Podstawowa zasada i sposób zastosowania czujnika i przetwornika prądu i napięcia Halla

1. Urządzenie halowe

 

 

Urządzenie Halla jest rodzajem przetwornika magnetoelektrycznego wykonanego z materiałów półprzewodnikowych.Jeśli prąd sterujący IC jest podłączony do końca wejściowego, gdy pole magnetyczne B przechodzi przez powierzchnię czujnika magnetycznego urządzenia, potencjał Halla VH pojawia się na końcu wyjściowym.Jak pokazano na rysunku 1-1.

 

 

Wielkość potencjału Halla VH jest proporcjonalna do iloczynu prądu sterującego IC i gęstości strumienia magnetycznego B, czyli VH = khicbsin Θ

 

 

Czujnik prądu Halla jest wykonany zgodnie z zasadą prawa Ampere'a, to znaczy, że wokół przewodnika przewodzącego prąd generowane jest pole magnetyczne proporcjonalne do prądu, a urządzenie Halla służy do pomiaru tego pola magnetycznego.Dzięki temu możliwy jest bezkontaktowy pomiar prądu.

 

 

Pośrednio zmierzyć prąd przewodnika przewodzącego prąd, mierząc potencjał Halla.Dlatego czujnik prądu przeszedł konwersję elektryczno-magnetycznej izolacji elektrycznej.

 

 

2. Zasada wykrywania Halla DC

 

 

Jak pokazano na rysunku 1-2.Ponieważ obwód magnetyczny ma dobrą relację liniową z wyjściem urządzenia Halla, sygnał napięciowy U0 wyprowadzany przez urządzenie Halla może pośrednio odzwierciedlać wielkość mierzonego prądu I1, czyli I1 ∝ B1 ∝ U0

 

 

Kalibrujemy U0 tak, aby było równe 50mV lub 100mV, gdy zmierzony prąd I1 jest wartością znamionową.To sprawia, że ​​czujnik prądu z bezpośrednim wykrywaniem Halla (bez wzmocnienia).

 

 

3. Zasada kompensacji magnetycznej Halla

 

 

Główny obwód pierwotny ma zmierzony prąd I1, który będzie generował strumień magnetyczny Φ 1. Strumień magnetyczny generowany przez prąd I2 przechodzący przez wtórną cewkę kompensacyjną Φ 2 utrzymuje równowagę magnetyczną po kompensacji, a urządzenie Halla zawsze pełni rolę wykrywania zerowego pola magnetycznego strumień.Tak nazywa się czujnik prądu kompensacji magnetycznej Halla.Ten tryb zaawansowanej zasady jest lepszy od trybu zasady bezpośredniego wykrywania.Jego wybitnymi zaletami są szybki czas odpowiedzi i wysoka dokładność pomiaru, co jest szczególnie przydatne do wykrywania słabych i małych prądów.Zasadę kompensacji magnetycznej Halla pokazano na rysunku 1-3.

 

 

Rysunek 1-3 pokazuje: Φ 1= Φ dwa

 

 

I1N1=I2N2

 

 

I2=NI/N2·I1

 

 

Gdy prąd kompensacji I2 przepływa przez rezystancję pomiarową RM, jest on zamieniany na napięcie na obu końcach RM.Jako czujnik zmierz napięcie U0 czyli U0 = i2rm

 

 

Zgodnie z zasadą kompensacji magnetycznej Halla wykonywany jest czujnik prądowy z wejściem znamionowym od do specyfikacji szeregowych.

 

 

Ponieważ czujnik prądu kompensacji magnetycznej musi być nawinięty tysiącami zwojów cewki kompensacyjnej na pierścieniu magnetycznym, koszt wzrasta;Po drugie, odpowiednio wzrasta również pobór prądu roboczego;Ma jednak zalety w postaci wyższej dokładności i szybkiej reakcji niż bezpośrednia inspekcja.

 

 

4. Czujnik napięcia kompensacji magnetycznej

 

 

W celu pomiaru małego prądu o poziomie Ma, zgodnie z Φ 1 = i1n1, zwiększenie liczby zwojów N1 pozwala również na uzyskanie dużego strumienia magnetycznego Φ 1。 Czujnik małego prądu wykonany tą metodą może mierzyć nie tylko prąd o poziomie Ma, ale także napięcie.

