器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件,如果在输入端通入控制电流IC,当有一磁场B穿过该器件感磁面,则在输出端出现。
电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比,即:VH=KHICBsinΘ。
电流传感器是按照效应原理制成,对安培定律加以应用,即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场,而器件则用来测量这一磁场,因此,使电流的非接触测量成为可能。
通过测量电势的大小间接测量载流导体电流的大小,因此,电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。
由于磁路与器件的输出具有良好的线性关系,因此器件输出的电压讯号U0可以间接反映出被测电流I1的大小。
我们把U0定标为当被测电流I1为额定值时,U0等于50mV或100mV.这就制成直接检测(无放大)电流传感器。
原边主回路有一被测电流I1,将产生磁通Φ1,被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态,器件则始终处于检测零磁通的作用,所以称为磁补偿电流传感器,这种先进的原理模式优于直检原理模式,突出的优点是响应时间快和测量精度高,特别适用于弱小电流的检测。
知道:Φ1=Φ2。
I1N1=I2N2。
I2=NI/N2·I1。
当补偿电流I2流过测量电阻RM时,在RM两端转换成电压,电流传感器做为传感器测量电压U0即:U0=I2RM。
按照磁补偿原理制成了额定输入从~系列规格的电流传感器。
由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈,因而成本增加,其次,工作电流消耗也相应增加,但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。
直放式(开环)电流传感器工作原理:用一环形(有时也可以是方形)导磁材料作成铁心,套在被测电流流过的导线(也称电流母线)上,将导线中电流感生的磁场聚集在铁心中,在铁心上开一与厚度相等的气隙,将线性IC紧紧地夹在气隙中央,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,磁力线就集中通过铁心中的IC,IC就输出与被测电流成正比的输出电压或电流,通过磁环气隙尔元件进行测量并放大输出,其输出电压Vs**的反映原边电流Ip.一般的额定输出标定为4V.。
磁平衡式(闭环)电流传感器工作原理: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**的反映原边电流Ip,从而使器件处于检测零磁通的工作状态,当原边电流Ip产生的磁通通过磁芯集中在磁路中,器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,用于抵消原边电流Ip产霍尔电流传感器生的磁通,使得磁路中磁通始终保持为零。
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,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,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,器件和辅助电路产生的副边补偿电流准确反映了原边电流的大小,经过特殊电路的处理,传感器的输出端能够输出**反映原边电流的电流变化。
开环的电流传感器采用的是直放式原理,闭环的电流传感器采用的是磁平衡原理,所以闭环的在响应时间跟精度上要比开环的好很多,开环和闭环都可以监测交流电,一般开环的适用于大电流监测,闭环适用于小电流监测。
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