Co to jest czujnik prądu z efektem Halla?
A Czujnik prądu z efektem Halla to urządzenie elektroniczne, które mierzy prąd przepływający przez przewodnik, wykorzystując zjawisko Halla. Efekt Halla to zasada fizyczna, zgodnie z którą różnica napięcia, zwana napięciem Halla, powstaje w przewodniku, gdy jest on wystawiony na działanie pola magnetycznego prostopadłego do kierunku przepływu prądu. Czujniki prądu z efektem Halla wykorzystują to zjawisko do precyzyjnego pomiaru wielkości prądu przepływającego przez przewodnik bez konieczności bezpośredniego kontaktu elektrycznego.
Spis treści
Co to jest efekt Halla?
Kiedy odkryto efekt Halla i jak działa?
Efekt Halla został odkryty przez amerykańskiego fizyka Halla w 1879 roku. Gdy prąd przepływa przez przewodnik w polu magnetycznym, w przewodniku powstaje różnica potencjałów prostopadła do kierunku prądu i kierunku pola magnetycznego. Wielkość różnicy potencjałów jest proporcjonalna do pionowej składowej indukcji magnetycznej i wielkości prądu. W półprzewodnikach efekt Halla jest jeszcze bardziej wyraźny.
Efekt Halla to zasadniczo ugięcie poruszających się naładowanych cząstek w polu magnetycznym spowodowane siłą Lorentza. Kiedy naładowane cząstki (elektrony lub dziury) są zamknięte w materiale stałym, to ugięcie prowadzi do akumulacji ładunków dodatnich i ujemnych w kierunku prostopadłym do prądu i pola magnetycznego, tworząc w ten sposób dodatkowe poprzeczne pole elektryczne, czyli tzw. pole elektryczne EH.
Prąd IS przepływa przez element Halla typu N lub P, kierunek pola magnetycznego B jest prostopadły do kierunku prądu IS, a kierunek pola magnetycznego jest od wewnątrz na zewnątrz. W przypadku półprzewodników typu N i półprzewodników typu P wygenerowane kierunki są takie, jak pokazano w Sali po lewej i prawej stronie. Pole elektryczne EH (na tej podstawie można ocenić właściwości elementu Halla – typu N lub typu P).
Różnica potencjałów Halla EH zapobiega dalszemu przesuwaniu się nośników na bok. Kiedy poprzeczna siła pola elektrycznego FE i siła Lorentza FB doświadczana przez nośniki są równe, akumulacja ładunków po obu stronach elementu Halla osiąga dynamiczną równowagę.
ponieważ:
FE=eEH, FB=evB,
W związku z tym:
eEH=eVB (1)
Załóżmy, że szerokość próbki wynosi b, grubość d, a stężenie nośnika wynosi n, wówczas:
IS=nevbd (2)
Ze wzorów (1) i (2) możemy otrzymać:
Różnica potencjałów Halla UH=EHb=(1/ne)(ISB/d)=RH(ISB/d)
RH=1/ne to współczynnik Halla materiału, który jest ważnym parametrem odzwierciedlającym siłę efektu Halla materiału.
Dla stałego elementu Halla grubość d jest stała, a KH jest współczynnikiem Halla elementu Halla, który można uzyskać:
UH=KHISB (3)
Oznacza to, że różnica potencjałów Halla UH jest proporcjonalna do prądu IS i indukcji magnetycznej B.
Zastosowania efektu Halla
Wykorzystując efekt Halla, można wykonać czujniki przełączające i czujniki liniowe. Przełącznikowe czujniki Halla są szeroko stosowane w pomiarach położenia, przemieszczenia i prędkości, a liniowe czujniki Halla są szeroko stosowane w pomiarach pola magnetycznego, prądu i napięcia.
