ホール電流および電圧センサーとトランスミッターの基本原理と適用方法

1.ホールデバイス

 

 

ホールデバイスは、半導体材料で作られた一種の磁電変換器です。制御電流ICが入力端に接続されている場合、磁場Bがデバイスの磁気検出面を通過すると、ホール電位VHが出力端に現れます。図1-1に示すように。

 

 

ホール電位VHの大きさは、制御電流ICと磁束密度Bの積に比例します。つまり、VH=khicbsinΘ

 

 

ホール電流センサーは、アンペールの法則に従って作られています。つまり、電流に比例した磁場が通電導体の周りに生成され、ホールデバイスを使用してこの磁場が測定されます。したがって、電流の非接触測定が可能です。

 

 

ホール電位を測定することにより、通電導体の電流を間接的に測定します。したがって、電流センサーは電気磁気電気絶縁変換を受けています。

 

 

2.ホールDC検出原理

 

 

図1-2に示すように。磁気回路はホールデバイスの出力と良好な線形関係にあるため、ホールデバイスによって出力される電圧信号U0は、測定された電流I1のサイズ、つまりI1∝ B1∝U0を間接的に反映できます。

 

 

測定電流I1が定格値の場合、U0を50mVまたは100mVに等しくなるように校正します。これにより、ホール直接検出(増幅なし)電流センサーが作成されます。

 

 

3.ホール磁気補償原理

 

 

一次主回路には測定された電流I1があり、磁束Φ1を生成します。二次補償コイルΦ2を通過する電流I2によって生成された磁束は、補償後も磁気バランスを維持し、ホールデバイスは常にゼロ磁気を検出する役割を果たします。フラックス。そのため、ホール磁気補償電流センサーと呼ばれています。この高度な原理モードは、直接検出原理モードよりも優れています。その優れた利点は、応答時間が速く、測定精度が高いことです。これは、弱電流や小電流の検出に特に適しています。ホール磁気補償の原理を図1-3に示します。

 

 

図1-3に示すもの:Φ1=Φ2

 

 

I1N1 = I2N2

 

 

I2 = NI / N2・I1

 

 

補償電流I2が測定抵抗RMを流れると、RMの両端で電圧に変換されます。センサーとして、電圧U0を測定します。つまり、U0=i2rmです。

 

 

ホール磁気補償の原理に従って、直列仕様から定格入力の電流センサーが作成されます。

 

 

磁気補償電流センサーは、磁気リングに数千ターンの補償コイルを巻く必要があるため、コストが増加します。第二に、動作消費電流もそれに応じて増加します。ただし、直接検査よりも精度が高く、応答が速いという利点があります。

 

 

4.磁気補償電圧センサー

 

 

Maレベルの小電流を測定するために、Φ1 = i1n1に従って、N1の巻数を増やすと、高い磁束Φ1を得ることができます。この方法で作成された小電流センサーは、Maレベルの電流だけでなく、だけでなく、電圧。

 

 

電流センサとは異なり、電圧を測定する場合、電圧センサの一次側の多巻巻線を電流制限抵抗R1と直列に接続し、測定電圧U1と並列に接続して、に比例する電流I1を取得します。図1-4に示すように、測定された電圧U1。

 

 

二次側の原理は電流センサーの原理と同じです。補償電流I2が測定抵抗RMを流れると、センサーの測定電圧U0としてRMの両端の電圧に変換されます。つまり、U0=i2rmです。

 

 

5.電流センサーの出力

 

 

直接検出(非増幅)電流センサーは、高インピーダンスの出力電圧を備えています。アプリケーションでは、負荷インピーダンスは10kΩより大きくする必要があります。通常、その±50mVまたは±100mVのサスペンド出力電圧は、差動入力比例増幅器を使用して±4Vまたは±5Vに増幅されます。図5-1に、参考のために2つの実用的な回路を示します。

 

 

(a)図は一般的な精度要件を満たすことができます。(b)グラフは優れたパフォーマンスを発揮し、高精度が要求される場合に適しています。

 

 

直接検出増幅電流センサーは、高インピーダンスの出力電圧を備えています。アプリケーションでは、負荷インピーダンスは2KΩより大きくする必要があります。

 

 

磁気補償電流、電圧磁気補償電流、電圧センサーは電流出力タイプです。図1-3から、「m」の端が電源「O」に接続されていることがわかります。

 

 

端子は電流I2の経路です。したがって、センサーの「m」端から出力される信号は電流信号です。電流信号は特定の範囲でリモート送信でき、精度を保証できます。使用中、測定抵抗RMは、二次機器入力または端子制御パネルインターフェースでのみ設計する必要があります。

 

 

高精度の測定を保証するために、以下の点に注意する必要があります。①測定抵抗の精度は、一般に金属皮膜抵抗として選択され、精度は≤±0.5%です。詳細については、表1-1を参照してください。②二次計測器または端子制御盤の回路入力インピーダンスは、測定抵抗の100倍以上である必要があります。

 

