电流传感器应用电路.docx
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电流传感器应用电路
电流传感器应用电路设计
电流传感器应用电路设计
1. 交流电流传感器
交流电流传感器CT实际上是一种变流器,作用是将初级电流变换为次级电流,基本构造如图8-32所示。
初级线圈多为1匝,从磁芯穿过,流过的电流为被测电流,次级线圈匝数为N,输出电流为i=I0/N。
次级输出电流i通过负载电阻RL流通,RL两端产生的电压是与被测电流I0成比例的电压,对于同一个CT传感器由RL值可以改变被测电流I0以及输出电压V0的灵敏度。
交流电流传感器主要应用是:
检测交流电流的有无,即用于加热器断线的检测及负载的有无;得到与交流电流成比例的电压输出,即用作测量器的输入传感器;检测欠电流或过电流的情况,即检测电动机的过负载、工作机械的制品的加工状况,驱动继电器并输出报警信号等;检测漏电流。
交流电流传感器CT的应用电路举例说明如下。
图8-33是检测电流的直流/交流继电器通/断工作电路。
其中,图(a)是是检测电流的有无,使外接的直流继电器J通/断的电路实例,电路中,电流I0为0~0.3A继电器J断开,电流为1~100A继电器J接通。
图(b)是交流继电器的通/断电路实例,电路中,I0为0~0.1A继电器断开,电流为0.4A以上时继电器接通。
8-33(a)
8-33(b)
图8-35所示的是检测过电流时切断加热器电源的电路,检测电流大小可通过RP1进行调整,若A1的输入信号反相,即VD1的+接到A1的反向输入端,就变成断线报警电路。
图8-36所示的是漏电流检测电路实例。
8-35
8-36
图8-37所示的是交流电流传感器的基本应用电路。
(a) 为交流输出放大电路,适用i=I0/N〈5mA,V0=-iRf,CT输出电压为0V,因此,适用于微小电流计。
(b) 为交流输出放大电路,适用i=I0/N〈5mA,e0=KI0RL/N,V0=e0Rf/Ri,CT用于宽范围,因此,RL极小时非常有效。
(c) 为获得直流输出的电路,V0=0.9KI0RL/N,为了抵消二极管的正向压降,RL必定接在直流侧,希望采用正向压降低的肖特基二极管。
(d) 是采用运放的整流电路,V0=0.9KI0RL/N,正半周时通过R1+R2流通,负半周时由A1进行反转整流(增益为-1),A2为高阻抗缓冲器,适用于动态范围为1:
50左右。
(e) 为采用运放的理想整流电路,V0=0.9KI0RL/N,R1=R2=R3=R4=2R5,正半周时由A2将A1反转输出和e0相加得到输出V0,负半周时A1输出为0,用A2反转输出,-e0=V0。
(f) 为由CT直接使继电器动作的电路,V0〉0.9KI0RL/N,式中,V0为继电器动作电压,RL为继电器线圈内阻,I0过大时,要接(V0+10%)左右的VDW(不能超过VDW的允许损耗)。
(g) 是用LED显示电流有无的电路,在1.2mA〈(i=I0/N)〈(LED最大允许电流)的范围内使用,但I0最小时,选择CT得到2.5V以上的开路电压。
(h) 是微弱电流检测电路,VD1采用硅二极管,VD2采用肖特基二极管,在最小电流时,应选择CT得到2.5V以上的开路电压。
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
12.直流电流传感器
直流电流传感器有多种,本节介绍利用霍尔元件的直流电流传感器和伺服型电流传感器。
若通过直流I0的电线穿过有间隙的磁环,这时,间隙内产生磁通B在磁路未饱和时与电线中通过的电流I0成正比,若通过霍尔元件将此磁通转换成电压,则就获得与被测直流I0成比例的电压。
霍尔元件需要电源电路,而且输出电压不太高,需要进行放大,放大电路实例如图8-38所示,传感器采用HCS-20-AP,其灵敏度为0.6mV/A,考虑霍尔元件的温度漂移、噪声电平等,测量电流值可到10A以上。
电路中,RP1用于调零,RP2用于满刻度调整,RP3用于控制电流调整。
8-38
霍尔元件型电流传感器应用时应该注意以下几点:
■在宽范围使用时要注意灵敏度温度特性。
对于不同产品,100℃的温度变化其灵敏度约有百分之几的变化。
霍尔元件有恒压驱动方式和恒流驱动方式,对于任何驱动方式变化量都回改变,因此,必须使用适宜的电路。
