1. Thiết bị hội trường
Thiết bị Hall là một loại thiết bị biến đổi điện từ làm bằng vật liệu bán dẫn.Nếu IC dòng điều khiển được kết nối với đầu vào, khi một từ trường B đi qua bề mặt cảm ứng từ của thiết bị, điện thế Hall VH sẽ xuất hiện ở đầu ra.Như hình 1-1.
Độ lớn của điện thế Hall VH tỷ lệ với tích của IC dòng điều khiển và mật độ từ thông B, nghĩa là, VH = khicbsin Θ
Cảm biến dòng điện Hall được chế tạo theo nguyên tắc của định luật Ampere, tức là, một từ trường tỷ lệ với dòng điện được tạo ra xung quanh dây dẫn mang dòng điện và thiết bị Hall được sử dụng để đo từ trường này.Do đó, phép đo dòng điện không tiếp xúc là có thể thực hiện được.
Đo gián tiếp cường độ dòng điện của dây dẫn mang dòng bằng cách đo điện thế Hall.Do đó, cảm biến hiện tại đã trải qua quá trình chuyển đổi cách ly điện từ trường.
2. Nguyên tắc phát hiện Hall DC
Như hình 1-2.Bởi vì mạch từ có mối quan hệ tuyến tính tốt với đầu ra của thiết bị phòng, tín hiệu điện áp U0 do thiết bị phòng phát ra có thể phản ánh gián tiếp kích thước của dòng điện đo được I1, tức là, I1 ∝ B1 ∝ U0
Chúng tôi hiệu chỉnh U0 bằng 50mV hoặc 100mV khi dòng điện đo được I1 là giá trị định mức.Điều này làm cho cảm biến dòng điện phát hiện trực tiếp (không khuếch đại) hội trường.
3. Nguyên lý bù từ trường
Mạch chính sơ cấp có dòng điện I1 đo được sẽ tạo ra từ thông Φ 1. Từ thông sinh ra bởi dòng điện I2 chạy qua cuộn bù thứ cấp Φ 2 duy trì cân bằng từ sau khi bù và thiết bị sảnh luôn ở vai trò phát hiện không từ trường tuôn ra.Vì vậy nó được gọi là cảm biến dòng bù từ trường Hall.Chế độ nguyên lý nâng cao này vượt trội hơn so với chế độ nguyên tắc phát hiện trực tiếp.Ưu điểm nổi bật của nó là thời gian đáp ứng nhanh và độ chính xác của phép đo cao, đặc biệt thích hợp cho việc phát hiện dòng điện yếu và nhỏ.Nguyên lý của bù từ trường Hall được trình bày trong hình 1-3.
Hình 1-3 cho thấy: Φ 1 ＝ Φ hai
I1N1 ＝ I2N2
I2 ＝ NI / N2 · I1
Khi dòng điện bù I2 chạy qua điện trở đo RM, nó được biến đổi thành điện áp ở hai đầu RM.Là một cảm biến, đo điện áp U0, tức là, U0 = i2rm
Theo nguyên tắc bù từ trường Hall, một cảm biến dòng điện với đầu vào danh định từ thông số kỹ thuật nối tiếp được chế tạo.
Do cảm biến dòng bù từ phải quấn cuộn dây bù hàng nghìn vòng trên vòng kích từ nên giá thành tăng lên;Thứ hai, mức tiêu thụ dòng điện làm việc cũng tăng tương ứng;Tuy nhiên, nó có ưu điểm là độ chính xác cao hơn và phản hồi nhanh hơn so với việc kiểm tra trực tiếp.
4. Cảm biến điện áp bù từ
Để đo dòng điện nhỏ mức Ma, theo Φ 1 = i1n1, tăng số vòng dây của N1 cũng có thể thu được từ thông cao Φ 1。 Cảm biến dòng nhỏ chế tạo bằng phương pháp này không chỉ có thể đo dòng điện mức Ma, mà còn cả điện áp.
Khác với cảm biến dòng, khi đo điện áp, người ta mắc nối tiếp cuộn dây nhiều chiều ở phía sơ cấp của cảm biến điện áp với điện trở hạn dòng R1, rồi mắc song song với hiệu điện thế đo được U1 để được dòng điện I1 tỉ lệ với điện áp đo được U1, như hình 1-4.
