电流传感器互感器特点与应用

时间：2007-04-29

互感器、霍尔电流传感器与零磁通电流互感器特点与应用

电流互感器、直检式霍尔电流传感器、磁平衡霍尔电流传感器、相位差磁调制式直流电流传感器与零磁通电流互感器的区别与使用。
以下介绍针对于MCU对150A以下电流进行数据隔离采样用途。

电流互感器
电流互感器大家为熟悉，就是初次级绕组通过铁芯进行电磁耦合，初次级电流比与匝比相同。用于测量40-20kHz的正弦波电流。测量一般为比差±0.1%，比差非线性度0.1%，，相位差15分。特点，不需电源，价格便宜，高，缺点：不能用于有直流分量场合（某些型号可以带一定直流分量，但直流分量不反映到输出），价格10-30元

直检式霍尔电流传感器
初级绕组绕在径向开有缺口的环型（矩形等）铁芯上，霍尔元件置于缺口中。当初级绕组有电流流过时，霍尔元件检测出铁芯中的磁感应强度B的大小（V=KBi，K霍尔元件灵敏度，B磁感应强度，i霍尔元件的控制电流。）该瞬时电压与初级绕组瞬时电流是线性关系。对该电压（mV级）进行放大输出，就是跟踪输出型直检式霍尔电流传感器，也可以转换成标准信号输出。用于测量DC-1kHz的各种波形电流。由于输出电压与控制电流成正比，恒流源的稳定性很关键，磁路中的剩磁对输出有教大影响。测量一般为±1%，非线性度0.5%，响应速度10μS，跟踪速度di/dt 50A/μS。特点，需提供±12V电源，结构简单，可以测量各种波形电流，缺点：温漂大，低一些。价格50-100元

磁平衡霍尔电流传感器
某些厂家也把它称“零磁通”电流传感器
磁平衡霍尔电流传感器是在铁芯上加了一个反馈绕组，把霍尔元件检测的电压反馈回反馈绕组中，使磁路中的B=0。这样反馈绕组的电流与初级绕组的电流成对应关系，要求起反馈的运放的失调电压小。控制电流的影响降低，较直检式霍尔电流传感器高许多。用于测量DC-100kHz的各种波形电流。测量一般为±1%，非线性度0.2%（高的0.1%），响应速度1μS，失调电流0.3mA。特点，需提供±12V电源，可以测量各种波形电流且非线性度好，缺点：小电流低一些。价格150-220元

相位差磁调制式直流电流传感器
　　经理论和实践证明，在交变对称电压或电流源激磁的铁心中，若同时存在直流恒定磁场，铁心中交变磁通的对称性就被破坏，磁通波形的正负半波相位将发生变化，相应地，检测绕组输出电压中的正负半波将发生相对位移。正负半波相位变化量的大小和方向可以反映直流偏置电流的大小和方向，利用这一特性测量直流电流，就是相位差磁调制式直流电流测量方法的基本原理。单铁心磁调制器在三角波恒定交流激磁下，铁心磁化波形为对称的三角波，检测绕组端电压的波形为正、负相间的矩形脉冲波。当被测直流电流I为零时，该电压中相邻的正、负矩形脉冲之间的间隔t+-＝T/2，T为激励电源的周期。当被测直流电流不为零时，检测绕组端电压中的正、负矩形脉冲相对发生反方向移相，且移相幅度相等，此时　脉冲间隔t+-的变化量Δt与直流信号成正比，与交流激磁信号成反比。因此，Δt的大小及正负就可以反映直流被测电流的大小和方向，可以通过检测Δt来测量直流电流，直流I与Δt间的关系为标准的线性关系。用于直流系统的泄漏电流0-100mADC测量。测量一般为±0.5%，非线性度0.2%，响应速度300mS，特点，需提供±12V电源，通常采用穿心，插入阻抗小测量很小的泄漏电流，缺点：不能测量交流。价格160-200元

零磁通电流互感器
电流互感器的误差是由提供磁通的交变励磁电流产生。表现在外部，就是互感器有能量输出=I*I(R+r)，r内阻和R外接负载。次级上产生的电动势U2越小，其所需提供磁通的交变励磁电流就小，误差就小。在材料和匝数一定的情况下，几乎所有电流互感器的误差补偿方法都是直接间接地实现这个目的。次级上产生的电压 -U2=UR+Ur，外接负载引起的电压降比较好解决，如图1接运放I/V变换就可以。二次绕组的内阻不可能做到0，电流也不会是0（电流为0的话就不叫互感器了）。人为地在二次回路中串联增加一个电压源-U，-U与（UR+Ur）大小相等相位相反。-U2=-U+UR+Ur=0 。这时互感器误差=互感器原来的误差乘以电压源-U相对于（UR+Ur）的误差，这个电压源-U可以用外部电路实现，也可以加一个电流互感器来产生电压源-U，图2。零磁通电流互感器采用后者。电压源-U与（UR+Ur）大小相等相位相反直接影响误差，特别是用外部电路实现时这一点很重要。零磁通电流互感器采用辅助电流互感器来实现的所以就比较简单并比较，主要是设计和调整上。零磁通电流互感器误差很小，如：原来互感器误差为0.1%，辅助电流互感器误差（电压源-U与UR+Ur误差）为5%，则零磁通电流互感器误差0.1%5%=0.005%的误差。主要用于高测量120A以下40-500Hz交流电流，穿心测量电流可达1mA。特点，不需要电源，测量很高比差±0.02%，比差非线性度0.01%，，相位差1分，不需电源，缺点：结构复杂，调试麻烦，不适合大量生产，价格50-500元。

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