W ostatnich latach wzrasta zapotrzebowanie na pomiary energii elektrycznej o zmiennej częstotliwości, o częstotliwości innej niż sieciowa i charakterystyce niesinusoidalnej. Ze względu na wąski zakres zastosowań transformatorów elektromagnetycznych, w porównaniu z odpowiednimi pasmami częstotliwości czujników napięcia i prądu Halla Wide i mogą być stosowane do pomiaru prądu stałego, perspektywy rynkowe są szerokie.
Jednak w celu dokładnego pomiaru mocy o zmiennej częstotliwości w złożonym środowisku elektromagnetycznym, ze względu na wrażliwość czujnika Halla na pole magnetyczne, należy zwrócić szczególną uwagę na zastosowanie. Ponadto, ponieważ czujniki napięcia i prądu Halla są używane głównie do pomiaru napięcia i prądu w celach kontrolnych, producenci zazwyczaj nie dostarczają wskaźników różnicy kątów, które są krytyczne dla pomiaru mocy. W sytuacjach wymagających dokładnego pomiaru mocy należy używać ich ostrożnie.
Krajowa Stacja Metrologiczna Przyrządów Pomiarowych Mocy Przeliczającej Częstotliwość przeprowadziła wyrywkowe kontrole niektórych popularnych typów czujników napięcia i prądu Halla. Przy 50 Hz wskaźnik różnicy kątów wynosi od 20′ do 240′, w porównaniu z 10′ w przypadku transformatora elektromagnetycznego o poziomie 0,2. Innymi słowy, wskaźnik różnicy kątowej jest słaby i w przypadku niskiego współczynnika mocy ma duży wpływ na dokładność pomiaru mocy.
Jak działają i rodzaje czujników prądu Halla
Podsumowanie czujników prądu z efektem Halla
Czujniki prądu Halla obejmują typy z pętlą otwartą i zamkniętą. Większość precyzyjnych czujników prądu Halla ma pętlę zamkniętą. Czujnik prądu Halla w pętli zamkniętej opiera się na zasadzie Halla równowagi magnetycznej, czyli zasadzie pętli zamkniętej. Gdy wytwarza się prąd pierwotny IP, strumień magnetyczny jest skupiany w obwodzie magnetycznym poprzez wysokiej jakości rdzeń magnetyczny, element Halla jest mocowany w szczelinie powietrznej w celu wykrycia strumienia magnetycznego, a prąd kompensacji zwrotnej jest wyprowadzany przez wieloobrotowy cewka nawinięta na rdzeń magnetyczny, która służy do kompensacji wytwarzania prądu IP po stronie pierwotnej. Strumień magnetyczny, dzięki czemu strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym jest zawsze utrzymywany na poziomie zera. Po przetworzeniu w specjalnym obwodzie zacisk wyjściowy czujnika może generować zmianę prądu, która dokładnie odzwierciedla prąd strony pierwotnej.
Jak działają czujniki prądu z efektem Halla
Czujniki prądu z efektem Halla w otwartej pętli
Gdy prąd pierwotny IP przepływa przez długi przewód, wokół przewodu generowane jest pole magnetyczne. Wielkość tego pola magnetycznego jest proporcjonalna do prądu płynącego przez drut. Wytworzone pole magnetyczne gromadzi się w pierścieniu magnetycznym i przechodzi przez szczelinę powietrzną pierścienia magnetycznego. Element Halla mierzy i wzmacnia moc wyjściową, a jego napięcie wyjściowe VS dokładnie odzwierciedla prąd pierwotny IP. Ogólna moc wyjściowa jest skalibrowana do 4 V.
Równowaga magnetyczna (pętla zamknięta) Czujniki prądu Halla
Gdy prąd pierwotny IP przepływa przez długi przewód, wokół przewodu generowane jest pole magnetyczne. Wielkość tego pola magnetycznego jest proporcjonalna do prądu płynącego przez drut. Wytworzone pole magnetyczne gromadzi się w pierścieniu magnetycznym i przechodzi przez szczelinę powietrzną pierścienia magnetycznego. Element Halla mierzy i wzmacnia moc wyjściową, a jego napięcie wyjściowe VS dokładnie odzwierciedla prąd pierwotny IP. Ogólna moc wyjściowa jest skalibrowana do 4 V.