 

6.サンプリング電圧と測定抵抗の計算

 

 

前の式から

 

 

U0 = I2RM

 

 

RM = U0 / I2

 

 

ここで、U0 –測定電圧。サンプリング電圧(V)とも呼ばれます。

 

 

I2 –二次コイル補償電流(a)。

 

 

RM –抵抗(Ω)を測定します。

 

 

I2を計算する場合、測定電流(定格実効値)I1に対応する出力電流(定格実効値)I2は、磁気補償電流センサーの技術パラメーター表から求めることができます。I2をU0=5Vに変換する場合は、RMの選択について表1-1を参照してください。

 

 

7.飽和点と*大きな測定電流の計算

 

 

図1-3から、出力電流I2の回路は次のようになります。v+→最終パワーアンプのコレクタエミッタ→N2→RM→0。回路の等価抵抗を図1-6に示します。(v-〜0の回路は同じで、電流は逆です)

 

 

出力電流i2*が大きい場合、センサーの飽和点と呼ばれるI1の増加に伴って電流値が増加しなくなります。

 

 

次の式に従って計算します

 

 

I2max = V + -VCES / RN2 + RM

 

 

ここで、V + –正の電源(V)。

 

 

Vces –パワーチューブのコレクター飽和電圧(V)は通常0.5Vです。

 

 

RN2 –二次コイルのDC内部抵抗(Ω)。詳細については、表1-2を参照してください。

 

 

RM –抵抗(Ω)を測定します。

 

 

計算から、測定された抵抗RMの変化に伴って飽和点が変化することがわかります。測定された抵抗RMが決定されるとき、明確な飽和点があります。次の式に従って*大きな測定電流i1maxを計算します。i1max=i1/ i2・i2max

 

 

ACまたはパルスを測定するとき、RMが決定されるとき、*大きな測定電流i1maxを計算します。i1max値がAC電流のピーク値またはパルス振幅よりも小さい場合、出力波形のクリッピングまたは振幅制限が発生します。この場合、解決するRMを小さくしてください。

 

 

8.計算例:

 

 

例1

 

 

例として、電流センサーlt100-pを取り上げます。

 

 

(1)測定が必要

 

 

定格電流:DC

 

 

*大電流:DC(過負荷時間≤1分/時間)

 

 

(2)テーブルを調べて知る

 

 

動作電圧:安定化電圧±15V、コイル内部抵抗20Ω(詳細は表1-2を参照)

 

 

出力電流:(定格値)

 

 

(3)必要なサンプリング電圧:5V

 

 

測定された電流とサンプリング電圧が適切かどうかを計算します

 

 

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)

 

 

上記の計算結果から、(1)と(3)の要件が満たされていることがわかります。

 

 

9.磁気補償電圧センサーの説明と例

 

 

Lv50-p電圧センサーの1次および2次電気抵抗は4000vrms(50hz.1min)以上で、DC、AC、およびパルス電圧の測定に使用されます。電圧を測定する場合、定格電圧に応じて、電流制限抵抗を一次側+ HT端子に直列に接続します。つまり、測定された電圧は、抵抗を介して一次側電流を取得します。

 

 

U1 / r1 = I1、R1 = u1 / 10ma(KΩ)、抵抗の電力は計算値の2〜4倍、抵抗の精度は≤±0.5%である必要があります。R1精密巻線電力抵抗器はメーカーから注文できます。

 

 

10.電流センサーの配線方法

 

 

(1)直接検査(増幅なし)電流センサーの配線図を図1-7に示します。

 

 

(a)図はp型(プリント基板ピン型)接続、(b)図はC型(ソケットプラグ型)接続、vnVNはホール出力電圧を示します。

 

 

(2)直接検査増幅電流センサの配線図を図1-8に示します。

 

 

(a)図はp型接続、(b)図はC型接続で、U0は出力電圧、RLは負荷抵抗を表します。

 

 

(3)磁気補償電流センサの配線図を図1-9に示します。

 

 

(a)図はp型接続を示し、(b)図はC型接続を示しています(4ピンソケットの3番目のピンは空のピンであることに注意してください)

 

 

上記3センサーのプリント基板ピン接続方法は実物の配置方法と一致しており、ソケットプラグ接続方法も実物の配置方法と一致しているため、配線ミスを回避できます。

 

 

上記の配線図では、主回路の測定電流I1の穴に矢印があり、電流の正の方向を示しています。また、電流の正の方向も物理シェルにマークされています。これは、電流センサーが、測定された電流I1の正の方向が出力電流I2と同じ極性であると規定しているためです。これは、三相ACまたはマルチチャネルDC検出で重要です。

 

 

11.電流および電圧センサーの動作電源

 

 

電流センサーは、ホールデバイス、オペアンプ、ファイナルパワーチューブなどのアクティブモジュールであり、これらはすべて動作中の電源と消費電力を必要とします。図1-10は、一般的な動作電源の実際の概略図です。

 

 

