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    零磁通霍尔电流传感器和零磁通电流互感器的原理与区别

    一.零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器原理简介

    1. 零磁通霍尔电流传感器原理

       霍尔效应在1879年被E.H. 霍尔发现亚愽APP软件亚愽APP软件,它定义了磁场和感应电压之间的关系亚愽APP软件,这种效应和传统的感应效果完全不同亚愽APP软件。当电流通过一个位于磁场中的导体或半导体的时候亚愽APP软件亚愽APP软件,磁场会对导体或半导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的的作用力亚愽APP软件亚愽APP软件,从而在导体或半导体的两端产生电压差亚愽APP软件,这个电压差亚愽APP软件,称为霍尔电势亚愽APP软件。

        普通代替产生的霍尔电势非常微弱亚愽APP软件亚愽APP软件,不易测量亚愽APP软件,因此亚愽APP软件,直到出现利用半导体材料制作的霍尔元件后亚愽APP软件,霍尔效应才得以广泛的应用亚愽APP软件亚愽APP软件。

        早期的霍尔电流传感器是利用霍尔效应将一次电流产生的磁场变换为霍尔电势亚愽APP软件,再利用放大电路将霍尔电势放大输出的电流传感器。上述原理制作而成的霍尔电流传感器亚愽APP软件亚愽APP软件,被称为开环式霍尔电流传感器亚愽APP软件。

        后来为了提高传感器性能亚愽APP软件亚愽APP软件,又稍作了改造,就是利用一个补偿绕组产生磁场,通过闭环控制,使其与被测电流产生的磁场大小相等亚愽APP软件,方向相反亚愽APP软件,达到互相抵消的效果亚愽APP软件亚愽APP软件,此时,补偿绕组中的电流正比与被测电流的大小,这种传感器亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,被称为闭环式或磁平衡式霍尔电流传感器,由于一次绕组与二次绕组产生的磁通互相抵消,宏观上看,霍尔电流传感器的铁心中的磁通为零亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,因此亚愽APP软件,闭环式霍尔电流传感器也称零磁通霍尔电流传感器亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。

        图1为零磁通霍尔电流传感器的构成原理亚愽APP软件亚愽APP软件,零磁通霍尔电流传感器由磁芯,霍尔元件亚愽APP软件,补偿绕组亚愽APP软件亚愽APP软件,误差放大电路等构成亚愽APP软件亚愽APP软件。

      零磁通霍尔电流传感器的构成及原理

      图1 零磁通霍尔电流传感器的构成及原理

        在零磁通霍尔电流传感器中,霍尔元件输出与误差放大电路相连亚愽APP软件,当传感器处于理想平衡状态时亚愽APP软件,霍尔元件处磁通为零亚愽APP软件亚愽APP软件,霍尔元件输出霍尔电势为零亚愽APP软件?杉菒鯝PP软件亚愽APP软件,霍尔元件实际上是用于检测零磁通亚愽APP软件,或者说亚愽APP软件,是用于检测是否有磁通亚愽APP软件。

        由于磁芯的非线性亚愽APP软件亚愽APP软件,开环式霍尔电流传感器的输出线性度较差亚愽APP软件。而在零磁通霍尔电流传感器中亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,霍尔元件输出的霍尔电势与磁芯中的磁通是否成线性关系亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,磁芯中的磁通与一次电流是否成线性关系几乎与二次输出无关亚愽APP软件,对测量精度几乎没有影响,这是零磁通霍尔电流传感器的相对于开环式霍尔电流传感器的最大优势亚愽APP软件!

    2. 零磁通电流互感器原理

      电流互感器基于电磁感应原理亚愽APP软件亚愽APP软件,因此亚愽APP软件,铁芯中的必须有磁通是电流互感器工作的先决条件?墒茄菒鯝PP软件,为了在铁芯中建立磁通亚愽APP软件亚愽APP软件,就需要励磁电流,励磁电流是互感器误差的主要来源。零磁通电流互感器的目的亚愽APP软件亚愽APP软件,就是消除励磁电流对互感器测量精度的影响亚愽APP软件亚愽APP软件。

      必须要有励磁电流亚愽APP软件亚愽APP软件,又要消除励磁电流对测量精度的影响亚愽APP软件亚愽APP软件,最直接的办法就是采用一个补偿绕组亚愽APP软件,专门用于提供励磁电流亚愽APP软件亚愽APP软件,这样亚愽APP软件亚愽APP软件,测量绕组就不会受到励磁电流的影响。如图2所示亚愽APP软件亚愽APP软件,零磁通电流互感器包括两个铁芯亚愽APP软件,四个绕组亚愽APP软件。四个绕组分别为一次绕组NP亚愽APP软件亚愽APP软件、二次补偿绕组NC亚愽APP软件、二次测量绕组NS亚愽APP软件、检测绕组ND亚愽APP软件。两个铁芯分别为Core1和Core2。

      零磁通电流互感器构成及原理

      图2 零磁通电流互感器的构成及原理

       一次绕组NP和二次测量绕组NS同时绕在Core1和Core2上,补偿绕组NC绕在Core1上亚愽APP软件亚愽APP软件,检测绕组ND绕在Core2上亚愽APP软件。

       检测绕组ND连接高阻抗电压表亚愽APP软件亚愽APP软件,绕组电流可以忽略亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。

