降低用電流傳感器和鐵磁芯進行大電流測量時的渦流影響

2020-12-06 電子產品世界

　　引言

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201811/394146.htm

　　用周圍的鐵磁芯測量母線排電流是一種常見技術。對於電動汽車充電等高於200A的大電流測量，Allegro建議使用專業的電流傳感器，比如與磁芯結合使用的A1367(圖1)。交流輸入往往在磁芯中產生渦流，這些渦流可以改變受測磁場，降低電流測量精度。本文重點討論交流電對電流測量的影響。請注意，本文中的所有結果均來自Ansys Maxwell軟體進行的電磁仿真。

　　圖1：採用磁芯和Allegro A1367構成的典型大電流測量系統。

　　測量原理

　　理想情況下，氣隙中的磁場H與母線排或電流導線中的輸入電流I完全成比例。因此，用線性磁場傳感器測量該磁場，並表徵輸入電流和磁場之間的係數以測量該輸入電流就足夠了。該係數SC稱為耦合因子或核心靈敏度。然而，該耦合因子僅在有限的電流和頻率範圍內是恆定的，該係數的任何變化都會導致輸入電流測量誤差，典型的精度要求在測量電流的幾個百分點內。

　　渦流電流

　　渦流是倫茨定律(Lenz’s Law)的直接效應，它表明了由於變化的磁場在導體中產生的感應電流的方向和大小，該電流產生的磁場總是與導致感應電流的磁場變化相反。在使用鐵磁芯的交流電流傳感器應用中，隨切向磁場的變化，會在芯內部感應出渦電流。圖2是YZ橫截面示意圖，表示大鐵芯中的渦電流。這些渦流產生與激勵磁場Hexc相反的感應磁場Heddy。這在傳感器層面上表現為測量的核心靈敏度SC降低，或者說是電流測量誤差。

　　圖2：大磁芯中的渦流示意圖。

　　為了減小渦流，必須切斷磁芯中的電流路徑。使用薄片層疊芯可以實現這一點。這些薄片必須彼此電隔離。

　　層疊可以通過Y方向，或者通過Z方向疊片來實現(圖3)。渦流雖然還存在，但幅度已經減小。

　　圖3：疊層鐵芯和相應的渦流：軋制(左)和堆疊(右)

　　A1367典型應用

　　這裡考慮將Allegro A1367LKT線性傳感器IC應用於典型的高電流應用。此應用中的最大峰值電流為600A，幾何結構如圖4所示。沿Z軸的核心長度為6mm。磁芯由鐵磁材料製成，如具有典型磁特性的晶粒取向矽鋼，如圖5所示。初始相對磁導率為10000，飽和時的磁極化為1.8T。注意，為簡單起見，不考慮磁滯，磁芯電阻率為45μΩ/cm。