Czujnik prądu równowagi magnetycznej nazywany jest także czujnikiem kompensacyjnym, co oznacza, że pole magnetyczne generowane przez prąd pierwotny Ip na magnetycznym pierścieniu zbierającym jest kompensowane przez pole magnetyczne generowane przez prąd cewki wtórnej, a prąd kompensacyjny dokładnie odzwierciedla prąd pierwotny Ip, w ten sposób ustaw urządzenie Halla w stan roboczy wykrywania zerowego strumienia magnetycznego.
Specyficzny proces pracy polega na tym, że gdy prąd przepływa przez obwód główny, pole magnetyczne generowane na przewodzie jest zbierane przez pierścień magnetyczny i indukowane do urządzenia Halla, a wygenerowany sygnał wyjściowy jest wykorzystywany do napędzania lampy mocy i sprawiania, że postępowania, uzyskując w ten sposób rekompensatę Current Is. Prąd ten przepływa przez uzwojenie wielozwojowe, aby wytworzyć pole magnetyczne, które jest dokładnie przeciwne do pola magnetycznego generowanego przez mierzony prąd, kompensując w ten sposób pierwotne pole magnetyczne i stopniowo zmniejszając moc wyjściową urządzenia Halla. Gdy pole magnetyczne generowane przez pomnożenie Ip i liczby zwojów jest równe, Is nie będzie już wzrastać. W tym czasie urządzenie Halla pełni rolę wskazującą zerowy strumień magnetyczny. W tej chwili Ip można przetestować za pomocą Is. Kiedy zmienia się Ip, równowaga zostaje zniszczona, a urządzenie Halla ma sygnał wyjściowy, to znaczy powyższy proces jest powtarzany, aby ponownie osiągnąć równowagę. Jakakolwiek zmiana mierzonego prądu zaburzy tę równowagę. Gdy pole magnetyczne jest niezrównoważone, urządzenie Halla ma sygnał wyjściowy. Po wzmocnieniu mocy odpowiedni prąd przepływa natychmiast przez uzwojenie wtórne, aby skompensować niezrównoważone pole magnetyczne. Od niezrównoważenia pola magnetycznego do ponownego zrównoważenia wymagany czas jest teoretycznie krótszy niż 1 μs, co jest procesem dynamicznej równowagi. Dlatego z makropunktu widzenia amperozwojenia wtórnego prądu kompensacyjnego są w dowolnym momencie równe amperozwojom pierwotnego mierzonego prądu.
Główna różnica między czujnikiem prądu Halla w pętli zamkniętej a czujnikiem prądu Halla w pętli otwartej
A. Różnica w przepustowości
Mówiąc mikroskopowo, pole magnetyczne w szczelinie powietrznej zawsze zmienia się w pobliżu strumienia zerowego. Ponieważ pole magnetyczne zmienia się bardzo mało, zmiana częstotliwości może być szybsza. Dlatego czujnik prądu Halla w pętli zamkniętej charakteryzuje się krótkim czasem reakcji. Rzeczywista szerokość pasma czujnika prądu Halla w pętli zamkniętej może zwykle osiągnąć ponad 100 kHz. Szerokość pasma czujnika prądu Halla z otwartą pętlą jest zwykle wąska, np.: szerokość pasma zwykłego czujnika prądu Halla z otwartą pętlą wynosi około 3 kHz.
