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开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题

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开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题

发布日期:2018-09-06 作者: 点击:

一、回顾电磁式电流互感器磁饱和问题

1、磁饱和现象

所谓磁饱和是指电磁式电流互感器铁芯中磁通密度大于饱和磁通密度之后,磁通密度不再因一次电流的增大而增大。

2、磁饱和原因

磁通密度为交变量,未发生磁饱和时,互感器铁芯磁通密度的最大值为:Bm=E2/(4.44*f*N2*S)

式中,E2为二次绕组感应电动势,约等于二次绕组输出电压。N2为二次绕组匝数,S为铁芯截面积。对于固定的互感器而言,N2和S为恒定值。

因此,铁芯磁通密度正比于二次电压,反比于电流频率。

二次电压由二次电流和二次负荷共同决定,可见,电磁式电流互感器的磁饱和原因有:

A、一次电流过大,大于额定电流;

B、二次负荷过大,大于额定二次负荷;

C、电流频率过低,低于额定频率。

3、磁饱和危害

电流互感器发生磁饱和后,一次电流与二次电流不再成比例关系,电流互感器不能起到正常的测量或保护作用,引发安全事故。此外,磁饱和状态下,铁芯中磁通密度大,涡流损耗和磁滞损耗大,铁芯发热,容易损坏互感器。

二、霍尔电流传感器磁饱和问题

许多霍尔电流传感器厂家在其技术资料的也将无磁饱和作为霍尔电流传感器的一个重要优点来宣传。霍尔电流传感器不会发生磁饱和几乎是霍尔电流传感器自应用以来就得到广泛认可的主要优点之一。

霍尔电流传感器.jpg

事实是不是这样呢?

事实上,霍尔电流传感器包含了非线性的磁芯,就已经决定了霍尔电流传感器在特定情况下,一定会发生磁饱和!
与电磁式互感器相比,开环式霍尔电流传感器磁饱和原因只有一个,就是原边电流足够大。

不会因为电流频率低导致磁饱和,是霍尔电流传感器的优点,也是开环式霍尔电流传感器磁饱和特点。

相比之下,电磁式互感器也有一个优点,就是二次负荷足够小时,即便过载较多,也不会发生磁饱和。

2、闭环式霍尔电流传感器的磁饱和问题

开环式霍尔电流传感器磁饱和问题较简单,相比之下,闭环式霍尔电流传感器磁饱和问题似乎不可理解,因为闭环式霍尔电流传感器正常工作时,磁芯中的磁通为零,零磁通下,自然不会饱和。

然而,这只能将是在正常工作条件下!

事实上,即便是电磁式电流互感器或开环式霍尔电流传感器磁饱和问题都是发生在过载,频率过低,负荷过大等非正常工作条件下,正常工作条件下,都不会发生磁饱和!

从闭环式霍尔电流传感器工作原理可知,零磁通是建立在副边补偿绕组产生的磁场可以抵消原边导体产生的磁场的前提下。那么,当闭环式霍尔电流传感器是不是任何情况下都可以维持这个零磁通呢?

显然不是!

A、传感器未供电的情况下,副边补偿绕组不产生电流,此时,闭环式霍尔电流传感器相当于一个开环式霍尔电流传感器,只要原边电流够大,就会发生磁饱和。

B、正常供电,原边电流过大。这是因为二次补偿绕组可以产生的电流毕竟是有限度的,当原边电流产生的磁场大于副边补偿绕组能够产生的最大磁场时,磁平衡被打破,磁芯中有磁场通过,原边电流继续加大时,磁芯中磁场也随着增大,原边电流足够大时,闭环式霍尔电流传感器进入磁饱和状态!

与电磁式电流互感器及开环式霍尔电流传感器相比,闭环式霍尔电流传感器磁饱和现象不易发生,但不等于不会发生,使用不当或长时间过载,也会发生磁饱和。


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