 

 

W odróżnieniu od czujnika prądu, podczas pomiaru napięcia, wielozwojowe uzwojenie po stronie pierwotnej czujnika napięcia jest połączone szeregowo z rezystorem ograniczającym prąd R1, a następnie podłączone równolegle do mierzonego napięcia U1, aby uzyskać prąd I1 proporcjonalny do zmierzone napięcie U1, jak pokazano na rysunku 1-4.

 

 

Zasada działania strony wtórnej jest taka sama jak w przypadku czujnika prądu.Gdy prąd kompensacyjny I2 przepływa przez rezystancję pomiarową RM, jest on zamieniany na napięcie na obu końcach RM jako napięcie pomiarowe U0 czujnika, czyli U0 = i2rm

 

 

5. Wyjście czujnika prądu

 

 

Czujnik prądu z detekcją bezpośrednią (bez wzmocnienia) ma napięcie wyjściowe o wysokiej impedancji.W aplikacji impedancja obciążenia powinna być większa niż 10 kΩ.Zwykle jego zawieszone napięcie wyjściowe ± 50 mV lub ± 100 mV jest wzmacniane do ± 4 V lub ± 5 V za pomocą proporcjonalnego wzmacniacza na wejściu różnicowym.Rysunek 5-1 przedstawia dwa praktyczne obwody w celach informacyjnych.

 

 

(a) liczba może spełniać ogólne wymagania dotyczące dokładności;(b) Wykres charakteryzuje się dobrą wydajnością i jest odpowiedni w sytuacjach o wysokich wymaganiach dotyczących dokładności.

 

 

Wzmocniony czujnik prądu z detekcją bezpośrednią ma napięcie wyjściowe o wysokiej impedancji.W aplikacji impedancja obciążenia powinna być większa niż 2K Ω.

 

 

Magnetyczna kompensacja prądu, napięciowa kompensacja magnetyczna prądu i napięcia są typu wyjścia prądowego.Na rysunku 1-3 widać, że koniec „m” jest podłączony do zasilania „O”

 

 

Zacisk jest ścieżką prądu I2.Dlatego sygnał wyjściowy z końca „m” czujnika jest sygnałem prądowym.Aktualny sygnał może być przesyłany zdalnie w określonym zakresie, a dokładność może być zagwarantowana.W użyciu, rezystancja pomiarowa RM musi być zaprojektowana tylko na drugim wejściu przyrządu lub interfejsie panelu sterowania terminala.

 

 

W celu zapewnienia wysokiej precyzji pomiaru należy zwrócić uwagę na: ① dokładność pomiaru rezystancji jest generalnie wybierana jako rezystancja powłoki metalowej, z dokładnością ≤ ± 0,5%.Szczegółowe informacje zawiera Tabela 1-1.② impedancja wejściowa obwodu przyrządu wtórnego lub tablicy kontrolnej zacisków powinna być ponad 100 razy większa niż rezystancja pomiaru.

 

 

6. Obliczanie napięcia próbkowania i pomiaru rezystancji

 

 

Z poprzedniej formuły

 

 

U0=I2RM

 

 

RM=U0/I2

 

 

Gdzie: U0 – mierzone napięcie, zwane też napięciem próbkowania (V).

 

 

I2 – prąd kompensacji uzwojenia wtórnego (a).

 

 

RM – pomiar rezystancji (Ω).

 

 

Przy obliczaniu I2 prąd wyjściowy (znamionowa wartość skuteczna) I2 odpowiadający mierzonemu prądowi (znamionowa wartość skuteczna) I1 można znaleźć w tabeli parametrów technicznych czujnika prądowego kompensacji magnetycznej.Jeśli I2 ma być przekonwertowane na U0 = 5V, patrz Tabela 1-1 dla wyboru RM.

 

 

7. Obliczanie punktu nasycenia i * duży zmierzony prąd

 

 

Z rysunku 1-3 widać, że obwód prądu wyjściowego I2 to: v+ → Kolektor-emiter końcowego wzmacniacza mocy → N2 → RM → 0. Rezystancję zastępczą obwodu pokazano na rysunku 1-6.(obwód v- ~ 0 jest taki sam, a prąd jest przeciwny)

 

 

Gdy prąd wyjściowy i2* jest duży, wartość prądu nie będzie już wzrastać wraz ze wzrostem I1, co nazywamy punktem nasycenia czujnika.