B. Różnica w precyzji
Moc wyjściowa strony wtórnej czujnika prądu Halla z otwartą pętlą jest proporcjonalna do intensywności indukcji magnetycznej w szczelinie powietrznej rdzenia magnetycznego, a rdzeń magnetyczny jest wykonany z materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej. Efekty nieliniowe i histerezy są nieodłączną cechą wszystkich materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej. Dlatego czujnik prądu Halla z otwartą pętlą ma zazwyczaj słaby kąt liniowości, a sygnał wyjściowy strony wtórnej będzie inny, gdy sygnał strony pierwotnej będzie wzrastać i spadać. Dokładność czujnika prądu Halla w pętli otwartej jest zwykle gorsza niż 1%. Ponieważ czujnik prądu Halla w zamkniętej pętli działa w stanie zerowego strumienia, nieliniowość i efekt histerezy rdzenia magnetycznego nie będą miały wpływu na moc wyjściową, dzięki czemu można uzyskać lepszą liniowość i większą precyzję. Dokładność czujnika prądu Halla w pętli zamkniętej może ogólnie osiągnąć 0,2%.
Główne parametry techniczne czujnika prądu Halla
Napięcie zasilania VA czujnika prądu Halla
Napięcie zasilania czujnika VA odnosi się do napięcia zasilania czujnika prądu, które musi mieścić się w zakresie określonym przez czujnik. Powyżej tego zakresu czujnik nie może pracować normalnie lub jego niezawodność jest zmniejszona. Dodatkowo napięcie zasilania VA czujnika jest dzielone na dodatnie napięcie zasilania VA+ i ujemne napięcie zasilania VA-. Należy zwrócić uwagę, że dla czujników zasilanych jednofazowo napięcie zasilania VAmin jest dwukrotnie większe niż napięcie zasilania dwufazowego VAmin, zatem jego zakres pomiarowy powinien być większy niż w przypadku czujników dwuzakresowych.
Zakres pomiarowy Ipmax
Odnosi się do maksymalnej wartości prądu, jaką może zmierzyć czujnik prądu, a zakres pomiarowy jest na ogół większy niż standardowa wartość znamionowa IPN.
Standardowa wartość znamionowa IPN i znamionowy prąd wyjściowy ISN
IPN odnosi się do standardowej wartości znamionowej, którą może przetestować czujnik prądu, wyrażonej w wartości skutecznej (Arms), a rozmiar IPN jest powiązany z modelem czujnika. ISN odnosi się do znamionowego prądu wyjściowego czujnika prądu, zwykle 10 ~ 400 mA, oczywiście może się on różnić w zależności od niektórych modeli. Jeśli prąd wyjściowy przepływa przez rezystor pomiarowy R, można uzyskać napięciowy sygnał wyjściowy o wartości kilku woltów, proporcjonalny do prądu pierwotnego.
Przesunięcie bieżącego ISO
Prąd offsetowy nazywany jest również prądem różnicowym lub prądem różnicowym, który jest spowodowany głównie niestabilnym stanem pracy elementów Halla lub wzmacniaczy operacyjnych w obwodach elektronicznych. Kiedy czujnik prądu jest produkowany, w temperaturze 25°C i IP=0, prąd przesunięcia został dostosowany do minimum, ale czujnik wygeneruje pewną ilość prądu przesunięcia, gdy opuści linię produkcyjną.
Liniowość
Liniowość określa stopień, w jakim sygnał wyjściowy czujnika (prąd strony wtórnej I0) jest proporcjonalny do sygnału wejściowego (prąd strony pierwotnej I) w zakresie pomiarowym.
dryft temperaturowy
Prąd offsetowy ISO jest obliczany przy 25°C. Gdy zmieni się temperatura otoczenia wokół elektrody Halla, zmieni się ISO. Dlatego ważne jest, aby wziąć pod uwagę maksymalną zmianę prądu offsetu ISO, gdzie IOT odnosi się do wartości dryftu temperatury w tabeli parametrów bieżącego czujnika.
Przeciążalność
Przeciążalność czujnika prądu oznacza, że w przypadku wystąpienia przeciążenia prąd pierwotny będzie nadal wzrastał poza zakresem pomiarowym, a czas trwania prądu przeciążenia może być bardzo krótki, a wartość przeciążenia może przekroczyć dopuszczalną wartość czujnika . Generalnie nie da się tego zmierzyć, ale nie spowoduje to uszkodzenia czujnika.
dokładność
Dokładność czujników Halla zależy od standardowego prądu znamionowego IPN. W temperaturze +25°C dokładność pomiaru czujnika ma pewien wpływ na prąd pierwotny, a przy ocenie dokładności czujnika należy również uwzględnić wpływ prądu niezrównoważenia, liniowość i dryft temperaturowy.
