霍爾電流傳感器工作原理課件

1、霍爾電流傳感器工作原理一.霍爾電流傳感器工作原理二.霍爾電流傳感器的應(yīng)用主要內(nèi)容一.霍爾電流傳感器的工作原理目前最常用的霍爾元件材料是鍺（Ge）、硅（Si）、銻化銦（InSb）、砷化銦（InAs）等半導(dǎo)體材料。20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)了一種新型霍爾元件超晶格結(jié)構(gòu)（砷化鋁/砷化稼）的霍爾器件，它可以用來(lái)測(cè)微磁場(chǎng)。 霍爾元件由霍爾片、4根引線和殼體組成。1-1 霍爾原件的結(jié)構(gòu) 一.霍爾電流傳感器的工作原理霍爾傳感器是基于霍爾效應(yīng)的一種傳感器。1879年美國(guó)物理學(xué)霍爾首先在金屬材料中發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)始用半導(dǎo)體材料制成霍爾元件，由于它的霍爾效應(yīng)顯著而得到應(yīng)用和發(fā)展?；魻杺鞲衅魇腔?/p>

2、于霍爾效應(yīng)將被測(cè)量（如電流、磁場(chǎng)、位移、壓力、壓差、轉(zhuǎn)速等）轉(zhuǎn)換成電動(dòng)勢(shì)輸出的傳感器。霍爾式傳感器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、堅(jiān)固、頻率響應(yīng)寬、動(dòng)態(tài)范圍大、非接觸、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、易于微型化和集成化。在測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理得到了廣泛的應(yīng)用。1-2 霍爾電流傳感器概述及基本原理 一.霍爾電流傳感器的工作原理1-3 直測(cè)式電流傳感器(CS系列） 眾所周知，當(dāng)電流通過(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生一磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，它可以通過(guò)磁芯聚集感應(yīng)到霍爾器件上并使其有一信號(hào)輸出。這一信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后可以直接輸出，一般的額定輸出標(biāo)定為4V。一.霍爾電流傳感器的工作原理1-4

3、 LEM磁平衡式電流傳感器（CSM系列 ） LEM磁平衡式電流傳感器（CSM系列 ）原理 磁平衡式電流傳感器也稱補(bǔ)償式傳感器，即主回路被測(cè)電流Ip在聚磁環(huán)處所產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，從而使霍爾器件處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。 根據(jù)安培定律，流過(guò)導(dǎo)體的電流I會(huì)在該導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)可用一個(gè)高導(dǎo)磁率的磁路來(lái)測(cè)量。繞在磁路的N匝繞卷，如果通以1N的反向電流，就可消除原邊電流I所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。通過(guò)沿磁路安裝的磁通探測(cè)器(霍爾傳感器)檢測(cè)鐵心間隙中的磁通。如果磁通不為零，霍爾傳感器就會(huì)有(原、副邊磁通不平衡的偏差)電壓信號(hào)輸出。該信號(hào)經(jīng)高增益放大器放大后，再調(diào)節(jié)二次電

4、流以抵消原、副邊安匝數(shù)不平衡所產(chǎn)生的偏差，在鐵芯中，始終保持二次電流所產(chǎn)生的磁通能夠抵消原邊電流I所產(chǎn)生的磁通。 主要特點(diǎn)是磁路鐵心不會(huì)飽和。鄰近電流傳感器的導(dǎo)電母線排所產(chǎn)生的外部磁場(chǎng)會(huì)對(duì)磁平衡式霍爾檢零電流傳感器的準(zhǔn)確測(cè)量有一定影響。LEM采取的辦法是使用補(bǔ)償線圈補(bǔ)償。 二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有檢出和測(cè)量電流的元件（如分流器、互感器）已不能滿足中、高頻，高di/dt (電流變化率）， 寬頻譜電流波形的傳遞，電流傳感器是彌補(bǔ)這一空缺的主要電流檢測(cè)元件。 霍爾電流、電壓傳感器用來(lái)測(cè)量直流、交流和脈動(dòng)電流、電壓以及利用這些測(cè)量值進(jìn)行顯示、控制的系統(tǒng)均可使用。例如：

5、在電力機(jī)車、地下鐵道、無(wú)軌電車、鐵路等許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，并且在UPS電源、逆變器、整流器、變頻調(diào)速器、逆變焊機(jī)、電解電鍍、數(shù)控機(jī)床、微機(jī)及電網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上得到廣泛應(yīng)用，電力電子電路中的電流往往有很大的di/dt，非正弦，直流成分等，要真實(shí)地檢測(cè)出這種電流波形，霍爾元件是目前最適當(dāng)?shù)脑?，利用霍爾電流傳感器工作頻帶寬的特點(diǎn)，可用于檢測(cè)非正弦電源供諧波分析，峰值測(cè)量等。二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用9UPS 不間斷電源Solar light power太陽(yáng)能光電2-1 UPS和太陽(yáng)能發(fā)電二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用10Inverter逆變器Motor equipment電機(jī)設(shè)備2-2 逆變器和電機(jī)設(shè)備

6、二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用11Robot machine機(jī)器人設(shè)備welding焊接機(jī)Inserter/mounting machine變頻器/安裝機(jī)器2-3 機(jī)器人、變頻器及焊接機(jī)二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用Elevator電梯Folk lift升降機(jī)2-4 電梯和升降機(jī)二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用2-5 在逆變焊機(jī)中的應(yīng)用 霍爾電流傳感器在直流檢測(cè)中同樣具有電隔離，因而擴(kuò)展了它的應(yīng)用范圍，在輸出直流的電力電子設(shè)備中，可以利用霍爾電流傳感器測(cè)得與生電路隔離的直流測(cè)量信號(hào)，通過(guò)電子控制電路用于直流測(cè)過(guò)流、短路路保護(hù)和顯示等，還可用于電流反饋，穩(wěn)流調(diào)節(jié)等作用。Y為傳感器模塊二.霍爾電流傳感器的實(shí)際應(yīng)用2-6 在變頻器中的典型應(yīng)用 第一個(gè)電流傳感器模塊接入整流濾波后的直流回路，當(dāng)檢測(cè)出主回路中出現(xiàn)異常尖峰時(shí)，或有效值超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，迅速切斷逆變觸發(fā)電路觸發(fā)脈沖，保護(hù)逆變和整流模塊，另外三個(gè)傳感器接入逆變器的輸出回路中，用來(lái)檢測(cè)隨頻率變化的交流電流，可以更好地控制轉(zhuǎn)矩，也提供了防止電機(jī)過(guò)載所需要的信號(hào)Y為傳感器模塊電壓傳感器用于檢測(cè)母線直流電壓電流傳感器用于檢測(cè)母線直流電流檢測(cè)輸出電流波形檢測(cè)上下兩橋臂中的電流差3-2 電流