 

 

Oblicz zgodnie z następującym wzorem

 

 

I2max (V+-VCES/RN2+RM)

 

 

Gdzie: V + – dodatnie zasilanie (V).

 

 

Vces – Napięcie nasycenia kolektora lampy mocy (V) wynosi generalnie 0,5V.

 

 

RN2 – Rezystancja wewnętrzna uzwojenia wtórnego DC (Ω), szczegóły w tabeli 1-2.

 

 

RM – pomiar rezystancji (Ω).

 

 

Z obliczeń wynika, że ​​punkt nasycenia zmienia się wraz ze zmianą mierzonej rezystancji RM.Po wyznaczeniu zmierzonej rezystancji RM istnieje określony punkt nasycenia.Oblicz * duży zmierzony prąd i1max zgodnie z następującym wzorem: i1max = i1/i2 · i2max

 

 

W przypadku pomiaru prądu przemiennego lub impulsu, po wyznaczeniu RM należy obliczyć * duży zmierzony prąd i1max.Jeśli wartość i1max jest mniejsza niż wartość szczytowa prądu AC lub mniejsza niż amplituda impulsu, spowoduje to obcinanie przebiegu wyjściowego lub ograniczenie amplitudy.W takim przypadku wybierz mniejszą RM do rozwiązania.

 

 

8. Przykład obliczeń:

 

 

Przykład 1

 

 

Weźmy jako przykład czujnik prądu lt100-p:

 

 

(1) Wymagany pomiar

 

 

Prąd znamionowy: DC

 

 

*Wysoki prąd: DC (czas przeciążenia ≤ 1 minuta/godzinę)

 

 

(2) Spójrz na tabelę i wiedz

 

 

Napięcie robocze: stabilizowane napięcie ± 15 V, rezystancja wewnętrzna cewki 20 Ω (szczegóły w tabeli 1-2)

 

 

Prąd wyjściowy: (wartość znamionowa)

 

 

(3) Wymagane napięcie próbkowania: 5 V

 

 

Oblicz, czy zmierzony prąd i napięcie próbkowania są odpowiednie

 

 

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)

 

 

Z powyższych wyników obliczeń wynika, że ​​spełnione są wymagania (1) i (3).

 

 

9. Opis i przykład czujnika napięcia kompensacji magnetycznej

 

 

Czujnik napięciowy Lv50-p ma pierwotną i wtórną rezystancję elektryczną ≥ 4000vrms (50hz.1min), która służy do pomiaru napięć stałych, przemiennych i impulsowych.Podczas pomiaru napięcia, zgodnie z napięciem znamionowym, rezystor ograniczający prąd jest podłączony szeregowo po stronie pierwotnej + zacisk HT, to znaczy, mierzone napięcie pobiera prąd po stronie pierwotnej przez rezystor

 

 

U1/r1 = I1, R1 = u1/10ma ​​(K Ω), moc rezystancji powinna być 2 ~ 4 razy większa niż wartość obliczona, a dokładność rezystancji powinna wynosić ≤ ± 0,5%.Precyzyjny rezystor mocy z uzwojeniem drutowym R1 można zamówić u producenta.

 

 

10. Metoda okablowania czujnika prądu

 

 

(1) Schemat okablowania czujnika prądu do bezpośredniej kontroli (bez wzmocnienia) pokazano na rysunku 1-7.

 

 

(a) Na rysunku pokazano połączenie typu p (wtyk płytki drukowanej), (b) rysunek przedstawia połączenie typu C (wtyk gniazda), vn VN reprezentuje napięcie wyjściowe Halla.

 

 

(2) Schemat okablowania czujnika prądu wzmocnionego do bezpośredniej kontroli pokazano na rysunku 1-8.

 

 

(a) liczba to połączenie typu p, (b) liczba to połączenie typu C, w którym U0 oznacza napięcie wyjściowe, a RL oznacza rezystancję obciążenia.

 

 

(3) Schemat połączeń czujnika prądu kompensacji magnetycznej pokazano na rysunku 1-9.