Zastosowania czujników prądu z efektem Halla
W ostatnich latach w układach automatyki zastosowano dużą liczbę tranzystorów, prostowników i tyrystorów dużej mocy, a szeroko zastosowano obwody regulacji prędkości konwersji częstotliwości prądu przemiennego i modulacji szerokości impulsu, dzięki czemu obwód nie jest już tylko tradycyjnym 50 -cykliczna fala sinusoidalna i pojawiły się różne rodzaje fal sinusoidalnych. przebieg. W przypadku tego rodzaju obwodu tradycyjna metoda pomiaru nie jest w stanie odzwierciedlić jego rzeczywistego kształtu fali, a elementy służące do wykrywania prądu i napięcia nie nadają się do wykrywania i wykrywania przebiegu prądu o średniej i wysokiej częstotliwości oraz o wysokim di/dt.
Czujniki efektu Halla, które mogą mierzyć prąd i napięcie dowolnych przebiegów. Zacisk wyjściowy może naprawdę odzwierciedlać parametry kształtu fali prądu lub napięcia zacisku wejściowego. Mając na uwadze wspólną wadę, jaką jest duży dryft temperatury w czujnikach Halla, do sterowania zastosowano obwód kompensacyjny, który skutecznie ogranicza wpływ temperatury na dokładność pomiaru i zapewnia dokładny pomiar; charakteryzuje się wysoką precyzją, wygodną instalacją i niską ceną.
Czujniki efektu Halla są szeroko stosowane w urządzeniach sterujących prędkością z konwersją częstotliwości, urządzeniach inwerterowych, zasilaczach UPS, zasilaczach komunikacyjnych, spawarkach elektrycznych, lokomotywach elektrycznych, podstacjach, obrabiarkach CNC, powlekaniu elektrolitycznym, monitorowaniu mikrokomputerowym, monitorowaniu sieci energetycznej i innych obiektach, które trzeba izolować i wykrywać prąd i napięcie.
Czujniki prądu Halla, zwłaszcza czujniki prądu Halla z zamkniętą pętlą, są szeroko stosowane w dziedzinie pomiarów i sterowania przemysłowego ze względu na ich charakterystykę szerokiego pasma częstotliwości, prądu przemiennego i stałego oraz niełatwego nasycenia magnetycznego. Jednak czujniki prądu Halla mają również pewne wady:
1. W porównaniu z elektromagnetycznym przekładnikiem prądowym jego prąd wtórny jest niewielki, a jego zdolność przeciwzakłóceniowa jest stosunkowo słaba;
2. Podatne na wpływ otaczającego pola magnetycznego, zmniejszające dokładność pomiaru;
3. Ogólnie rzecz biorąc, wskaźnik różnicy kątowej nie jest podawany, a gdy jest używany do pomiaru mocy, nie można prześledzić źródła błędu systemu.
Ogólnie zaleca się, aby czujniki prądu Halla były stosowane do celów kontrolnych, które nie obejmują pomiaru mocy lub nie wymagają dużej precyzji; do pomiaru mocy lub pomiaru energii w obwodach sinusoidalnych o częstotliwości sieciowej zalecane są elektromagnetyczne przekładniki prądowe.
Zastosowania czujników prądu Halla - porównanie z innymi elementami czujnikowymi
W przeszłości powszechnie używanymi komponentami do wykrywania prądu były boczniki i przekładniki prądowe.
Największym problemem związanym ze stosowaniem boczników jest brak izolacji galwanicznej pomiędzy wejściem i wyjściem. Ponadto, gdy bocznik jest używany do wykrywania prądu o wysokiej częstotliwości lub dużym prądzie, jest on nieuchronnie indukcyjny, więc podłączenie bocznika nie tylko wpływa na przebieg mierzonego prądu, ale także nie może w rzeczywistości przesyłać przebiegów niesinusoidalnych.