　　圖4：磁芯設計。

　　圖5：核心磁特性。

相關焦點

  • 電流傳感器的測量方法
    2，原邊導線應放置於傳感器內孔中心，儘可能不要放偏。 　　3，需要測量的電流應接近於傳感器的標準額定值IPN，不要相差太大。 　　4，當欲測量的電流值為IPN/10的時，在25℃仍然可以有較高的精度。
  • 開環電流傳感器與閉環電流傳感器
    傳統意義的閉環電流傳感技術以其高精準度被廣泛用於工業和汽車行業。通過在複雜並完全集成了電流傳感器的IC中應用專有的封裝技術和先進集成的算法，Allegro已經開發出全新的磁性電流傳感器IC，能夠以開環傳感器的架構實現近似閉環的精度。
  • 電渦流式傳感器測量電路原理圖
    1、電橋電路電橋法是將傳感器線圈的阻抗變化轉化為或電流的變化。圖4.3.5是電橋法的電原理圖，圖中線圈A和B為傳感器線圈。傳感器線圈的阻抗作為電橋的橋臂，起始狀態，使電橋平衡。在進行測量時，由於傳感器線圈的阻抗發生變化，使電橋失去平衡，將電橋不平衡造成的輸出信號進行放大並檢波，就可得到與被測量成正比的輸出。電橋法主要用於兩個電渦流線圈組成的差動式傳感器。
  • 大直流電流精確測量的實現
    電流傳感器的輸出需要通過一個電路轉換成可用的形式(即電壓)。接著對信號進行濾波，以減少電磁和射頻幹擾。然後進行放大和數位化。再將每個電流數據樣本乘以合適的時間間隔，(通過數位化計算)累加算出電荷值。另一方面，如果以恆定不變的頻率進行數位化，那麼首先累積的電流樣本，然後當累積電荷值被讀出或以某種方式利用時才乘以合適的時間間隔。
  • 基於霍爾電流傳感器的太陽能電池的輸出電流測量
    可再生能源太陽能發電可分為太陽能光發電(又稱光伏)和太陽能熱發電兩大類，後者由於技術比較複雜，只能用於比較大的容量，應用受到一定限制，所以目前實際應用較少。
  • 實現大直流電流的精確測量
    電流傳感器的輸出需要通過一個電路轉換成可用的形式(即電壓)。接著對信號進行濾波，以減少電磁和射頻幹擾。然後進行放大和數位化。再將每個電流數據樣本乘以合適的時間間隔，(通過數位化計算)累加算出電荷值。　　另一方面，如果以恆定不變的頻率進行數位化，那麼首先累積的電流樣本，然後當累積電荷值被讀出或以某種方式利用時才乘以合適的時間間隔。
  • 大電流測量方案對比
    ，迴路中的電流可以通過測量電阻上的電壓來求得，分流器利用了歐姆定理進行測量。　　分流器存在較小的電感其等效電路如圖1，正弦電流通過分流器時，分流器兩側上的電壓為。要使分流器測量精度高並且響應速度快，要降低被測電流的頻率和幅度，否則當頻率和幅度變高，會使分流器的發熱量大幅度增加，嚴重影響分流器的測量精度。結構設計上，應儘量減少分流器的自感，並對外界磁場有較好的屏蔽能力，而且具有一定的動態穩定性能。
  • 影響電渦流傳感器測量的因素有哪些
    電渦流傳感器是一種非接觸的線性化計量工具，能靜態和動態地非接觸、高線性度、高分辨力地被測金屬導體距表面的距離。電在測量過程中測量準確性會受到一定的影響，那麼影響電的因素有哪些呢?
  • 電渦流傳感器的工作原理
    金屬導體置於變化的磁場中或在磁場中運動時，金屬導體就會產生感應電流，該電流的流線為閉合回線，故稱之為「渦流」。理論及實踐證明，電渦流的大小與金屬導體的電阻率0厚度t、線圈的勵磁電流角頻率∞以及線圈與金屬塊之間的距離x等參數有關。若固定某些參數，就能根據電渦流的大小推算出另外某一參數。 　　電渦流式傳感器的最大特點是可以對某些參數進行非接觸式測量，靈敏度較高，所以應用極其廣泛。
  • 科普文:霍爾電流傳感器的測量原理是什麼
    ，通常用作測量儀器的開發，如高精度的實驗室用電流傳感器。這裡主要介紹依據霍爾效應原理的電流傳感器。霍爾電流傳感器分類霍爾電流傳感器在測量方式上可以分為兩種，開環式霍爾電流傳感器和閉環式霍爾電流傳感器。這兩種類型的傳感器在結構上來說閉環式傳感器比開環式多了一個線圈，在精度上閉環式要優於開環式。開環式霍爾電流傳感器測量原理開環式霍爾電流傳感器由鐵芯、霍爾晶片、運放等關鍵元器件構成。
  • 電流傳感器和互感器選型