■用于几千赫以上高频大电流时,若传感器流经高频大电流,则磁路就会发热,连续使用有高频分量的大电流脉冲时也会有同样的问题。
发热量与频率及电流成正比,这样,有可能损坏传感器。
在这样的条件下使用时,要根据产品目录记载的数据确定安全范围,留有一定余量。
■测量双向直流电流时,若电流方向改变,则零点就会变动,特别时对于高灵敏度的传感器表现得更显著。
这种现象称为滞后现象,这是直流使磁路暂时磁化的结果。
使用额定电流为10A以下高灵敏度传感器时要注意这种现象。
图8-39示出伺服型直流传感器的工作原理示意图。
由霍尔元件H检测的电压经误差放大器A1,变成通过反馈线圈(次级线圈)流通,形成伺服系统。
所以称为伺服型。
对于此电路,工作时间隙内磁通经常保持为0。
若次级线圈电流为is,匝数为N,则测量电流I0=Nis,即次级线圈的电流is为测量电流I0的1/N,工作状况与交流CT一样,由此,也称直流CT。
一般要通过取样电阻RL将次级电流变换成电压,输出电压V0=(I0/N)RL。
8-39
图8-40是伺服型直流电流传感器应用电路实例。
电路中,RP1用于调零。
伺服型电流传感器中尽管使用了霍尔元件,但灵敏度与霍尔元件无关,也就是说传感器的灵敏度不会受到霍尔元件的影响,这是伺服型直流电流传感器的一大特征。
然而,零点漂移在原理上是不可避免的。
另一个特征是高频特性好,若达到某一定频率以上,次级线圈的工作状态变为交流CT,若结构好,则也可对应于频率为500KHz的电流。
另外,由于磁路的磁通密度低,对于高频电流磁路的发热量也很少。
8-40
伺服型直流电流传感器应用时应注意以下几个问题:
■温度特性问题,受温度的影响虽比霍尔型小,但在宽温度范围使用时也会出现问题。
如上述那样,零点的温度变化原理上是不能消除的。
这都要根据产品目录记载的数据进行确认。
■确认电源的电流容量。
对于伺服型直流电流传感器,无测量电流时需要空载电流,测量时需要1/N的测量电流。
例如:
空载电流为50mA,匝数N=200的传感器,测量电流为100A,则需要的电源电流为50mA+100A/2000=0.1A。
因此可知大电流传感器需要大功率电源。
■取样电阻RL的阻值,对于内置取样电阻RL而电压输出型传感器不会有问题,但对于外接取样电阻的传感器,若阻值选用不合适,则会产生误差,传感器不能正常工作。
阻值大虽获得较高输出电压,但误差大,线性也变坏。
最好使用产品目录数据表中记载的推荐值。
■无论是霍尔元件型电流传感器还是伺服型直流电流传感器,最近使用逆变器的情况比较多,电压噪声较大,对于传感器的使用较困难。
这时根据产品目录数据表中记载值难以判断,因此,需要通过实验进行验证。
方舟公司霍尔电流传感器系列
一、 概述
近年来,自动化系统中大量使用大功率晶体管、整流器和可控硅,普遍采用交流变频调速及脉宽调制电路,使得电路中不再只是传统的50周的正弦波,出现了各种不同的波形。
对于这类电路,采用传统的测量方法不能反应其真实波形,而且电流、电压检出元件也不适应中高频、高di/dt电流波形的传感和检测。
FZ系列霍尔效应传感器,可以测量任意波形的电流和电压。
输出端能真实地反映输入端电流或电压的波形参数。
针对霍尔效应传感器普遍存在温度漂移大的缺点,采用补偿电路进行控制,有效地减少了温度对测量精度的影响,确保测量准确;具有精度高、安装方便、售价低的特点。
FZ系列霍尔效应传感器广泛应用于变频调速装置、逆变装置、UPS电源、通信电源、电焊机、电力机车、变电站、数控机床、电解电镀、微机监测、电网监测等需要隔离检测电流电压的设施中。
二、 产品命名方法
三、 原理
FZ系列电流传感器是一种原边与副边高度电隔离,副边真实反应被测直流、交流、脉动电流等原边波形的传感器。
它具有反应时间快、过载能力强、温度特性好、输出连续可调、性能稳定等优点。
四、通用性能指标
五、 注意事项
1. 工作电源、输出端必须正确连接,不能接错。
2. 原边母线的温度不应超过60℃。
3. 对于露在外面的电位器,请不要随意调整,若需调校,用小螺丝刀缓慢旋转至所需精度即可。
4. 当电流母线填满原边穿线孔时,获得最佳的测量精度。
5. 使用环境应无导电尘和无腐蚀金属和破坏绝缘的气体存在,海拔高度小于2500米。
6. 测直流电流时,电流方向与产品外壳上所指示的箭头同向时,才能得到正向输出。
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