Nguyên tắc của phía thứ cấp giống như của cảm biến hiện tại.Khi dòng điện bù I2 chạy qua điện trở đo RM, nó được biến đổi thành điện áp ở hai đầu RM là điện áp đo U0 của cảm biến, tức là U0 = i2rm
5. Đầu ra của cảm biến hiện tại
Cảm biến dòng phát hiện trực tiếp (không khuếch đại) có điện áp đầu ra trở kháng cao.Trong ứng dụng, trở kháng tải phải lớn hơn 10k Ω.Thông thường, điện áp đầu ra treo ± 50mV hoặc ± 100mV của nó được khuếch đại lên ± 4V hoặc ± 5V với bộ khuếch đại tỷ lệ đầu vào vi sai.Hình 5-1 cho thấy hai mạch thực tế để tham khảo.
(a) Hình có thể đáp ứng các yêu cầu chung về độ chính xác;(b) Biểu đồ có hiệu suất tốt và phù hợp với các trường hợp yêu cầu độ chính xác cao.
Cảm biến dòng điện khuếch đại phát hiện trực tiếp có điện áp đầu ra trở kháng cao.Trong ứng dụng, trở kháng tải phải lớn hơn 2K Ω.
Dòng bù từ, dòng bù từ điện áp và cảm biến điện áp là loại đầu ra dòng điện.Có thể thấy từ hình 1-3 rằng đầu "m" được kết nối với nguồn điện "O"
Đầu cuối là đường dẫn của I2 hiện tại.Do đó, tín hiệu đầu ra từ đầu “m” của cảm biến là tín hiệu dòng điện.Tín hiệu hiện tại có thể được truyền từ xa trong một phạm vi nhất định và độ chính xác có thể được đảm bảo.Khi sử dụng, điện trở đo RM chỉ cần được thiết kế trên đầu vào thiết bị phụ hoặc giao diện bảng điều khiển đầu cuối.
Để đảm bảo phép đo có độ chính xác cao, cần chú ý: ① Độ chính xác của điện trở phép đo thường được chọn là điện trở màng kim loại, với độ chính xác ≤ ± 0,5%.Xem Bảng 1-1 để biết chi tiết.② trở kháng đầu vào mạch của thiết bị thứ cấp hoặc bảng điều khiển đầu cuối phải lớn hơn 100 lần so với điện trở đo.
6. Tính toán điện áp lấy mẫu và đo điện trở
Từ công thức trước
U0 ＝ I2RM
RM ＝ U0 / I2
Trong đó: U0 - điện áp đo được, còn được gọi là điện áp lấy mẫu (V).
I2 - dòng bù cuộn thứ cấp (a).
RM - đo điện trở (Ω).
Khi tính toán I2, dòng điện đầu ra (giá trị hiệu dụng danh định) I2 tương ứng với dòng điện đo được (giá trị hiệu dụng danh định) I1 có thể được tìm hiểu từ bảng thông số kỹ thuật của cảm biến dòng bù từ.Nếu I2 được chuyển đổi thành U0 = 5V, xem Bảng 1-1 để lựa chọn RM.
7. Tính toán điểm bão hòa và * dòng điện đo được lớn
Từ hình 1-3 có thể thấy mạch của dòng ra I2 là: v + → Collector Emitter của bộ khuếch đại công suất cuối cùng → N2 → RM → 0. Điện trở tương đương của đoạn mạch được thể hiện trên hình 1-6.(mạch của v- ~ 0 giống nhau, và dòng điện ngược lại)
Khi dòng điện đầu ra i2 * lớn, giá trị dòng điện sẽ không còn tăng cùng với sự gia tăng của I1, được gọi là điểm bão hòa của cảm biến.
Tính theo công thức sau
I2max ＝ V + -VCES / RN2 + RM
Trong đó: V + - nguồn điện dương (V).
Vces - Độ bão hòa của bộ thu Điện áp của ống nguồn, (V) nói chung là 0,5V.
RN2 - Điện trở trong một chiều của cuộn thứ cấp (Ω), xem bảng 1-2 để biết thêm chi tiết.
