1. Dvoranska naprava
Hallova naprava je neke vrste magnetoelektrični pretvornik iz polprevodniških materialov.Če je krmilni tok IC povezan z vhodnim koncem, ko magnetno polje B prehaja skozi površino magnetnega zaznavanja naprave, se na izhodnem koncu pojavi Hallov potencial VH.Kot je prikazano na sliki 1-1.
Velikost Hallovega potenciala VH je sorazmerna z zmnožkom krmilnega toka IC in gostote magnetnega pretoka B, to je VH = khicbsin Θ
Hallov tokovni senzor je narejen po principu Amperovega zakona, to pomeni, da se okoli vodnika, po katerem teče tok, ustvari magnetno polje, ki je sorazmerno toku, Hallova naprava pa se uporablja za merjenje tega magnetnega polja.Zato je možno brezkontaktno merjenje toka.
Posredno izmerite tok vodnika po katerem teče tok z merjenjem Hallovega potenciala.Zato je bil tokovni senzor pretvorjen v električno magnetno električno izolacijo.
2. Hallovo načelo zaznavanja enosmernega toka
Kot je prikazano na sliki 1-2.Ker ima magnetno vezje dobro linearno razmerje z izhodom Hallove naprave, lahko napetostni signal U0, ki ga oddaja Hallova naprava, posredno odraža velikost izmerjenega toka I1, to je I1 ∝ B1 ∝ U0
Umerimo U0 tako, da je enak 50mV ali 100mV, ko je izmerjeni tok I1 nazivna vrednost.Zaradi tega senzor toka Hall neposredno zazna (brez ojačanja).
3. Načelo Hallove magnetne kompenzacije
Primarno glavno vezje ima izmerjen tok I1, ki bo ustvaril magnetni pretok Φ 1. Magnetni pretok, ki ga ustvari tok I2, ki ga prepušča sekundarna kompenzacijska tuljava Φ 2, vzdržuje magnetno ravnotežje po kompenzaciji, Hallova naprava pa je vedno v vlogi zaznavanja ničelnega magnetnega tok.Zato se imenuje Hallov magnetni kompenzacijski tokovni senzor.Ta napredni način je boljši od načina neposrednega zaznavanja.Njegovi izjemni prednosti sta hiter odzivni čas in visoka merilna natančnost, kar je še posebej primerno za detekcijo šibkega in majhnega toka.Načelo Hallove magnetne kompenzacije je prikazano na sliki 1-3.
Slika 1-3 prikazuje: Φ 1＝ Φ dva
I1N1＝I2N2
I2＝NI/N2·I1
Ko kompenzacijski tok I2 teče skozi merilni upor RM, se pretvori v napetost na obeh koncih RM.Kot senzor izmerite napetost U0, to je U0 = i2rm
Po principu Hallove magnetne kompenzacije je izdelan tokovni senzor z nazivnim vhodom od do specifikacij serije.
Ker mora biti senzor magnetnega kompenzacijskega toka navit s tisočimi obrati kompenzacijske tuljave na magnetnem obroču, se stroški povečajo;Drugič, ustrezno se poveča tudi poraba delovnega toka;Vendar pa ima prednosti večje natančnosti in hitrega odziva kot neposredni pregled.
4. Senzor napetosti magnetne kompenzacije
Da bi izmerili majhen tok nivoja Ma, glede na Φ 1 = i1n1 lahko s povečanjem števila ovojev N1 pridobimo tudi visok magnetni pretok Φ 1。 Senzor majhnega toka, narejen s to metodo, lahko meri ne samo tok nivoja Ma, ampak tudi napetost.
Za razliko od tokovnega senzorja je pri merjenju napetosti večobratno navitje na primarni strani napetostnega senzorja zaporedno povezano z uporom za omejevanje toka R1 in nato vzporedno priključeno na izmerjeno napetost U1, da dobimo tok I1, ki je sorazmeren z izmerjeno napetost U1, kot je prikazano na sliki 1-4.
Načelo sekundarne strani je enako kot pri tokovnem senzorju.Ko kompenzacijski tok I2 teče skozi merilni upor RM, se pretvori v napetost na obeh koncih RM kot merilna napetost U0 senzorja, to je U0 = i2rm
5. Izhod tokovnega senzorja
Tokovni senzor neposrednega zaznavanja (brez ojačanja) ima izhodno napetost z visoko impedanco.Pri uporabi mora biti impedanca obremenitve večja od 10 k Ω.Običajno se njegova viseča izhodna napetost ± 50 mV ali ± 100 mV ojača na ± 4 V ali ± 5 V s proporcionalnim ojačevalnikom diferencialnega vhoda.Slika 5-1 prikazuje dve praktični vezji za referenco.