 

 

(a) rysunek pokazuje połączenie typu p, (b) rysunek pokazuje połączenie typu C (zauważ, że trzeci pin czteropinowego gniazda jest pustym pinem)

 

 

Metoda połączenia pinów płytki drukowanej powyższych trzech czujników jest zgodna z metodą rozmieszczenia rzeczywistego obiektu, a metoda połączenia wtyczki gniazda jest również zgodna z metodą rozmieszczenia rzeczywistego obiektu, aby uniknąć błędów okablowania.

 

 

Na powyższym schemacie elektrycznym zmierzony prąd I1 obwodu głównego ma strzałkę w otworze wskazującą dodatni kierunek prądu, a dodatni kierunek prądu jest również zaznaczony na fizycznej powłoce.Dzieje się tak dlatego, że czujnik prądu wymaga, aby dodatni kierunek mierzonego prądu I1 miał taką samą biegunowość jak prąd wyjściowy I2.Jest to ważne w przypadku detekcji trójfazowego prądu przemiennego lub wielokanałowego prądu stałego.

 

 

11. Zasilanie robocze czujnika prądu i napięcia;

 

 

Czujnik prądu jest modułem aktywnym, takim jak urządzenia hallowe, wzmacniacze operacyjne i końcowe lampy mocy, które wymagają sprawnego zasilania i poboru prądu.Rysunek 1-10 to praktyczny schemat ideowy typowego zasilacza roboczego.

 

 

(1) Wyjściowy zacisk uziemienia jest centralnie podłączony do dużej elektrolizy w celu redukcji szumów.

 

 

(2) Bit pojemnościowy UF, dioda 1N4004.

 

 

(3) Transformator zależy od poboru mocy czujnika.

 

 

(4) Prąd roboczy czujnika.

 

 

Kontrola bezpośrednia (bez wzmocnienia) pobór mocy: * 5mA;Pobór mocy wzmocnienia bezpośredniego wykrywania: * duży ± 20mA;Pobór mocy kompensacji magnetycznej: 20 + prąd wyjściowy* Duży pobór prądu roboczego 20 + dwukrotność prądu wyjściowego.Pobór mocy można obliczyć na podstawie zużytego prądu roboczego.

 

 

12. Środki ostrożności dotyczące stosowania czujników prądu i napięcia

 

 

(1) Czujnik prądu musi odpowiednio dobierać produkty o różnych specyfikacjach zgodnie ze znamionową skuteczną wartością mierzonego prądu.Jeśli zmierzony prąd przekroczy limit przez długi czas, uszkodzi to lampę końcówki mocy (w odniesieniu do typu kompensacji magnetycznej).Ogólnie czas trwania dwukrotnego prądu przeciążenia nie powinien przekraczać 1 minuty.

 

 

(2) Czujnik napięciowy musi być połączony szeregowo z rezystorem ograniczającym prąd R1 po stronie pierwotnej zgodnie z instrukcją produktu, aby strona pierwotna mogła uzyskać prąd znamionowy.Ogólnie czas trwania podwójnego przepięcia nie powinien przekraczać 1 minuty.

 

 

(3) Dobrą dokładność czujnika prądu i napięcia uzyskuje się pod warunkiem oceny strony pierwotnej, więc gdy zmierzony prąd jest wyższy niż wartość znamionowa czujnika prądu, należy wybrać odpowiedni duży czujnik;Gdy zmierzone napięcie jest wyższe niż wartość znamionowa czujnika napięciowego, należy ponownie wyregulować rezystancję ograniczającą prąd.Gdy mierzony prąd jest mniejszy niż 1/2 wartości znamionowej, w celu uzyskania dobrej dokładności można zastosować metodę wielokrotnych zwojów.

 

 

(4) Czujniki z izolacją 3KV i napięciem wytrzymywanym mogą przez długi czas normalnie pracować w systemach AC o napięciu 1 kV i niższym oraz w systemach DC o napięciu 1,5 kV i niższym.Czujniki 6kV mogą pracować normalnie w systemach AC 2KV i niższych oraz DC 2,5KV i niższych przez długi czas.Uważaj, aby nie używać ich pod nadciśnieniem.

 

 

(5) W przypadku stosowania w urządzeniach wymagających dobrej charakterystyki dynamicznej, * można łatwo zastosować pojedynczą miedzianą aluminiową szynę zbiorczą i pokrywać się z otworem.Zastąpienie małych lub większej liczby zakrętów dużymi wpłynie na charakterystykę dynamiczną.