Przekładnik prądowy ma wysoką dokładność w ramach określonej częstotliwości roboczej, ale zakres częstotliwości, do którego może się dostosować, jest bardzo wąski, szczególnie nie może przesyłać prądu stałego. Ponadto podczas pracy przekładnika prądowego występuje prąd wzbudzenia, więc jest to element indukcyjny i ma te same wady co bocznik.
Zastosowanie czujnika prądu Halla - sprawy wymagające uwagi
Podobnie jak konwencjonalne czujniki prądu, ogólne czujniki prądu Halla mają cztery styki, dodatni (+), ujemny (-), zacisk pomiarowy (M) i masę (0), ale przewodowe czujniki prądu nie mają tych czterech styków. , ale są trzy przewody: czerwony, czarny, żółty i zielony, które odpowiadają odpowiednio biegunowi dodatniemu, biegunowi ujemnemu, zaciskowi pomiarowemu i masie. Jednocześnie w większości czujników znajduje się wewnętrzny otwór i podczas pomiaru prądu pierwotnego przewód powinien przechodzić przez wewnętrzny otwór. Rozmiar apertury ma nieunikniony związek z modelem produktu i wielkością mierzonego prądu.
Niezależnie od rodzaju czujnika prądu, okablowanie pinów należy podłączyć zgodnie z warunkami podanymi w instrukcji podczas montażu.
1) Podczas pomiaru prądu przemiennego konieczne jest użycie zasilacza bipolarnego. Oznacza to, że biegun dodatni (+) czujnika jest podłączony do zacisku „+VA” zasilacza, a biegun ujemny do zacisku „-VA” zasilacza. To połączenie nazywa się zasilaczem bipolarnym. Jednocześnie zacisk pomiarowy (M) jest podłączony do zacisku „0 V” zasilacza poprzez rezystor (typ pojedynczego palca zerowego strumienia magnetycznego).
2) Przy pomiarze prądu stałego można zastosować zasilanie jednobiegunowe lub jednofazowe, tzn. biegun dodatni lub ujemny jest zwierany z zaciskiem „0V”, tak że podłączona jest tylko jedna elektroda.
Ponadto podczas instalacji należy w pełni uwzględnić zastosowanie, model, asortyment i środowisko instalacji produktu. Przykładowo czujnik należy zamontować w miejscu sprzyjającym odprowadzeniu ciepła.
Oprócz instalacji okablowania, natychmiastowej kalibracji i kalibracji oraz zwrócenia uwagi na środowisko pracy czujnika, należy również zwrócić uwagę na następujące elementy, aby zapewnić dokładność testu:
1) Przewód pierwotny powinien być umieszczony pośrodku wewnętrznego otworu czujnika i nie powinien być w miarę możliwości odchylony;
2) Wypełnij wewnętrzny otwór czujnika możliwie całkowicie przewodem pierwotnym, nie pozostawiając żadnych przerw;
3) Mierzony prąd powinien być zbliżony do standardowej wartości znamionowej IPN czujnika, a różnica nie powinna być zbyt duża. Jeśli warunki są ograniczone, pod ręką dostępny jest tylko jeden czujnik o wysokiej wartości znamionowej, a mierzona wartość prądu jest znacznie niższa od wartości znamionowej. Aby poprawić dokładność pomiaru, przewód pierwotny można nawinąć kilka razy, aby był zbliżony do wartości znamionowej. Na przykład, gdy czujnik o wartości znamionowej 100 A jest używany do pomiaru prądu o natężeniu 10 A, w celu poprawy dokładności przewód pierwotny można owinąć dziesięciokrotnie wokół środka wewnętrznego otworu czujnika (ogólnie rzecz biorąc, NP=1; w jednym okręgu w otworze wewnętrznym NP= 2;…;Dziewięć okręgów, NP=10, wówczas NP×10A=100A równa się wartości znamionowej czujnika, co może poprawić dokładność).
