Grundprincip och appliceringsmetod för Hall ström- och spänningsgivare och sändare

1. Hallanordning

 

 

Hall-enhet är en slags magnetoelektrisk omvandlare gjord av halvledarmaterial.Om styrströmmen IC är ansluten till ingångsänden, när ett magnetfält B passerar genom enhetens magnetiska avkänningsyta, uppträder Hallpotential VH vid utgångsänden.Som visas i figur 1-1.

 

 

Storleken på Hallpotentialen VH är proportionell mot produkten av styrströmmen IC och magnetisk flödestäthet B, det vill säga VH = khicbsin Θ

 

 

Hallströmsensorn är gjord enligt principen i Amperes lag, det vill säga ett magnetfält som är proportionellt mot strömmen genereras runt den strömförande ledaren, och hallanordningen används för att mäta detta magnetfält.Därför är beröringsfri mätning av ström möjlig.

 

 

Mät indirekt strömmen för den strömförande ledaren genom att mäta Hall-potentialen.Därför har strömsensorn genomgått omvandling av elektrisk magnetisk elektrisk isolering.

 

 

2. Hall DC-detektionsprincip

 

 

Som visas i figur 1-2.Eftersom den magnetiska kretsen har ett bra linjärt förhållande till utsignalen från hallanordningen, kan spänningssignalen U0 som matas ut av hallanordningen indirekt reflektera storleken på den uppmätta strömmen I1, det vill säga I1 ∝ B1 ∝ U0

 

 

Vi kalibrerar U0 till att vara lika med 50mV eller 100mV när den uppmätta strömmen I1 är märkvärdet.Detta gör hall direktdetektering (ingen förstärkning) strömsensor.

 

 

3. Hallmagnetisk kompensationsprincip

 

 

Den primära huvudkretsen har en uppmätt ström I1, som kommer att generera magnetiskt flöde Φ 1. Magnetiskt flöde genererat av ström I2 som passeras av sekundär kompensationsspole Φ 2 bibehåller magnetisk balans efter kompensation, och hallanordningen är alltid i rollen att detektera noll magnetisk flöde.Så det kallas Hall magnetisk kompensationsströmsensor.Detta avancerade principläge är överlägset principläget för direkt detektering.Dess enastående fördelar är snabb svarstid och hög mätnoggrannhet, vilket är särskilt lämpligt för detektering av svag och liten ström.Principen för Hall magnetisk kompensation visas i figur 1-3.

 

 

Figur 1-3 visar: Φ 1= Φ två

 

 

I1N1=I2N2

 

 

I2=NI/N2·I1

 

 

När kompensationsströmmen I2 flyter genom mätresistansen RM omvandlas den till spänning i båda ändarna av RM.Mät spänningen U0 som sensor, det vill säga U0 = i2rm

 

 

Enligt principen för Hall magnetisk kompensation görs en strömsensor med nominell ingång från till seriespecifikationer.

 

 

Eftersom den magnetiska kompensationsströmsensorn måste lindas med tusentals varv kompensationsspole på den magnetiska ringen, ökar kostnaden;För det andra ökar också arbetsströmförbrukningen i motsvarande grad;Det har dock fördelarna med högre noggrannhet och snabb respons än direkt inspektion.

 

 

4. Magnetisk kompensationsspänningssensor

 

 

För att mäta den lilla strömmen av Ma-nivån, enligt Φ 1 = i1n1, kan ökning av antalet varv av N1 också erhålla högt magnetiskt flöde Φ 1。 Den lilla strömsensorn som görs med denna metod kan mäta inte bara Ma-nivåström, men även spänning.

 

 

Till skillnad från strömsensorn, vid mätning av spänning, ansluts flervarvslindningen på primärsidan av spänningssensorn i serie med ett strömbegränsningsmotstånd R1 och kopplas sedan parallellt med den uppmätta spänningen U1 för att erhålla strömmen I1 proportionell mot den uppmätta spänningen U1, som visas i figur 1-4.

 

 

Principen för sekundärsidan är densamma som för strömsensorn.När kompensationsströmmen I2 flyter genom mätresistansen RM omvandlas den till spänning i båda ändarna av RM som mätspänningen U0 för sensorn, det vill säga U0 = i2rm

 

 

5. Utgång av strömsensor

 

 

Strömsensorn för direkt detektering (icke förstärkning) har en utspänning med hög impedans.Vid tillämpning bör lastimpedansen vara större än 10k Ω.Vanligtvis förstärks dess ± 50 mV eller ± 100 mV suspenderade utspänning till ± 4V eller ± 5V med en differentiell ingångsförstärkare.Figur 5-1 visar två praktiska kretsar som referens.