RM - đo điện trở (Ω).
Có thể thấy từ tính toán rằng điểm bão hòa thay đổi cùng với sự thay đổi của điện trở đo được RM.Khi điện trở đo được RM được xác định, có một điểm bão hòa xác định.Tính * dòng điện lớn đo được i1max theo công thức sau: i1max = i1 / i2 · i2max
Khi đo AC hoặc xung, khi RM được xác định, hãy tính * dòng điện đo lớn i1max.Nếu giá trị i1max thấp hơn giá trị đỉnh của dòng điện xoay chiều hoặc thấp hơn biên độ xung, nó sẽ gây ra cắt dạng sóng đầu ra hoặc giới hạn biên độ.Trong trường hợp này, hãy chọn một RM nhỏ hơn để giải quyết.
8. Ví dụ tính toán:
ví dụ 1
Lấy cảm biến hiện tại lt100-p làm ví dụ:
(1) Yêu cầu đo lường
Định mức hiện tại: DC
* Dòng điện cao: DC (thời gian quá tải ≤ 1 phút / giờ)
(2) Tra bảng và biết
Điện áp làm việc: điện áp ổn định ± 15V, nội trở cuộn dây 20 Ω (xem bảng 1-2 để biết chi tiết)
Dòng điện đầu ra: (giá trị định mức)
(3) Điện áp lấy mẫu yêu cầu: 5V
Tính toán xem dòng điện đo được và điện áp lấy mẫu có phù hợp không
RM ＝ U0 / I2 ＝ 5 / 0,1 ＝ 50 （Ω）
I2max ＝ V + －VCES / RN2 ＋ RM ＝ 15－0,5 / 20 ＋ 50 ＝ 0,207 （A）
I1max ＝ I1 / I2 · I2max ＝ 100 / 0,1 × 0,207 ＝ 207 （A）
Từ kết quả tính toán trên ta biết rằng các yêu cầu của (1) và (3) được đáp ứng.
9. Mô tả và ví dụ về cảm biến điện áp bù từ
Cảm biến điện áp Lv50-p có điện trở sơ cấp và thứ cấp ≥ 4000vrms (50hz.1 phút), được sử dụng để đo điện áp DC, AC và xung.Khi đo điện áp, theo định mức điện áp, một điện trở giới hạn dòng được mắc nối tiếp ở phía sơ cấp + cực HT, nghĩa là, điện áp đo được nhận dòng điện phía sơ cấp qua điện trở
U1 / r1 = I1, R1 = u1 / 10ma (K Ω), công suất của điện trở phải lớn hơn giá trị tính toán 2 ~ 4 lần và độ chính xác của điện trở phải ≤ ± 0,5%.Điện trở nguồn quấn dây chính xác R1 có thể được nhà sản xuất đặt hàng.
10. Phương pháp đấu dây của cảm biến dòng điện
(1) Sơ đồ đấu dây của cảm biến dòng kiểm tra trực tiếp (không khuếch đại) được thể hiện trong Hình 1-7.
(a) Hình vẽ thể hiện kết nối kiểu p (kiểu chân bảng in), (b) hình vẽ thể hiện kết nối kiểu C (kiểu cắm ổ cắm), vn VN biểu thị điện áp đầu ra Hall.
(2) Sơ đồ đấu dây của cảm biến dòng điện khuếch đại kiểm tra trực tiếp được thể hiện trong Hình 1-8.
(a) Hình bên là kết nối kiểu p, (b) hình vẽ là kết nối kiểu C, trong đó U0 đại diện cho điện áp đầu ra và RL đại diện cho điện trở tải.
(3) Sơ đồ đấu dây của cảm biến dòng điện bù từ được thể hiện trên hình 1-9.
(a) Hình vẽ cho thấy kết nối kiểu p, (b) hình vẽ cho thấy kết nối kiểu C (lưu ý rằng chân thứ ba của ổ cắm bốn chân là chân trống)
Phương pháp kết nối chân bảng in của ba cảm biến trên phù hợp với phương pháp sắp xếp của vật thể thực và phương pháp kết nối phích cắm ổ cắm cũng phù hợp với phương pháp sắp xếp của vật thể thực, để tránh lỗi dây điện.
