什么是霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器

霍爾電流傳感器的結構如圖35 所示。用一環形導磁材料作成磁芯，套在被測電流流過的導線上，將導線中電流感生的磁場聚集起來，在磁芯上開一氣隙，內置一個霍爾線性器件，器件通電后，便可由它的霍爾輸出電壓得到導線中流通的電流。圖35（a）所示的傳感器用于測量電流強度較小的電流，圖35(b)所示的傳感器用于檢測較大的電流。
實際的霍爾電流傳感器有兩種構成形式，即直接測量式和零磁通式。

圖35 霍爾電流傳感器的構成原理

直接測量式霍爾電流傳感器
將圖35 中霍爾器件的輸出（必要時可進行放大）送到經校準的顯示器上，即可由霍爾輸出電壓的數值直接得出被測電流值。這種方式的優點是結構簡單，測量結果的精度和線性度都較高?？蓽y直流、交流和各種波形的電流。但它的測量范圍、帶寬等受到一定的限制。在這種應用中，霍爾器件是磁場檢測器，它檢測的是磁芯氣隙中的磁感應強度。電流增大后，磁芯可能達到飽和；隨著頻率升高，磁芯中的渦流損耗、磁滯損耗等也會隨之升高。這些都會對測量精度產生影響。當然，也可采取一些改進措施來降低這些影響，例如選擇飽和磁感應強度高的磁芯材料；制成多層磁芯；采用多個霍爾元件來進行檢測等等。
這類霍爾電流傳感器的價格也相對便宜，使用非常方便，已得到極為廣泛的應用，國內外已有許多廠
家生產。

零磁通式（也稱為磁平衡式或反饋補償式）霍爾電流傳感器
如圖36 所示，將霍爾器件的輸出電壓進行放大，再經電流放大后，讓這個電流通過補償線圈，并令補償線圈產生的磁場和被測電流產生的磁場方向相反，若滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時下式成立：Io=Is(N2/N1)(5)

式中，I1 為被測電流，即磁芯中初級繞組中的電流，N1 為初級繞組的匝數，I2 為補償繞組中的電流，N2為補償繞組的匝數。由式（5）可知，達到磁平衡時，即可由Is 及匝數比N2/N1 得到Io。

圖36 霍爾零磁通電流傳感器

圖37 霍爾電流傳感器在繼電保護與測量中的應用
（H 為霍爾電流傳感器）
這個平衡過程是自動建立的，是一個動態平衡。建立平衡所需的時間極短。平衡時，霍爾器件處于零磁通狀態。磁芯中的磁感應強度極低（理想狀態應為0），不會使磁芯飽和，也不會產生大的磁滯損耗和渦流損耗。恰當地選擇磁芯材料和線路元件，可做出性能優良的零磁通電流傳感器。
在霍爾電流傳感器的輸出電路中接上恰當的負載電阻器，即可構成霍爾電壓傳感器。
霍爾電流傳感器的特點是可以實現電流的“無電位”檢測。即測量電路不必接入被測電路即可實現電流檢測，它們靠磁場進行耦合。因此，檢測電路的輸入、輸出電路是完全電隔離的。檢測過程中，被測電路的狀態不受檢測電路的影響，檢測電路也不受被檢電路的景響。
霍爾電流傳感器可以檢測從直流到100kHz（通過仔細的設計和制作，甚至可以達到MHz 級）的各種
波形的電流，響應時間可短到1μs 以下。

由于這些優點，霍爾電流傳感器得到了極其廣泛的應用。3 杵2杵12 霍爾電流傳感器的應用
3杵2 杵12杵1 繼電保護與測量
如圖37 所示，來自高壓三相輸電線路電流互感器的二次電流，經三只霍爾電流傳感器H（圖中只畫
出B 相的一只），按比例轉換成毫伏電壓輸出，然后再經運算放大器放大及有源濾波，得到符合要求的電壓信號，送微機進行測量或處理。使用霍爾電流傳感器很方便地實現了無畸變、無延時的信號轉換。3杵2 杵12杵2 在直流自動控制調速系統中的應用
在直流自動控制調速系統中，用霍爾電流電壓傳感器代替電流互感器，不僅動態響應好，還可實現對
轉子電流的最佳控制以及對晶閘管進行過載保護，其應用線路如圖38所示。

圖3 在直流控制中的應用

?霍爾元件及其應用