 

 

(a) Figuren kan uppfylla de allmänna noggrannhetskraven;(b) Grafen har bra prestanda och är lämplig för tillfällen med höga noggrannhetskrav.

 

 

Den förstärkta strömsensorn för direktdetektering har en utspänning med hög impedans.Vid tillämpning bör belastningsimpedansen vara större än 2K Ω.

 

 

Magnetisk kompensationsström, spänningsmagnetisk kompensationsström och spänningssensorer är strömutgångstyper.Det kan ses från figur 1-3 att "m"-änden är ansluten till strömförsörjningen "O"

 

 

Terminalen är vägen för ström I2.Därför är utsignalen från "m"-änden av sensorn en strömsignal.Strömsignalen kan sändas på distans inom ett visst område och noggrannheten kan garanteras.Vid användning behöver mätresistansen RM endast utformas på den sekundära instrumentingången eller terminalens kontrollpanels gränssnitt.

 

 

För att säkerställa högprecisionsmätning bör man vara uppmärksam på: ① noggrannheten för mätresistans väljs i allmänhet som metallfilmresistans, med en noggrannhet på ≤± 0,5%.Se Tabell 1-1 för detaljer.② kretsens ingångsimpedans för det sekundära instrumentet eller plintkontrollkortet bör vara mer än 100 gånger större än mätresistansen.

 

 

6. Beräkning av samplingsspänning och mätresistans

 

 

Från föregående formel

 

 

U0=I2RM

 

 

RM=U0/I2

 

 

Där: U0 – uppmätt spänning, även känd som samplingsspänning (V).

 

 

I2 – sekundär spolens kompensationsström (a).

 

 

RM – mät resistans (Ω).

 

 

Vid beräkning av I2 kan utströmmen (märkt effektivt värde) I2 motsvarande den uppmätta strömmen (märkt effektivt värde) I1 utläsas från den tekniska parametertabellen för den magnetiska kompensationsströmsensorn.Om I2 ska omvandlas till U0 = 5V, se Tabell 1-1 för RM-val.

 

 

7. Beräkning av mättnadspunkt och * stor uppmätt ström

 

 

Det kan ses från figur 1-3 att kretsen för utström I2 är: v+ → Kollektorsändare för sluteffektförstärkaren → N2 → RM → 0. Kretsens ekvivalenta resistans visas i figur 1-6.(kretsen för v- ~ 0 är densamma, och strömmen är motsatt)

 

 

När utströmmen i2* är stor kommer strömvärdet inte längre att öka med ökningen av I1, vilket kallas mättnadspunkten för sensorn.

 

 

Beräkna enligt följande formel

 

 

I2max=V+-VCES/RN2+RM

 

 

Där: V + – positiv strömförsörjning (V).

 

 

Vces – Collector Saturation Spänning för kraftröret, (V) är i allmänhet 0,5V.

 

 

RN2 – DC intern resistans för sekundärspole (Ω), se tabell 1-2 för detaljer.

 

 

RM – mät resistans (Ω).

 

 

Det kan ses från beräkningen att mättnadspunkten ändras med förändringen av det uppmätta motståndet RM.När det uppmätta motståndet RM bestäms finns det en bestämd mättnadspunkt.Beräkna * stor uppmätt ström i1max enligt följande formel: i1max = i1/i2 · i2max

 

 

Vid mätning av AC eller puls, när RM bestäms, beräkna * stor uppmätt ström i1max.Om i1max-värdet är lägre än toppvärdet för växelström eller lägre än pulsamplituden, kommer det att orsaka utgående vågformsklippning eller amplitudbegränsning.Välj i det här fallet en mindre RM att lösa.

 

 

8. Räkneexempel:

 

 

Exempel 1

 

 

Ta den aktuella sensorn lt100-p som ett exempel:

 

 

(1) Mätning krävs

 

 

Märkström: DC

 

 

*Hög ström: DC (överbelastningstid ≤ 1 minut/timme)

 

 

(2) Slå upp tabellen och vet

 

 

Arbetsspänning: stabiliserad spänning ± 15V, spolens inre resistans 20 Ω (se tabell 1-2 för detaljer)

 

 

Utström: (märkvärde)

 

 

(3) Erforderlig samplingsspänning: 5V

 

 

Beräkna om den uppmätta strömmen och samplingsspänningen är lämpliga

 

 

RM=U0/I2=5/0.1=50(Ω)

 

 

I2max=V+-VCES/RN2+RM=15-0.5/20+50=0.207(A)

 

 

I1max=I1/I2·I2max=100/0,1 × 0,207=207(A)

 

 

Det är känt från ovanstående beräkningsresultat att kraven i (1) och (3) är uppfyllda.