Trên sơ đồ nối dây trên, cường độ dòng điện I1 đo được của mạch chính có mũi tên ở lỗ để chỉ chiều dương của dòng điện, chiều dương của dòng điện cũng được đánh dấu trên vỏ vật lý.Điều này là do cảm biến dòng điện quy định rằng chiều dương của dòng điện đo được I1 có cùng cực với dòng điện đầu ra I2.Điều này rất quan trọng trong việc phát hiện AC ba pha hoặc DC đa kênh.
11. Nguồn điện làm việc của cảm biến dòng điện và điện áp
Cảm biến hiện tại là một mô-đun hoạt động, chẳng hạn như thiết bị hội trường, bộ khuếch đại hoạt động và ống công suất cuối cùng, tất cả đều cần nguồn điện hoạt động và tiêu thụ điện năng.Hình 1-10 là một sơ đồ thực tế của một nguồn điện làm việc điển hình.
(1) Đầu nối đất đầu ra được kết nối tập trung với bộ điện phân lớn để giảm tiếng ồn.
(2) Bit điện dung UF, diode 1N4004.
(3) Máy biến áp phụ thuộc vào công suất tiêu thụ của cảm biến.
(4) Dòng điện làm việc của cảm biến.
Kiểm tra trực tiếp (không khuếch đại) công suất tiêu thụ: * 5mA;Công suất tiêu thụ khuếch đại phát hiện trực tiếp: * lớn ± 20mA;Công suất tiêu thụ bù từ: 20 + dòng ra * Dòng làm việc tiêu thụ lớn 20 + gấp đôi dòng ra.Công suất tiêu thụ có thể được tính toán theo dòng điện làm việc tiêu thụ.
12. Các biện pháp phòng ngừa khi sử dụng cảm biến dòng điện và điện áp
(1) Cảm biến dòng điện phải lựa chọn đúng các sản phẩm có thông số kỹ thuật khác nhau theo giá trị hiệu dụng danh định của dòng điện đo được.Nếu dòng điện đo được vượt quá giới hạn trong một thời gian dài, nó sẽ làm hỏng ống khuếch đại công suất cực cuối (đề cập đến loại bù từ).Nói chung, thời gian của hai lần dòng điện quá tải không được quá 1 phút.
(2) Cảm biến điện áp phải được nối với điện trở hạn chế dòng điện R1 nối tiếp ở phía sơ cấp theo hướng dẫn của sản phẩm để phía sơ cấp có được dòng điện danh định.Nói chung, thời gian quá áp kép không được quá 1 phút.
(3) Độ chính xác tốt của cảm biến dòng điện và điện áp đạt được trong điều kiện đánh giá phía sơ cấp, vì vậy khi dòng điện đo được cao hơn giá trị danh định của cảm biến dòng điện, nên chọn cảm biến lớn tương ứng;Khi điện áp đo được cao hơn giá trị danh định của cảm biến điện áp, điện trở giới hạn dòng điện phải được điều chỉnh lại.Khi dòng điện đo được nhỏ hơn 1/2 giá trị định mức, để có được độ chính xác tốt, có thể sử dụng phương pháp nhiều vòng.
(4) Cảm biến có cách điện 3KV và điện áp chịu đựng có thể hoạt động bình thường trong hệ thống AC từ 1kV trở xuống và hệ thống DC từ 1.5kV trở xuống trong thời gian dài.Cảm biến 6kV có thể hoạt động bình thường trong hệ thống AC từ 2KV trở xuống và hệ thống DC từ 2.5KV trở xuống trong thời gian dài.Hãy cẩn thận không sử dụng chúng dưới áp suất quá cao.
(5) Khi được sử dụng trên các thiết bị yêu cầu đặc tính động lực học tốt, * có thể dễ dàng sử dụng một thanh cái bằng nhôm đồng duy nhất và trùng với khẩu độ.Thay thế các vòng quay nhỏ hoặc nhiều hơn bằng các vòng quay lớn sẽ ảnh hưởng đến các đặc tính động lực học.