Czy czujnik prądu Halla doświadczy nasycenia magnetycznego?
co to jest zjawisko nasycenia magnetycznego?
Substancja ferromagnetyczna lub ferrimagnetyczna znajduje się w stanie, w którym polaryzacja magnetyczna lub namagnesowanie nie wzrasta znacząco wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego.
Ze względu na ograniczenia struktury fizycznej materiału przepuszczalnego magnetycznie, przechodzący strumień magnetyczny nie może rosnąć w nieskończoność. Bez względu na to, czy zwiększysz prąd, czy liczbę zwojów, strumień magnetyczny przechodzący przez pewną objętość materiału przepuszczalnego magnetycznie nie będzie już wzrastał do pewnej wartości i osiągnięte zostanie nasycenie magnetyczne. .
Załóżmy, że istnieje elektromagnes. Po przyłożeniu prądu jednostkowego wygenerowane natężenie pola magnetycznego wynosi 1, gdy prąd wzrośnie do 2, natężenie pola magnetycznego wzrośnie do 2,3, gdy natężenie prądu wyniesie 5, natężenie pola magnetycznego wyniesie 7, ale prąd osiąga 6. Gdy natężenie pola magnetycznego nadal wynosi 7, jeśli prąd zostanie dodatkowo zwiększony, natężenie pola magnetycznego wyniesie 7 i już nie będzie rosło. W tej chwili mówi się, że elektromagnes ma nasycenie magnetyczne.
Zagrożenia nasyceniem magnetycznym
Wnętrze czujnika prądu Halla zawiera materiały o wysokiej przenikalności magnetycznej. Po nasyceniu magnetycznym materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej prąd wtórny (lub napięcie) czujnika nie będzie się już zmieniał w zależności od zmiany prądu pierwotnego, co spowoduje błędy pomiaru lub awarie zabezpieczeń obwodu wtórnego. Tymczasowe nasycenie magnetyczne może również powodować nadmierne nagrzewanie materiału przewodzącego magnetycznie i uszkodzić izolację pomiędzy obwodem pierwotnym a obwodem wtórnym czujnika prądu Halla, zagrażając sprzętowi i bezpieczeństwu osobistemu.
Problem z nasyceniem magnetycznym czujnika prądu Halla
Wielu producentów czujników prądu Halla w swoich materiałach technicznych promuje również brak nasycenia magnetycznego jako ważną zaletę czujników prądu Halla. Brak nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla jest niemal jedną z głównych zalet czujnika prądu Halla, która zyskała szerokie uznanie od czasu jego zastosowania.
Czy to prawda?
W rzeczywistości czujnik prądu Halla zawiera nieliniowy rdzeń magnetyczny, który już określa, że czujnik prądu Halla będzie w pewnych okolicznościach nasycony magnetycznie!
Problem nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla z otwartą pętlą
Poniższy rysunek przedstawia schematyczny diagram typowej krzywej namagnesowania wszystkich materiałów o wysokiej przenikalności magnetycznej:
Na rysunku Oa' jest początkowym segmentem nieliniowym, a'a” jest segmentem liniowym, a a”a jest obszarem nasycenia. Jak wszyscy wiemy, aby uzyskać lepsze wyniki pomiarów, niezależnie od tego, czy jest to czujnik prądu Halla z otwartą pętlą, czy transformator elektromagnetyczny, jako zakres roboczy zostanie przyjęty odcinek o lepszej liniowości krzywej namagnesowania. Innymi słowy, dopóki indukcja magnetyczna przekracza pewien zakres w obszarze liniowym, nastąpi nasycenie magnetyczne.
W porównaniu z transformatorem elektromagnetycznym istnieje tylko jeden powód nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla z otwartą pętlą, to znaczy prąd pierwotny jest wystarczająco duży.