(a) slika lahko izpolnjuje splošne zahteve glede točnosti;(b) Graf ima dobro zmogljivost in je primeren za priložnosti z visokimi zahtevami po natančnosti.
Senzor ojačenega toka z neposrednim zaznavanjem ima izhodno napetost z visoko impedanco.Pri uporabi mora biti impedanca bremena večja od 2K Ω.
Magnetni kompenzacijski tok, napetostni magnetni kompenzacijski tok in senzorji napetosti so tip tokovnega izhoda.Na sliki 1-3 je razvidno, da je "m" konec priključen na napajalnik "O"
Terminal je pot toka I2.Zato je izhodni signal iz "m" konca senzorja trenutni signal.Trenutni signal se lahko prenaša na daljavo v določenem obsegu in je lahko zagotovljena natančnost.Pri uporabi je treba merilni upor RM oblikovati le na vhodu sekundarnega instrumenta ali vmesniku nadzorne plošče terminala.
Da bi zagotovili visoko natančno merjenje, je treba biti pozoren na: ① natančnost merilne upornosti je na splošno izbrana kot odpornost kovinskega filma z natančnostjo ≤± 0,5 %.Za podrobnosti glejte tabelo 1-1.② vhodna impedanca vezja sekundarnega instrumenta ali krmilne plošče terminala mora biti več kot 100-krat večja od merilnega upora.
6. Izračun napetosti vzorčenja in merilnega upora
Iz prejšnje formule
U0＝I2RM
RM＝U0/I2
Kje je: U0 – izmerjena napetost, znana tudi kot napetost vzorčenja (V).
I2 – kompenzacijski tok sekundarne tuljave (a).
RM – izmeri upor (Ω).
Pri izračunu I2 lahko izhodni tok (nazivna efektivna vrednost) I2, ki ustreza izmerjenemu toku (nazivna efektivna vrednost) I1, najdete v tabeli tehničnih parametrov senzorja magnetnega kompenzacijskega toka.Če je treba I2 pretvoriti v U0 = 5V, glejte tabelo 1-1 za izbiro RM.
7. Izračun točke nasičenja in * velikega izmerjenega toka
Iz slike 1-3 je razvidno, da je vezje izhodnega toka I2: v+ → Kolektor Emiter končnega močnostnega ojačevalnika → N2 → RM → 0. Ekvivalentni upor vezja je prikazan na sliki 1-6.(vezje v- ~ 0 je enako, tok pa je nasproten)
Ko je izhodni tok i2* velik, vrednost toka ne bo več naraščala s povečanjem I1, kar se imenuje točka nasičenja senzorja.
Izračunajte po naslednji formuli
I2max＝V+-VCES/RN2+RM
Kje: V + – pozitivno napajanje (V).
Vces – Napetost nasičenosti kolektorja električne cevi (V) je običajno 0,5 V.
RN2 – enosmerni notranji upor sekundarne tuljave (Ω), za podrobnosti glejte tabelo 1-2.
RM – izmeri upor (Ω).
Iz izračuna je razvidno, da se točka nasičenja spreminja s spremembo izmerjenega upora RM.Ko je izmerjena upornost RM določena, obstaja določena točka nasičenja.Izračunajte * veliki izmerjeni tok i1max po naslednji formuli: i1max = i1/i2 · i2max
Pri merjenju AC ali impulza, ko je določena RM, izračunajte * veliki izmerjeni tok i1max.Če je vrednost i1max nižja od najvišje vrednosti izmeničnega toka ali nižja od amplitude impulza, bo to povzročilo izrezovanje izhodne valovne oblike ali omejitev amplitude.V tem primeru izberite manjši RM za rešitev.
8. Primer izračuna:
Primer 1
Za primer vzemite senzor toka lt100-p:
(1) Zahtevana je meritev
Nazivni tok: DC
*Visok tok: DC (čas preobremenitve ≤ 1 minuta/uro)
(2) Poglej tabelo in spoznaj
Delovna napetost: stabilizirana napetost ± 15 V, notranji upor tuljave 20 Ω (za podrobnosti glejte tabelo 1-2)
Izhodni tok: (nazivna vrednost)
(3) Zahtevana napetost vzorčenja: 5 V
Izračunajte, ali sta izmerjeni tok in napetost vzorčenja ustrezna
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）)
Iz zgornjih rezultatov izračuna je razvidno, da sta zahtevi (1) in (3) izpolnjeni.