 

 

9. Beskrivning och exempel på magnetisk kompensationsspänningssensor

 

 

Lv50-p spänningssensor har det primära och sekundära elektriska motståndet ≥ 4000vrms (50hz.1min), som används för att mäta DC, AC och pulsspänningar.Vid mätning av spänningen, enligt spänningsmärket, kopplas ett strömbegränsande motstånd i serie på primärsidan + HT-terminalen, det vill säga den uppmätta spänningen får primärsidans ström genom motståndet

 

 

U1/r1 = I1, R1 = u1/10ma ​​(K Ω), motståndets effekt bör vara 2 ~ 4 gånger större än det beräknade värdet, och motståndets noggrannhet bör vara ≤± 0,5%.R1 precisionstrådlindad kraftmotstånd kan beställas av tillverkaren.

 

 

10. Ledningsmetod för strömsensor

 

 

(1) Kopplingsschemat för strömsensorn för direkt inspektion (ingen förstärkning) visas i figur 1-7.

 

 

(a) Bilden visar anslutning av p-typ (tryckt kortstift), (b) figuren visar anslutning av C-typ (uttagstyp), vn VN representerar Hall-utgångsspänning.

 

 

(2) Kopplingsschemat för den förstärkta strömsensorn för direkt inspektion visas i figur 1-8.

 

 

(a) Figuren är anslutning av p-typ, (b) figuren är anslutning av C-typ, där U0 representerar utspänningen och RL representerar belastningsresistansen.

 

 

(3) Kopplingsschemat för magnetisk kompensationsströmsensor visas i figur 1-9.

 

 

(a) Bilden visar anslutning av p-typ, (b) figuren visar anslutning av C-typ (observera att det tredje stiftet i uttaget med fyra stift är ett tomt stift)

 

 

Den tryckta stiftanslutningsmetoden för ovanstående tre sensorer överensstämmer med arrangemangsmetoden för det verkliga objektet, och anslutningsmetoden för uttagskontakt är också förenlig med arrangemangsmetoden för det verkliga objektet, för att undvika ledningsfel.

 

 

På kopplingsschemat ovan har huvudkretsens uppmätta ström I1 en pil i hålet för att visa strömmens positiva riktning, och strömmens positiva riktning är också markerad på det fysiska skalet.Detta beror på att strömsensorn anger att den positiva riktningen för den uppmätta strömmen I1 har samma polaritet som utströmmen I2.Detta är viktigt vid trefas AC eller flerkanalig DC-detektion.

 

 

11. Fungerande strömförsörjning av ström- och spänningsgivare

 

 

Strömsensorn är en aktiv modul, såsom hallapparater, operationsförstärkare och slutströmsrör, som alla behöver fungerande strömförsörjning och strömförbrukning.Figur 1-10 är ett praktiskt schematiskt diagram av en typisk fungerande strömförsörjning.

 

 

(1) Utgångsjordterminalen är centralt ansluten till den stora elektrolysen för brusreducering.

 

 

(2) Kapacitansbit UF, diod 1N4004.

 

 

(3) Transformatorn beror på strömförbrukningen hos sensorn.

 

 

(4) Sensorns arbetsström.

 

 

Direkt inspektion (ingen förstärkning) strömförbrukning: * 5mA;Strömförbrukning för direktdetektering förstärkning: * stor ± 20mA;Magnetisk kompensationseffektförbrukning: 20 + utgångsström* Stor förbrukning av arbetsström 20 + två gånger utgångsströmmen.Strömförbrukningen kan beräknas enligt den förbrukade arbetsströmmen.

 

 

12. Försiktighetsåtgärder vid användning av ström- och spänningssensorer

 

 

(1) Strömsensorn måste korrekt välja produkter med olika specifikationer i enlighet med det nominella effektiva värdet för den uppmätta strömmen.Om den uppmätta strömmen överskrider gränsen under en längre tid kommer det att skada ändpolens effektförstärkarrör (med hänvisning till den magnetiska kompensationstypen).Generellt får varaktigheten av två gånger överbelastningsströmmen inte överstiga 1 minut.

 

 

(2) Spänningsgivaren måste anslutas med ett strömbegränsningsmotstånd R1 i serie på primärsidan enligt produktinstruktionerna, så att primärsidan kan få märkström.I allmänhet får varaktigheten av dubbel överspänning inte överstiga 1 minut.

