100kHz(通过仔细的设计和制作,甚至可以达到MHz 级)的各种
波形的电流,响应时间可短到1μs 以下。

由于这些优点,霍尔电流传感器得到了极其广泛的应用。3 杵2杵12 霍尔电流传感器的应用
3杵2 杵12杵1 继电保护与测量
如图37 所示,来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流,经三只霍尔电流传感器H(图中只画
出B 相的一只),按比例转换成毫伏电压输出,然后再经运算放大器放大及有源滤波,得到符合要求的电压信号,送微机进行测量或处理。使用霍尔电流传感器很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。3杵2 杵12杵2 在直流自动控制调速系统中的应用
在直流自动控制调速系统中,用霍尔电流电压传感器代替电流互感器,不仅动态响应好,还可实现对
转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护,其应用线路如图38所示。

图3 在直流控制中的应用

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