    本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/280626.htm　　通常的電流傳感器/互感器是把大電流轉換為同頻同相的小電流以便於測量或實現隔離。根據不同的變換原理，一般有基於電磁感應原理、霍爾效應、磁通門這幾種技術的電流傳感器/互感器。　　一、電流互感器　　電流互感器類似於一個初級匝數很少，次級匝數較多的變壓器。
  • 電渦流傳感器的原理以及實際應用
    電渦流的形成：現假設有一線圈中的鐵心是由整塊鐵磁材料製成的，此鐵心可以看成是由許多與磁通相垂直的閉合細絲所組成，因而形成了許多閉合的迴路。當給線圈通入交變的電流時，由於通過鐵心的磁通是隨著電流做周期性變化的，所以在這些閉合迴路中必有感應電動勢產生。在此電動勢的作用下，形成了許多旋渦形的電流，這種電流就稱為電渦流。
  • 穿越電流測量的無人區——pA等級電流測量
    當輸入端開路時，理想電流計的讀數應當為零。然而，實際的電流計在輸入端開路時有一些小的電流。這些電流是由有源器件的偏置電流以及流過儀器內部的絕緣材料的洩漏電流所引起的。試想一下，待測電流小到1pA，而構成電流計的器件之一—運算放大器的偏置電流卻達到100pA，我們還能愉快地測出待測電流大小嗎？
  • 霍爾電流傳感器基礎
    Rogowski 線圈不含磁性材料，所以沒有磁滯效應和磁飽和現象，測量的範圍從數安培到幾千安培，結構簡單，測量迴路與被測電流之間沒有直接的關係，具有測量範圍廣、精度高、穩定性高、響應頻率範圍寬等優點，可以用來測量交流、直流和瞬態電流，用在繼電保護、可控矽整流、變頻調速等場合。
  • 電渦流傳感器實際應用安裝注意事項
    電渦流的形成：現假設有一線圈中的鐵心是由整塊鐵磁材料製成的，此鐵心可以看成是由許多與磁通相垂直的閉合細絲所組成，因而形成了許多閉合的迴路。當給線圈通入交變的電流時，由於通過鐵心的磁通是隨著電流做周期性變化的，所以在這些閉合迴路中必有感應電動勢產生。在此電動勢的作用下，形成了許多旋渦形的電流，這種電流就稱為電渦流。
  • 您測量電流的方法用對了嗎?
    電流探頭的原理常用電流探頭有霍爾傳感器和測量電流磁場兩種類型。霍爾效應傳感器是一種根據磁場變化輸出電壓的換能器，其電流探頭一般是測量直流或低頻信號的。電流卡環是將線圈繞組繞制在導磁率較高的磁性材料上, 當被測電流較大時, 存在磁飽和問題。為了進行精確測量，需要偶爾對探頭進行消磁，並在消磁後補償探頭上保留的任何直流偏移。現在常見的技術是混合交流/直流電流探頭，在一個探頭內整合了用於測量直流和低頻的霍爾效應傳感器元件以及測量交流的電流互感器。
  • 使用銅對大電流測量進行溫度補償
    利用電纜上的電壓降便可以測量長電纜中流動的大電流，而無需龐大的分流器或昂貴的磁測量方法。但是銅的溫度係數（溫度補償係數）為+0.39%/°C，這限制了測量精確度。6pjednc溫度傳感器可以做出補償，但僅限於點測量裝置，其相關性可能會因電纜長度出現問題。要考慮到2.5°C的電纜溫度誤差或差異會引起1%的誤差。
  • 機器人焊接電流和電弧電壓傳感器
    半導體薄片置於磁場中，當有電流流過時，在垂直於電流和磁場的方向上將產生電動勢，這種物理現象稱為霍爾效應，相應的電動勢稱為霍爾電動勢，半導體薄片稱為霍爾元件。基於霍爾效應的電流、電壓傳感器可用於測量電弧電流或者焊接電壓信號。霍爾電流傳感器既可以測量直流、交流電信號，也可以測量快速變化的脈衝信號。
  • 電流傳感器的使用方法
    傳統的電流傳感器有四個引腳：正（+），負（ - ），測量（M）和接地（0），但線電流傳感器沒有這四個引腳，但紅色，黑色，黃色和綠色引線對應於正電極，負電極，測量端和地。同時，大多數傳感器都有一個內孔，測量初級電流時，導線穿過內孔。孔徑的大小與產品型號和測量電流的大小有一定的關係。 　　無論電流傳感器的類型如何，安裝時引腳的接線應根據使用說明書中規定的條件進行接線。
  • 技術規範 電流測量的方法
    二、霍爾電流傳感器　　霍爾電流傳感器，直流和交流電流都可以測量，普通電流互感器只能測量交流電流，普通電流互感器，使用時，二次側不能開路，霍爾電流傳感器可以開路。霍爾電流傳感器輸出電壓與流過一次側電流大小成正比,一次側電流方向改變輸出極性也改變，所以可以測量交流電和直流電，對波形也沒有特別的要求;適用頻率範圍也較寬。一般應用在電子電路，如變頻器上。交流互感器只能夠測量交流，而且頻率必須是額定頻率，如50Hz互感器測量60Hz誤差比較大，輸出信號不能夠直接進電子檢測電路。