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常见电流传感器-霍尔电流传感器-罗柯夫斯基电流传感器(罗氏线圈)

电气人生7个月前 (12-04)电工知识


电流传感器

概述

电流传感器,是一种检测装置,能感受到被测电流的信息,并能将检测感受到的信息,按一定规律变换成为符合一定标准需要的电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

应用

电流传感器也称磁传感器,可以用在家用电器、智能电网、电动车、风力发电等,在我们生活中都用到很多磁传感器,比如说电脑硬盘、指南针,家用电器等。

在工业应用领域,最流行的磁传感器类型是电流传感器,在许多测量50安培以下电流的应用中,比如住宅太阳能逆变器应用或小型UPS系统,使用简单的resistive bar或分路(shunt)

分类

电流传感器依据测量原理不同,主要可分为:分流器、电磁式电流互感器、电子式电流互感器等。


1.分流器

分流器是根据电流通过电阻时在电阻2端产生电压进行测量。

 

在低频率小幅值电流测量中,表现出高的精度和较快的响应速度。在工业领域中,在不涉及到测量回路与被测电流之间电隔离的场合,分流器是将电流信号转变成电压信号的首选的低成本方案。


2. 电磁式电流互感器

电磁式电流互感器即通过电磁感应原理实现电流变换的互感器,它的工作原理和变压器相似。在电力系统中已被广泛应用,是一次系统和二次系统间的联络元件,其测量和保护的作用。它的工作原理和变压器相似,主要由铁芯、一次绕组、二次绕组、绝缘材料及其附件构成。

随着电压等级的提高和传输容量的增大,电磁式电流互感器呈现出以下缺点: ①绝缘结构复杂、尺寸大、造价高。随着电压等级的提高,采用了油纸绝缘和气体绝缘的方式,在超高压(UHV)下,电磁式电流互感器又采用了串级绝缘的方法。显然,电压等级越高,电磁式电流互感器的绝缘结构越来越复杂,制造上越来越不方便,造价也越来越高,价格几乎随电压等级作三次方上升。②测量准确度无法满足。由于一次线圈与高压母线等电位,二次线圈在低压侧与二次低压设备相连,两者之间的线圈靠铁心联系。随着电压等级的提高,高、低压之间的绝缘距离也相应地提高。这时只能依靠增大磁路的办法来加强一、二次线圈的联系。因为测量误差与互感器的平均磁路长度成正比,在增长磁路的同时,测量误差也随之增大。传统的电磁式电流互感器二次侧输出的功率较大,一般达到几瓦,而且由于一、二次侧还有直接的电磁联系,二次侧对一次侧也有影响,这些因素都会影响电流互感器的测量准确度。在电力系统中使用的测量用电流互感器的准确度大多限于0.3级。在暂态故障电流情况下,非周期分量电流使铁心饱和也会影响到测量准确度。  ③设备安装、检修不方便,维护工作量大。由于电磁式电流互感器的体积庞大,重量较重,运输安装极为不便,在正常运行时需要绝缘支架支撑,相应地给维修带来了不方便。对于油浸式电流互感器还要定期对绝缘油进行化验、测介质损耗和解决渗漏油等问题。④存在潜在的危险。电磁式电流互感器的一、二次之间靠电磁变换原理实现能量传递,因此一、二次之间总是存在着电磁联系。如果二次侧线圈由于某种原因出现了开路,一次侧的大电流完全成为励磁电流,就会在二次线圈侧感应出高电压,危及人身、设备的安全。还存在突然性绝缘击穿引起单相对地短路等系统的不稳定因素。⑤除此以外,传统的电磁式电流互感器还具有铁磁共振、磁滞效应等不利于测量的因素。


3.电子式电流互感器

电子式电流互感器包括霍尔电流传感器、罗柯夫斯基电流传感器及专用于变频电量测量的AnyWay变频功率传感器(可用于电压、电流和功率测量)等。

与电磁式电流传感器相比较,电子式电流互感器没有铁磁饱和,传输频带宽,二次负荷容量小、尺寸小、重量轻、是今后电流传感器的发展方向。


①霍尔电流传感器

霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理,根据霍尔效应原理,从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic,并在霍尔 元件平面的法线方向上施加磁场 强度为B的磁场,那么在垂直于 电流和磁场方向(即霍尔输出端 之间),将产生一个电势VH,称 其为霍尔电势,其大小正比于控 制电流I。与磁场强度B的乘积。 即有式中:K为霍尔系数,由霍尔元件的材料决定;I。为控制电流;B为磁场强度; VH为霍尔电势。

霍尔电流传感器的优点在于:响应时间快、低温漂、精度高、体积小、频带宽、抗干扰能力强、过载能力强。

 

 

②罗柯夫斯基电流传感器

罗哥夫斯基线圈(Rogowski Coil)又称罗柯夫斯基线圈、罗氏线圈或空心线圈。罗氏线圈是一种交流电流传感器,是一个空心环形的线圈,有柔性和硬性两种,可以直接套在被测量的导体上来测量交流电流。

罗氏线圈适用于较宽频率范围内的交流电流的测量,对导体、尺寸都无特殊要求,具有较快的瞬间反应能力,广泛应用在传统的电流测量装置如电流互感器无法使用的场合,用于电流测量,尤其是高频、大电流测量。


③AnyWay变频功率传感器

变频功率传感器主要作用是测量变频器输出的电压、电流、功率等电参数。电压、电流信号经传感器内部感应器件变送后变为低电压信号,该信号经过抗混叠低通滤波器后,在CPU的干预下进行自动或手动量程转换,量程转换后的电压信号直接进入AD转换器和频率测量电路,电流信号经过相位补偿进入AD转换器和频率测量电路,在CPU干预下自动或手动选择电压或电流信号为同步源.CPU将采样信号通过光纤收发器与数字主机进行通讯.


4. 光纤电流传感器

光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。与电磁式电流互感器相比,基于光学、微电子、微机技术的光纤式电流传感器(OFCT),具有无铁心、绝缘结构简单可靠,体积小、重量轻、线性度好、动态范围大、无饱和现象,输出信号可直接与微机化计量及保护设备接口等优点。这些优点既满足、推动了电力系统的发展,而且应用前景十分广阔。

光纤电流传感器除具有前述的优点以外还具备以下特点: (1)容易安装,不用断开导线,仅将细长、柔软的绝缘光纤卷绕在导体上就可检测电流,能实现整个传感装置的小利轻量化; (2)无电磁噪音的干扰。近年的计测控制系统中,一般将传感器的输出连接于半导体的电子回路,传感装置本身全部由光学器件构成,故具有抗电磁干扰(EMI)特性; (3)计测范围广,没有铁心磁饱和的制约,同时,法拉第效应的响应速度快,具有从低频到高频、到大电流的广阔测量范闱;   (4)因为信号通过光纤传输。波形畸变小。传输损耗小,故可实现长距离的信号传输。

 

选型指南

首先要确定一下基本的技术参数,包括:

1、被测电流值大小

2、被测电缆或者铜牌的尺寸(根据尺寸来选择产品的穿孔尺寸,尽量充满穿孔)

3、输出信号(一般是± 4V或者± 5V)

4、供电电源(一般是DC ±12-15V)等

以上这些是主要技术参数,其他次级的技术参数如下:

1、使用环境是否有高低温、海拔、强震、潮湿等要求

2、对于精度是否有要求(一般闭环电流传感器多为0.2-1%不等,开环传感器精度多为1%)

3、安装方式(一般包含PCB式和固定式,也有导轨式的,不过比较少)

 


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