 

 

(3) Den goda noggrannheten hos ström- och spänningssensorn erhålls under villkoret för primärsidans klassificering, så när den uppmätta strömmen är högre än strömsensorns nominella värde, bör motsvarande stora sensor väljas;När den uppmätta spänningen är högre än märkvärdet för spänningssensorn, bör strömbegränsningsresistansen justeras om.När den uppmätta strömmen är mindre än 1/2 av märkvärdet, för att få god noggrannhet, kan metoden med flera varv användas.

 

 

(4) Sensorer med 3KV isolering och tål spänning kan fungera normalt i AC-system på 1kV och lägre och DC-system på 1,5kV och lägre under lång tid.6kV-sensorer kan fungera normalt i AC-system på 2KV och lägre och DC-system på 2,5KV och lägre under lång tid.Var noga med att inte använda dem under övertryck.

 

 

(5) När det används på enheter som kräver goda dynamiska egenskaper, * är det lätt att använda en enkel kopparaluminiumskena och sammanfalla med öppningen.Att ersätta små eller fler varv med stora kommer att påverka de dynamiska egenskaperna.

 

 

(6) När den används i likströmssystem med hög ström, om arbetsströmförsörjningen är öppen eller felaktig av någon anledning, kommer järnkärnan att producera stor remanens, vilket är värt att uppmärksammas.Remanens påverkar noggrannheten.Metoden för avmagnetisering är att slå på en AC på primärsidan utan att lägga till en fungerande strömförsörjning och gradvis minska dess värde.

 

 

(7) Sensorns anti-externa magnetiska fältförmåga är: en ström 5 ~ 10 cm från sensorn, vilket är mer än dubbelt så mycket som det aktuella värdet på den ursprungliga sidan av sensorn, och den genererade magnetfältstörningen kan motstås.Vid ledning av trefas högström bör avståndet mellan faserna vara större än 5 ~ 10 cm.

 

 

(8) För att få sensorn att fungera i ett bra mättillstånd bör en enkel typisk reglerad strömkälla som introduceras i figur 1-10 användas.

 

 

(9) Sensorns magnetiska mättnadspunkt och kretsmättnadspunkt gör att den har en stark överbelastningskapacitet, men överbelastningskapaciteten är tidsbegränsad.Vid provning av överbelastningskapaciteten får överbelastningsströmmen på mer än 2 gånger inte överstiga 1 minut.

 

 

(10) Temperaturen på den primära strömbussen bör inte överstiga 85 ℃, vilket bestäms av egenskaperna hos ABS-teknisk plast.Användare har speciella krav och kan välja högtemperaturplast som skal.

 

 

13. Fördelar med strömsensor som används

 

 

(1) Icke-kontaktdetektering.I rekonstruktionen av importerad utrustning och den tekniska omvandlingen av gammal utrustning visar den överlägsenheten av beröringsfri mätning;Strömvärdet kan mätas utan någon förändring av originalutrustningens elektriska ledningar.

 

 

(2) Nackdelen med att använda shunten är att den inte kan isoleras elektriskt, och det finns även insättningsförlust.Ju större strömmen är, desto större är förlusten och desto större är volymen.Människor fann också att shunten har oundviklig induktans när den detekterar högfrekvent och hög ström, och den kan inte riktigt överföra den uppmätta strömvågformen, än mindre icke-sinusvågtyp.Strömsensorn eliminerar helt ovanstående nackdelar med shunten, och noggrannheten och utspänningsvärdet kan vara detsamma som shuntens, såsom noggrannhetsnivå 0,5, 1,0, utspänningsnivå 50, 75mV och 100mV.

 

 

(3) Det är mycket bekvämt att använda.Ta en lt100-c strömsensor, anslut en 100mA analog mätare eller digital multimeter i serie i M-änden och nolländen av strömförsörjningen, anslut den fungerande strömförsörjningen och sätt sensorn på trådkretsen, så att strömmen värdet för huvudkretsen 0 ~ 100A kan visas exakt.

 

 

(4) Även om den traditionella ström- och spänningstransformatorn har många arbetsström- och spänningsnivåer och har hög noggrannhet under den specificerade sinusformade arbetsfrekvensen, kan den anpassa sig till ett mycket smalt frekvensband och kan inte överföra DC.Dessutom finns det spännande ström under drift, så detta är en induktiv enhet, så dess svarstid kan bara vara tiotals millisekunder.Som vi alla vet, när sekundärsidan av strömtransformatorn är öppen, kommer den att orsaka högspänningsrisker.Vid användning av mikrodatordetektering krävs flerkanalig signalinsamling.Människor letar efter ett sätt att isolera och samla in signaler


Posttid: 2022-06-06