9. Opis in primer senzorja magnetne kompenzacije napetosti
Senzor napetosti Lv50-p ima primarni in sekundarni električni upor ≥ 4000vrms (50hz.1min), ki se uporablja za merjenje enosmerne, izmenične in impulzne napetosti.Pri merjenju napetosti je glede na nazivno napetost zaporedno povezan upor za omejevanje toka na primarni strani + priključek HT, kar pomeni, da izmerjena napetost dobi tok primarne strani skozi upor
U1/r1 = I1, R1 = u1/10ma (K Ω), mora biti moč upora 2 ~ 4-krat večja od izračunane vrednosti, natančnost upora pa mora biti ≤± 0,5%.Proizvajalec lahko naroči precizni žični navit močnostni upor R1.
10. Način ožičenja tokovnega senzorja
(1) Shema ožičenja tokovnega senzorja neposrednega pregleda (brez ojačanja) je prikazana na sliki 1-7.
(a) Slika prikazuje povezavo p-tipa (tip nožice za tiskano ploščo), (b) slika prikazuje povezavo tipa C (tip vtičnice), vn VN predstavlja Hallovo izhodno napetost.
(2) Shema ožičenja senzorja ojačenega toka neposrednega pregleda je prikazana na sliki 1-8.
(a) Slika je povezava tipa p, (b) slika je povezava tipa C, pri kateri U0 predstavlja izhodno napetost in RL predstavlja upor obremenitve.
(3) Shema ožičenja senzorja magnetnega kompenzacijskega toka je prikazana na sliki 1-9.
(a) Slika prikazuje povezavo tipa p, (b) slika prikazuje povezavo tipa C (upoštevajte, da je tretji zatič štiripolne vtičnice prazen zatič)
Način povezovanja zatičev tiskane plošče zgornjih treh senzorjev je skladen z načinom razporeditve dejanskega predmeta, način povezovanja vtičnice pa je prav tako skladen z načinom razporeditve dejanskega predmeta, da se izognete napakam pri ožičenju.
Na zgornjem diagramu ožičenja ima izmerjeni tok I1 glavnega vezja puščico v luknji, ki prikazuje pozitivno smer toka, pozitivna smer toka pa je označena tudi na fizičnem ovoju.To je zato, ker tokovni senzor določa, da je pozitivna smer izmerjenega toka I1 enake polarnosti kot izhodni tok I2.To je pomembno pri zaznavanju trifaznega izmeničnega toka ali večkanalnega enosmernega toka.
11. Delovno napajanje senzorja toka in napetosti
Trenutni senzor je aktivni modul, kot so Hall naprave, operacijski ojačevalniki in končne napajalne cevi, ki vsi potrebujejo delovno napajanje in porabo energije.Slika 1-10 je praktični shematski diagram tipičnega delujočega napajalnika.
(1) Izhodna ozemljitvena sponka je centralno povezana z veliko elektrolizo za zmanjšanje šuma.
(2) Bit kapacitivnosti UF, dioda 1N4004.
(3) Transformator je odvisen od porabe energije senzorja.
(4) Delovni tok senzorja.
Neposredni pregled (brez ojačanja) poraba energije: * 5mA;Poraba električne energije za neposredno zaznavanje: * velika ± 20 mA;Poraba energije magnetne kompenzacije: 20 + izhodni tok* Velika poraba delovnega toka 20 + dvakratni izhodni tok.Porabo električne energije je mogoče izračunati glede na porabljen delovni tok.
12. Varnostni ukrepi za uporabo tokovnih in napetostnih senzorjev
(1) Senzor toka mora pravilno izbrati izdelke različnih specifikacij glede na nazivno efektivno vrednost izmerjenega toka.Če izmerjeni tok dlje časa presega mejo, bo poškodoval cev ojačevalnika moči na končnem polu (kar se nanaša na tip magnetne kompenzacije).Na splošno trajanje dvakratnega preobremenitvenega toka ne sme presegati 1 minute.
(2) Senzor napetosti mora biti zaporedno povezan z uporom za omejevanje toka R1 na primarni strani v skladu z navodili za izdelek, tako da lahko primarna stran dobi nazivni tok.Na splošno trajanje dvojne prenapetosti ne sme presegati 1 minute.
(3) Dobra natančnost senzorja toka in napetosti je dosežena pod pogojem ocene primarne strani, tako da, ko je izmerjeni tok višji od nazivne vrednosti senzorja toka, je treba izbrati ustrezen velik senzor;Ko je izmerjena napetost višja od nazivne vrednosti senzorja napetosti, je treba tokovni omejevalni upor ponovno nastaviti.Če je izmerjeni tok manjši od 1/2 nazivne vrednosti, se lahko za doseganje dobre natančnosti uporabi metoda večkratnih obratov.