(1)出力接地端子は、ノイズ低減のために大電解に中央接続されています。

 

 

(2)静電容量ビットUF、ダイオード1N4004。

 

 

(3)変圧器はセンサーの消費電力に依存します。

 

 

(4)センサーの動作電流。

 

 

直接検査(増幅なし)消費電力:* 5mA;直接検出増幅消費電力:*大±20mA;磁気補償消費電力:20+出力電流*動作電流の大量消費20+出力電流の2倍。消費電力は、消費された動作電流に基づいて計算できます。

 

 

12.電流および電圧センサーの使用に関する注意事項

 

 

(1)電流センサーは、測定電流の定格実効値に応じて、仕様の異なる製品を適切に選択する必要があります。測定電流が長時間制限を超えると、エンドポールパワーアンプ管(磁気補償タイプ参照)が破損します。一般に、過負荷電流の2倍の持続時間は1分を超えてはなりません。

 

 

(2)電圧センサは、一次側が定格電流を得ることができるように、製品の指示に従って一次側で電流制限抵抗R1と直列に接続する必要があります。一般に、二重過電圧の持続時間は1分を超えてはなりません。

 

 

(3)電流・電圧センサーの精度は一次側定格の条件下で得られるため、測定電流が電流センサーの定格値よりも高い場合は、対応する大型センサーを選択する必要があります。測定電圧が電圧センサの定格値よりも高い場合は、電流制限抵抗を再調整する必要があります。測定電流が定格値の1/2未満の場合、良好な精度を得るために、複数回巻法を使用することができます。

 

 

(4)3KV絶縁、耐電圧のセンサーは、1kV以下のACシステムおよび1.5kV以下のDCシステムで長時間正常に動作します。6kVセンサーは、2KV以下のACシステムおよび2.5KV以下のDCシステムで長時間正常に動作します。過圧で使用しないように注意してください。

 

 

(5)優れた動的特性を必要とするデバイスで使用する場合、*単一の銅アルミニウムバスバーを使用するのは簡単で、開口部と一致します。小さいターンまたは多いターンを大きいターンに置き換えると、動的特性に影響します。

 

 

(6)大電流DCシステムで使用する場合、動作中の電源が開回路であるか、何らかの理由で故障していると、鉄心が大きな残留磁気を生成するため、注意が必要です。残留磁気は精度に影響します。減磁の方法は、動作中の電源を追加せずに一次側でACをオンにし、その値を徐々に減らすことです。

 

 

(7)センサーの対外部磁界能力は、センサーから5〜10cm離れた電流であり、センサーの元の側の電流値の2倍以上であり、発生する磁界干渉に耐えることができます。三相大電流を配線する場合は、相間の距離を5〜10cm以上にしてください。

 

 

(8)センサーを良好な測定状態で動作させるには、図1-10で紹介した単純な標準安定化電源を使用する必要があります。

 

 

(9)センサーの磁気飽和点と回路飽和点は、センサーに強い過負荷容量を持たせますが、過負荷容量には時間制限があります。過負荷容量をテストする場合、2回を超える過負荷電流は1分を超えてはなりません。

 

 

(10)一次電流バスの温度は85℃を超えてはなりません。これはABSエンジニアリングプラスチックの特性によって決まります。ユーザーには特別な要件があり、シェルとして高温プラスチックを選択できます。

 

 

13.使用中の電流センサーの利点

 

 

(1)非接触検出。輸入機器の再構築や古い機器の技術変革において、非接触測定の優位性を示しています。電流値は、元の機器の電気配線を変更せずに測定できます。

 

 

(2)シャントを使用することの欠点は、電気的に絶縁できないことと、挿入損失もあることです。電流が大きいほど損失が大きくなり、体積が大きくなります。また、シャントは高周波や大電流を検出する際に必然的なインダクタンスがあり、非正弦波タイプはもちろん、測定された電流波形を正確に送信できないこともわかっています。電流センサーは、シャントの上記の欠点を完全に排除し、精度と出力電圧値は、精度レベル0.5、1.0、出力電圧レベル50、75mV、100mVなどのシャントと同じにすることができます。

 

 

(3)とても使い勝手が良いです。lt100-c電流センサーを取り、電源のM端とゼロ端に100mAのアナログメーターまたはデジタルマルチメーターを直列に接続し、動作中の電源を接続し、センサーを配線回路に配置します。主回路0〜100Aの値を正確に表示できます。

 

 

(4)従来の電流および電圧変圧器は、多くの動作電流および電圧レベルを持ち、指定された正弦波動作周波数の下で高精度ですが、非常に狭い周波数帯域に適応でき、DCを送信できません。さらに、動作中に励起電流が発生するため、これは誘導デバイスであるため、応答時間は数十ミリ秒にすぎません。ご存知のように、変流器の2次側が開回路になると、高電圧の危険が発生します。マイクロコンピュータ検出を使用する場合、マルチチャネル信号の取得が必要です。人々は信号を分離して収集する方法を探しています


投稿時間:7月6日〜2022年