(6) Khi sử dụng trong hệ thống điện một chiều dòng điện cao, nếu nguồn điện làm việc bị hở mạch hoặc bị lỗi vì một lý do nào đó, lõi sắt sẽ tạo ra lượng dư lớn, điều này đáng được quan tâm.Remanence ảnh hưởng đến độ chính xác.Phương pháp khử từ là bật nguồn xoay chiều ở phía sơ cấp mà không cần thêm nguồn điện làm việc và giảm dần giá trị của nó.
(7) Khả năng chống lại từ trường bên ngoài của cảm biến là: dòng điện cách cảm biến 5 ~ 10cm, lớn hơn hai lần giá trị hiện tại của mặt ban đầu của cảm biến và có thể chống lại nhiễu từ trường được tạo ra.Khi đấu dây dòng điện cao ba pha, khoảng cách giữa các pha phải lớn hơn 5 ~ 10cm.
(8) Để làm cho cảm biến hoạt động ở trạng thái đo tốt, nên sử dụng nguồn điện được điều chỉnh điển hình đơn giản được giới thiệu trong Hình 1-10.
(9) Điểm bão hòa từ và điểm bão hòa mạch của cảm biến làm cho nó có khả năng quá tải mạnh, nhưng khả năng quá tải có giới hạn về thời gian.Khi thử khả năng quá tải, dòng quá tải trên 2 lần không được quá 1 phút.
(10) Nhiệt độ của thanh dẫn dòng sơ cấp không được vượt quá 85 ℃, được xác định bởi các đặc tính của nhựa kỹ thuật ABS.Người dùng có yêu cầu đặc biệt và có thể chọn nhựa nhiệt độ cao làm vỏ.
13. Ưu điểm của cảm biến dòng điện đang sử dụng
(1) Phát hiện không tiếp xúc.Trong việc tái thiết các thiết bị nhập khẩu và cải tạo kỹ thuật các thiết bị cũ cho thấy tính ưu việt của phương pháp đo không tiếp xúc;Giá trị hiện tại có thể được đo mà không có bất kỳ thay đổi nào đối với hệ thống dây điện của thiết bị ban đầu.
(2) Nhược điểm của việc sử dụng shunt là nó không thể cách ly về mặt điện và cũng có hiện tượng mất chèn.Dòng điện có cường độ càng lớn thì tổn hao càng lớn và khối lượng càng lớn.Người ta cũng phát hiện ra rằng shunt có độ tự cảm không thể tránh khỏi khi phát hiện tần số cao và dòng điện cao, và nó không thể thực sự truyền dạng sóng dòng điện đo được, chứ chưa nói đến loại sóng không sin.Cảm biến dòng điện loại bỏ hoàn toàn các nhược điểm trên của shunt, đồng thời độ chính xác và giá trị điện áp đầu ra có thể giống như của shunt, chẳng hạn như mức chính xác 0,5, 1,0, mức điện áp đầu ra 50, 75mV và 100mV.
(3) Nó là rất thuận tiện để sử dụng.Lấy cảm biến dòng lt100-c, kết nối nối tiếp đồng hồ đo tương tự 100mA hoặc đồng hồ vạn năng kỹ thuật số ở đầu M và đầu không của nguồn điện, kết nối nguồn điện đang hoạt động và đặt cảm biến trên mạch dây, sao cho dòng điện Giá trị của mạch chính 0 ~ 100A có thể được hiển thị chính xác.
(4) Mặc dù máy biến dòng và điện áp truyền thống có nhiều mức dòng điện và điện áp làm việc và có độ chính xác cao dưới tần số làm việc hình sin quy định, nó có thể thích ứng với dải tần rất hẹp và không thể truyền DC.Ngoài ra, trong quá trình hoạt động có dòng điện kích thích nên đây là thiết bị cảm ứng nên thời gian đáp ứng của nó có thể chỉ vài chục mili giây.Như chúng ta đã biết, một khi phía thứ cấp của máy biến dòng bị hở mạch, nó sẽ tạo ra các nguy cơ điện áp cao.Trong việc sử dụng phát hiện máy tính vi mô, việc thu thập tín hiệu đa kênh là bắt buộc.Mọi người đang tìm cách cô lập và thu thập tín hiệu
Thời gian đăng: 07-06-2022