霍尔电流传感器工作原理

1、霍尔电流传感器工作原理,一.霍尔电流传感器工作原理,二.霍尔电流传感器的应用,主要内容,一.霍尔电流传感器的工作原理,目前最常用的霍尔元件材料是鍺（Ge）、硅（Si）、锑化铟（InSb）、砷化铟（InAs）等半导体材料。 20世纪80年代末出现了一种新型霍尔元件超晶格结构（砷化铝/砷化稼）的霍尔器件，它可以用来测微磁场。 霍尔元件由霍尔片、4根引线和壳体组成。,1-1 霍尔原件的结构,一.霍尔电流传感器的工作原理,霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学霍尔首先在金属材料中发现了霍尔效应。 随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍尔效应显著而得到应用和发

2、展。 霍尔传感器是基于霍尔效应将被测量（如电流、磁场、位移、压力、压差、转速等）转换成电动势输出的传感器。 霍尔式传感器结构简单、体积小、坚固、频率响应宽、动态范围大、非接触、使用寿命长、可靠性高、易于微型化和集成化。在测量技术、自动化技术和信息处理得到了广泛的应用。,1-2 霍尔电流传感器概述及基本原理,一.霍尔电流传感器的工作原理,1-3 直测式电流传感器(CS系列） 众所周知，当电流通过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一磁场的大小与流过导线的电流成正比，它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出。这一信号经功率放大器放大后可以直接输出，一般的额定输出标定为4V。,一.霍

3、尔电流传感器的工作原理,1-4 LEM磁平衡式电流传感器（CSM系列 ）,LEM磁平衡式电流传感器（CSM系列 ）原理,磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器，即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 根据安培定律，流过导体的电流I会在该导体周围产生一个磁场。这个磁场可用一个高导磁率的磁路来测量。绕在磁路的N匝绕卷，如果通以1N的反向电流，就可消除原边电流I所产生的磁场。通过沿磁路安装的磁通探测器(霍尔传感器)检测铁心间隙中的磁通。如果磁通不为零，霍尔传感器就会有(原、副边磁通不平衡的偏差)电压信号输出。该信号经高

4、增益放大器放大后，再调节二次电流以抵消原、副边安匝数不平衡所产生的偏差，在铁芯中，始终保持二次电流所产生的磁通能够抵消原边电流I所产生的磁通。 主要特点是磁路铁心不会饱和。邻近电流传感器的导电母线排所产生的外部磁场会对磁平衡式霍尔检零电流传感器的准确测量有一定影响。LEM采取的办法是使用补偿线圈补偿。,二.霍尔电流传感器的实际应用,随着电力电子技术的发展，现有检出和测量电流的元件（如分流器、互感器）已不能满足中、高频，高di/dt (电流变化率）， 宽频谱电流波形的传递，电流传感器是弥补这一空缺的主要电流检测元件。 霍尔电流、电压传感器用来测量直流、交流和脉动电流、电压以及利用这些测量值进行显

5、示、控制的系统均可使用。例如：在电力机车、地下铁道、无轨电车、铁路等许多领域得到应用，并且在UPS电源、逆变器、整流器、变频调速器、逆变焊机、电解电镀、数控机床、微机及电网监测系统上得到广泛应用，电力电子电路中的电流往往有很大的di/dt，非正弦，直流成分等，要真实地检测出这种电流波形，霍尔元件是目前最适当的元件，利用霍尔电流传感器工作频带宽的特点，可用于检测非正弦电源供谐波分析，峰值测量等。,二.霍尔电流传感器的实际应用,9,UPS 不间断电源,Solar light power太阳能光电,2-1 UPS和太阳能发电,二.霍尔电流传感器的实际应用,10,Inverter逆变器,Motor e

6、quipment电机设备,2-2 逆变器和电机设备,二.霍尔电流传感器的实际应用,11,Robot machine 机器人设备,welding焊接机,Inserter/mounting machine 变频器/安装机器,2-3 机器人、变频器及焊接机,二.霍尔电流传感器的实际应用,Elevator电梯,Folk lift升降机,2-4 电梯和升降机,二.霍尔电流传感器的实际应用,2-5 在逆变焊机中的应用,霍尔电流传感器在直流检测中同样具有电隔离，因而扩展了它的应用范围，在输出直流的电力电子设备中，可以利用霍尔电流传感器测得与生电路隔离的直流测量信号，通过电子控制电路用于直流测过流、短路路保护和显示等，还可用于电流反馈，稳流调节等作用。,Y为传感器模块,二.霍尔电流传感器的实际应用,2-6 在变频器中的典型应用,第一个电流传感器模块接入整流滤波后的直流回路，当检测出主回路中出现异常尖峰时，或有效值超出标准时，迅速切断逆变触发电路触发脉冲，保护逆变和整流模块，另外三个传感器接入逆变器的输出回路中，用来检测随频率变化的交流电流，可以更好地控制转矩，也提供了防止电机过载所需要的信号,Y为传感器模块 电压传感器用于检测母线直流电压 电流传感器用于检测母线直流电流 检测输出电流波形 检测上下两桥臂中的电流差,3-2 电流传感器的