Nie powoduje nasycenia magnetycznego ze względu na niską częstotliwość prądu, co jest zaletą czujnika prądu Halla, a także charakterystyką nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla z otwartą pętlą.
Natomiast transformator elektromagnetyczny ma również tę zaletę, że obciążenie wtórne jest wystarczająco małe, nawet przy dużym przeciążeniu nie wystąpi nasycenie magnetyczne.
Problem nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla w pętli zamkniętej
Problem nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla z otwartą pętlą jest stosunkowo prosty. Natomiast problem nasycenia magnetycznego czujnika prądu Halla w pętli zamkniętej wydaje się niezrozumiały, ponieważ strumień magnetyczny w rdzeniu magnetycznym wynosi zero, gdy czujnik prądu Halla w pętli zamkniętej pracuje normalnie. , przy zerowym strumieniu magnetycznym, naturalnie nie będzie nasycony.
Będzie to jednak możliwe tylko w normalnych warunkach pracy!
W rzeczywistości, nawet jeśli problem nasycenia magnetycznego elektromagnetycznego przekładnika prądowego lub czujnika prądu Halla w pętli otwartej wystąpi w nietypowych warunkach pracy, takich jak przeciążenie, niska częstotliwość i duże obciążenie, nie wystąpi on w normalnych warunkach pracy. Nasycenie magnetyczne!
Z zasady działania czujnika prądu Halla w pętli zamkniętej wynika, że zerowy strumień magnetyczny ustala się przy założeniu, że pole magnetyczne generowane przez uzwojenie kompensacyjne strony wtórnej może kompensować pole magnetyczne generowane przez przewód strony pierwotnej. Czy zatem czujnik prądu Halla w zamkniętej pętli może utrzymać ten zerowy strumień w każdych okolicznościach?
Oczywiście, że nie!
A. Gdy czujnik nie jest zasilany, uzwojenie kompensacyjne strony wtórnej nie generuje prądu. W tym momencie czujnik prądu Halla z zamkniętą pętlą jest odpowiednikiem czujnika prądu Halla z otwartą pętlą. Dopóki prąd pierwotny jest wystarczająco duży, nastąpi nasycenie magnetyczne.
B. Normalne zasilanie, ale prąd pierwotny jest za duży. Dzieje się tak dlatego, że prąd, który może wygenerować wtórne uzwojenie kompensacyjne, jest w końcu ograniczony. Kiedy pole magnetyczne generowane przez prąd pierwotny jest większe niż maksymalne pole magnetyczne, jakie może wytworzyć wtórne uzwojenie kompensacyjne, równowaga magnetyczna zostaje zachwiana i pole magnetyczne przechodzi przez rdzeń magnetyczny. Kiedy prąd stale rośnie, wzrasta również pole magnetyczne w rdzeniu magnetycznym. Gdy prąd pierwotny jest wystarczająco duży, czujnik prądu Halla w pętli zamkniętej wchodzi w stan nasycenia magnetycznego!
W porównaniu z elektromagnetycznymi przekładnikami prądowymi i czujnikami prądu Halla z otwartą pętlą, nasycenie magnetyczne czujników prądu Halla z zamkniętą pętlą jest mniej prawdopodobne, ale nie oznacza to, że nie wystąpi. Niewłaściwe użytkowanie lub długotrwałe przeciążenie może również powodować nasycenie magnetyczne.
Polski 
English 
Español 
Português 
Français 
Deutsch 
Русский 
العربية 
Nederlands 
Türkçe 
Português do Brasil 
English (Canada) 
English (UK) 
한국어 
日本語 
English (Australia) 
Deutsch (Österreich) 
Nederlands (België) 
Français de Belgique 
Dansk 
Svenska 
Deutsch (Schweiz) 
Italiano 
English (South Africa) 
Română 
Magyar 
Čeština 
Suomi 
Bahasa Indonesia 
Español de Argentina 
Español de Chile 
Español de Perú 
Español de México 
Ελληνικά