 

 

(6) W przypadku stosowania w wysokoprądowym systemie prądu stałego, jeśli działający zasilacz jest z jakiegoś powodu otwarty lub uszkodzony, żelazny rdzeń wytworzy dużą remanencję, która jest godna uwagi.Remanencja wpływa na dokładność.Metoda rozmagnesowania polega na włączeniu prądu przemiennego po stronie pierwotnej bez dodawania działającego zasilacza i stopniowym zmniejszaniu jego wartości.

 

 

(7) Zdolność przeciw zewnętrznemu polu magnetycznemu czujnika to: prąd w odległości 5 ~ 10 cm od czujnika, który jest ponad dwukrotnie większy niż wartość prądu oryginalnej strony czujnika, a generowane zakłócenia pola magnetycznego mogą być odporne na zakłócenia.W przypadku okablowania trójfazowego wysokiego prądu odległość między fazami powinna być większa niż 5 ~ 10 cm.

 

 

(8) Aby czujnik działał w dobrym stanie pomiarowym, należy zastosować prosty typowy zasilacz regulowany przedstawiony na Rysunku 1-10.

 

 

(9) Magnetyczny punkt nasycenia i punkt nasycenia obwodu czujnika sprawiają, że ma on silną przeciążalność, ale przeciążalność jest ograniczona w czasie.Podczas testowania zdolności przeciążeniowej prąd przeciążenia większy niż 2 razy nie powinien przekraczać 1 minuty.

 

 

(10) Temperatura pierwotnej szyny prądowej nie powinna przekraczać 85 ℃, co jest określane przez właściwości tworzyw konstrukcyjnych ABS.Użytkownicy mają specjalne wymagania i mogą wybrać jako powłokę tworzywa wysokotemperaturowe.

 

 

13. Zalety czujnika prądu w użyciu

 

 

(1) Bezkontaktowe wykrywanie.W odbudowie importowanego sprzętu i technicznej transformacji starego sprzętu pokazuje wyższość pomiaru bezkontaktowego;Wartość prądu można zmierzyć bez zmiany okablowania elektrycznego oryginalnego wyposażenia.

 

 

(2) Wadą stosowania bocznika jest to, że nie można go odizolować elektrycznie, a także występuje tłumienie wtrąceniowe.Im większy prąd, tym większa strata i większa objętość.Ludzie odkryli również, że bocznik ma nieuniknioną indukcyjność podczas wykrywania wysokiej częstotliwości i dużego prądu i nie może naprawdę transmitować zmierzonego kształtu fali prądu, nie mówiąc już o typie fali niesinusoidalnej.Czujnik prądu całkowicie eliminuje powyższe wady bocznika, a dokładność i wartość napięcia wyjściowego mogą być takie same jak bocznika, na przykład poziom dokładności 0.5, 1.0, poziom napięcia wyjściowego 50, 75mV i 100mV.

 

 

(3) jest bardzo wygodny w użyciu.Weź czujnik prądu lt100-c, podłącz szeregowo miernik analogowy 100mA lub multimetr cyfrowy na końcu M i końcu zerowym zasilacza, podłącz zasilacz roboczy i umieść czujnik na obwodzie przewodu, aby prąd wartość obwodu głównego 0 ~ 100A może być dokładnie wyświetlana.

 

 

(4) Chociaż tradycyjny przekładnik prądowy i napięciowy ma wiele poziomów prądu i napięcia roboczego i ma wysoką dokładność przy określonej sinusoidalnej częstotliwości roboczej, może on dostosować się do bardzo wąskiego pasma częstotliwości i nie może przesyłać prądu stałego.Ponadto podczas pracy występuje prąd wzbudzający, więc jest to urządzenie indukcyjne, więc jego czas reakcji może wynosić tylko kilkadziesiąt milisekund.Jak wszyscy wiemy, gdy wtórna strona przekładnika prądowego jest w obwodzie otwartym, spowoduje to zagrożenie wysokim napięciem.W zastosowaniu detekcji mikrokomputerowej wymagana jest wielokanałowa akwizycja sygnału.Ludzie szukają sposobu na izolowanie i zbieranie sygnałów


Czas wysłania: Lip-06-2022