带磁分流器的补偿电流传感器。方案、说明

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带磁分流器的补偿电流传感器。无线电电子电气工程百科全书

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所描述的用于测量高电流的传感器的设计不同于当前在存在磁分流器的情况下使用的类似设备，这降低了设备的功耗、重量和尺寸。

为了测量大电流（数十千安量级），工业产品所采用的补偿型传感器的经典电路（图 1）[1] 是不可接受的。

带磁分流器的补偿电流传感器

这种传感器的工作原理是基于通过补偿绕组的电流对测量电流在磁路中产生的磁场进行补偿。电流互感器TA1是一个带有绕组的闭合磁路，覆盖在被测电流的母线上，在其间隙中安装有霍尔传感器（U1）。当电流通过总线时，在其周围的磁路中会产生磁通量，从而导致霍尔传感器中出现与测量电流成比例的电压。该电压经运算放大器（DA1）和晶体管VT1、VT2上的功率放大器放大后，在TA1绕组中产生电流，从而补偿磁路中的磁通量。

为了补偿例如由 100 kA 的电流产生的磁场，通过补偿绕组的电流必须等于 100/n kA，其中 n 是该绕组的匝数。在这种情况下，输出放大器的功率和传感器的质量可能太大。

为了减少所提出的传感器(图2)中的补偿电流，不是在磁路2的整个部分中补偿磁通量，而是在磁阻小于整个磁路的电阻的有限区域中补偿磁通量。

带磁分流器的补偿电流传感器

在霍尔传感器 3 的安装位置，即磁通量分叉处 (AB)，母线 1 中被测电流 I 产生的磁感应强度，V = μμ0I / 2l (at l "d)，其中 μ 为磁路材料的磁导率；μ0为真空磁导率。

为了补偿本节中被测电流产生的磁通量，补偿绕组4的电流I1 = Vx2s1/μμ0 = Ixd/l。

补偿绕组I1的电流比测量电流I小l/d倍，这使得可以实现重量和尺寸可接受的传感器。

在所提出的传感器中，l=100mm，d=1mm，因此，当测量电流为100kA时，补偿电流由1/nkA的电流产生，其中n是补偿绕组的匝数。

这种设计的具有磁分流器的补偿传感器具有以下特性。

额定测量电流，kA......20
10 分钟内持续时间不超过 1 ms 的最大测量脉冲电流，kA ..... 100
变比……1/5000
测量电流 100 kA, mA......200 时的最大输出电流
额定电流值的基本误差，不大于，%......1
零偏置电流，不大于，mA......0,2
频率范围，kHz......0...10
当前总线的窗口尺寸，mm......40x120
磁路截面，不小于，mm......55
尺寸，毫米......200x200x100
重量，公斤……不超过3

当使用具有高饱和磁感应强度的磁路时，可以实现这种设计，例如线性磁化特性高达 440...1 T 的 GAMMAMET 1C1,2 [2, 3]。

为了减少外部磁场的影响，建议在图3所示的设计中使用两个磁路和霍尔传感器。 XNUMX.

带磁分流器的补偿电流传感器

这里，母线1周围有电流的磁路中的间隙l被分成磁路2、3之间的两个相等的部分。该电路中的补偿绕组6和7的电流被求和。如果霍尔传感器（4 或 5）之一的安装位置处的外部磁场与被测电流产生的磁场方向一致，则另一霍尔传感器的安装位置处的外部磁场方向相反。如果霍尔传感器4、5由于被测电流的磁场而产生的信号具有相同的极性，则来自不同极性的拾音器的外部磁场的信号，因此来自外部磁场的结果信号为零。

用于此类设备的放大器需要相当低功耗的放大器 - 在 +0,25 V 电源电压下，其电流消耗不超过 15 A。

如果无法购买必要的磁路，可以采用E310、E320牌号的冷轧电工钢，其饱和磁感也相当高，测量误差在1%左右，非常适合。

文学

“LEM”公司的招股说明书。
展望核电站“伽马”（叶卡捷琳堡）。
Starodubtsev Yu.、Keilin V.、Belozerov V. GAMMAMET 磁芯。 - 广播，1999 年，第 6 期，第 48 页50-XNUMX。

作者：A.Aldokhin，乌克兰切尔尼戈夫

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