(4) Senzorji z izolacijo 3KV in vzdržljivo napetostjo lahko dolgo časa normalno delujejo v sistemih AC 1kV in manj ter sistemih DC 1,5kV in manj.Senzorji 6kV lahko dolgo časa normalno delujejo v sistemih AC 2KV in manj ter sistemih DC 2,5KV in manj.Pazite, da jih ne uporabljate pod previsokim pritiskom.
(5) Pri uporabi na napravah, ki zahtevajo dobre dinamične lastnosti, * je enostavno uporabiti eno samo bakreno aluminijasto zbiralko in sovpadati z odprtino.Zamenjava majhnih ali večih zavojev z velikimi bo vplivala na dinamične lastnosti.
(6) Pri uporabi v visokotokovnem enosmernem sistemu, če je delovni napajalnik iz nekega razloga odprt tokokrog ali okvarjen, bo železno jedro ustvarilo veliko preostanek, kar je vredno pozornosti.Remanenca vpliva na natančnost.Metoda razmagnetenja je vklop AC na primarni strani brez dodajanja delujočega napajanja in postopno zniževanje njegove vrednosti.
(7) Sposobnost senzorja proti zunanjemu magnetnemu polju je: tok 5 ~ 10 cm stran od senzorja, kar je več kot dvakrat večja od trenutne vrednosti prvotne strani senzorja, ustvarjenim motnjam magnetnega polja pa se je mogoče upreti.Pri ožičenju trifaznega močnega toka mora biti razdalja med fazami večja od 5 ~ 10 cm.
(8) Da bo senzor deloval v dobrem merilnem stanju, je treba uporabiti preprosto tipično regulirano napajanje, prikazano na sliki 1-10.
(9) Zaradi magnetne točke nasičenja in točke nasičenja vezja ima senzor močno preobremenitveno zmogljivost, vendar je preobremenitvena zmogljivost časovno omejena.Pri preskušanju preobremenitvene zmogljivosti preobremenitveni tok več kot 2-krat ne sme preseči 1 minute.
(10) Temperatura vodila primarnega toka ne sme preseči 85 ℃, kar je določeno z značilnostmi inženirske plastike ABS.Uporabniki imajo posebne zahteve in lahko za lupino izberejo visokotemperaturno plastiko.
13. Prednosti tokovnega senzorja v uporabi
(1) Brezkontaktno zaznavanje.Pri rekonstrukciji uvožene opreme in tehnični preobrazbi stare opreme kaže superiornost brezkontaktnega merjenja;Trenutno vrednost je mogoče izmeriti brez kakršnih koli sprememb na električni napeljavi originalne opreme.
(2) Pomanjkljivost uporabe šanta je, da ga ni mogoče električno izolirati, obstaja pa tudi vstavljena izguba.Večji kot je tok, večja je izguba in večja je prostornina.Ljudje so tudi ugotovili, da ima shunt neizogibno induktivnost pri zaznavanju visoke frekvence in visokega toka in da ne more resnično prenesti izmerjene valovne oblike toka, kaj šele nesinusnega tipa.Tokovni senzor popolnoma odpravi zgornje pomanjkljivosti šanta, natančnost in vrednost izhodne napetosti pa sta lahko enaki kot pri šantu, kot je stopnja natančnosti 0,5, 1,0, raven izhodne napetosti 50, 75 mV in 100 mV.
(3) Je zelo priročen za uporabo.Vzemite tokovni senzor lt100-c, povežite 100 mA analogni merilnik ali digitalni multimeter zaporedno na koncu M in ničelnem koncu napajalnika, priključite delovni napajalnik in postavite senzor na žično vezje, tako da tok vrednost glavnega tokokroga 0 ~ 100A je mogoče natančno prikazati.
(4) Čeprav ima tradicionalni tokovni in napetostni transformator veliko nivojev delovnega toka in napetosti ter ima visoko natančnost pri določeni sinusni delovni frekvenci, se lahko prilagodi zelo ozkemu frekvenčnemu pasu in ne more prenašati enosmernega toka.Poleg tega je med delovanjem vzbujevalni tok, zato je to induktivna naprava, zato je njen odzivni čas lahko le desetine milisekund.Kot vsi vemo, ko je sekundarna stran tokovnega transformatorja odprt tokokrog, bo povzročila nevarnost visoke napetosti.Pri uporabi mikroračunalniške detekcije je potreben večkanalni zajem signala.Ljudje iščejo način za izolacijo in zbiranje signalov
Čas objave: 6. julij 2022