       补偿绕组NC连接一个与被测一次电流频率相同的可控交流电压源亚愽APP软件;ジ衅鞴ぷ魇亚愽APP软件,一次绕组NP及二次测量绕组NS在Core1和Core2中均产生磁通亚愽APP软件,补偿绕组NC只在Core1中产生磁通亚愽APP软件亚愽APP软件。检测绕组ND只与Core2磁通铰链亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,并且自身负载阻抗很大亚愽APP软件亚愽APP软件,电流可忽略不计,不产生磁通。调节补偿绕组NC的电压源亚愽APP软件,当检测绕组ND的电压表读数等于零时亚愽APP软件,铁芯Core2中磁通为零。

       由于一次绕组NP和二次测量绕组NS均与铁芯Core2铰链亚愽APP软件亚愽APP软件,此时亚愽APP软件亚愽APP软件,对于铁芯Core2而言亚愽APP软件亚愽APP软件,一次绕组NP和二次测量绕组NS的在Core2中产生的磁通相同亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,即一次绕组NP和二次测量绕组NS安匝数相等:NP×IP=NS×IS。在一次绕组NP和二次测量绕组NS上产生感应电动势的磁通完全由二次补偿绕组NC提供亚愽APP软件亚愽APP软件,即:NC绕组提供励磁电流和励磁磁场亚愽APP软件。

        零磁通电流互感器的理论误差等于零,不存在比差和角差亚愽APP软件亚愽APP软件。之所以称为零磁通电流互感器亚愽APP软件亚愽APP软件,就是因为铁芯Core2中的磁通为零亚愽APP软件亚愽APP软件,一次绕组NP和二次测量绕组NS的磁通在铁芯Core2中达到了平衡亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,因此亚愽APP软件,也可以称为磁平衡式电流互感器。

      二. 零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器相同点

      1、零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器都包含有用于积聚磁通的磁芯亚愽APP软件;

      2亚愽APP软件、零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器都是通过磁平衡原理达到零磁通的过程;

      3亚愽APP软件、零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器都有用于检测零磁通的元件;

      4亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件、零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器的目的都是改善传感器性能指标亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。

      三.零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器的区别

      1.磁芯的区别

      零磁通霍尔电流传感器的磁芯理论上可以采用与互感器相同的铁芯亚愽APP软件,但是,更多时候采用磁导率更高、工作频带更宽、不易饱和的其它材料(如非晶)亚愽APP软件亚愽APP软件;而零磁通电流互感器的铁芯通常与普通互感器的铁芯相同亚愽APP软件亚愽APP软件。

       零磁通霍尔电流传感器的磁芯磁通接近零,磁通幅度非常小亚愽APP软件,允许工作在很高的频率下亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。而零磁通电流互感器的铁芯core1不是工作在零磁通下亚愽APP软件,磁通变化幅度大亚愽APP软件,受铁芯磁滞效应等的影响亚愽APP软件,允许工作的频率较低亚愽APP软件亚愽APP软件。

      上述区别决定了零磁通霍尔电流传感器的带宽远远高于零磁通电流互感器亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。

             零磁通霍尔电流传感器的磁芯为开口结构,开口处安装霍尔元件亚愽APP软件亚愽APP软件;而零磁通电流互感器的所有铁芯均为闭环铁芯。这一区别决定了零磁通霍尔电流传感器测量精度较容易受外部磁场的影响亚愽APP软件,而零磁通电流互感器测量精度受外磁场的影响甚微亚愽APP软件。

      零磁通霍尔电流传感器只有一个磁芯,而零磁通电流互感器具有两个铁芯亚愽APP软件亚愽APP软件。

    2.零磁通检测原理不同

    零磁通霍尔电流传感器通过霍尔元件检测零磁通,而零磁通电流互感器通过辅助绕组检测零磁通亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。

      零磁通霍尔电流传感器的二次电流由控制电路产生亚愽APP软件,产生的二次电流磁通与一次电流磁通抵消达到零磁通。

      零磁通电流互感器基于电磁感应原理,非零的磁通是互感器工作的前提亚愽APP软件亚愽APP软件,非零磁通为励磁磁通亚愽APP软件,建立在铁芯core1中亚愽APP软件,由补偿绕组NC提供亚愽APP软件。通过电磁感应原理产生二次电流的是另一个铁芯core2亚愽APP软件,在这个core2中亚愽APP软件,一次电流与二次电流磁通互相抵消亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件,达到磁平衡时,磁通为零。

    3.建立磁平衡及零磁通的目的不同

    零磁通霍尔电流传感器建立零磁通状态的目的是减小铁芯非线性及带宽较窄的影响;而零磁通电流互感器建立零磁通状态的目的是减小励磁电流对测量精度(互感器比差和角差)的影响。

    .零磁通霍尔电流传感器与零磁通电流互感器的应用

    零磁通霍尔电流传感器具有较高的带宽和良好的线性度,适合测量各种频率及各种波形的复杂电量——变频电量。

    零磁通电流互感器具有极小的角差亚愽APP软件亚愽APP软件,适合大型电力变压器的空载及短路试验等低功率因数工况的高精度功率测量亚愽APP软件亚愽APP软件亚愽APP软件。



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