Lõi cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall bằng thép silicon

Lõi cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall là gì

Cảm biến dòng điện hiệu ứng Hall đo từ trường được tạo ra bởi dòng điện chạy trong dây dẫn và chuyển nó thành tín hiệu điện áp tỷ lệ. Lõi từ tập trung trường này xung quanh phần tử Hall, do đó độ chính xác, tuyến tính và độ ổn định của toàn bộ cảm biến phụ thuộc rất nhiều vào vật liệu lõi và hình dạng. Lõi thép silicon vẫn là lựa chọn được sử dụng rộng rãi cho vai trò này, chủ yếu ở dải tần 50 Hz đến 1000 Hz, nơi chúng kết hợp độ thấm cao, độ tuyến tính tốt và hiệu suất có thể dự đoán được với chi phí vừa phải.

Yêu cầu vật liệu cho lõi cảm biến

Để đo lường thay vì truyền tải điện, lõi phải tái tạo từ trường một cách trung thực. Các yêu cầu quan trọng nhất là:

Độ thấm cao, do đó dòng điện từ hóa nhỏ tạo ra từ thông đủ để phần tử Hall phát hiện.

Độ tuyến tính tốt trong phạm vi làm việc, vì tính phi tuyến trong lõi xuất hiện trực tiếp dưới dạng sai số đo.

Độ dư thấp, do đó số đọc trở về 0 khi loại bỏ dòng điện sơ cấp, tránh lỗi bù.

Phạm vi độ thấm rộng, cho phép một thiết kế lõi phục vụ nhiều dòng điện định mức.

Phản ứng nhiệt độ ổn định, thường từ -40 C đến +120 C đối với cấp độ ô tô và công nghiệp.

Thép silicon định hướng dạng hạt thường được ưu tiên sử dụng khi đường cảm biến là vòng kín hoặc lõi C- bị cắt, vì đặc tính từ tính định hướng của nó mang lại độ thấm cao nhất dọc theo hướng lăn.

Mở-Vòng lặp và Đóng-Thiết kế cảm biến vòng lặp

Trong cảm biến vòng-mở, lõi tập trung trường và phần tử Hall đọc trực tiếp; đầu ra tỷ lệ thuận với dòng điện sơ cấp và mạch đơn giản. Trong cảm biến vòng-đóng, điện áp Hall điều khiển cuộn dây thứ cấp làm triệt tiêu trường sơ cấp, do đó lõi hoạt động có từ thông gần bằng 0. Thiết kế-vòng kín mang lại độ chính xác cao hơn, độ lệch nhiệt độ thấp hơn và phản ứng nhanh hơn nhưng tiêu tốn nhiều thiết bị điện tử hơn và cuộn dây thứ cấp. Do đó, các cảm biến vòng-mở cần có độ tuyến tính rất tốt và độ dư thấp, trong khi các cảm biến vòng-đóng có thể chịu được lõi ít ​​tuyến tính hơn do từ thông bị vô hiệu hóa.

Kiểu cốt lõi cho cảm biến hiện tại

Lõi cảm biến có sẵn ở một số dạng hình học. Lõi hình xuyến tạo ra một mạch từ khép kín hoàn toàn không có khe hở không khí và độ rò rỉ thấp nhất. Lõi C-cắt cho phép lắp ráp cảm biến xung quanh thanh cái hoặc cáp hiện có, điều này rất cần thiết cho công việc trang bị thêm và bảo trì. Lõi quấn và khung hình chữ nhật bao phủ các thiết kế-dây dẫn và thanh cái lớn. Sự lựa chọn chủ yếu phụ thuộc vào việc dây dẫn chính được luồn qua cửa sổ trong quá trình lắp ráp hay phải được kẹp xung quanh hệ thống lắp đặt hiện có.

Kích thước cốt lõi đại diện và xếp hạng sức mạnh

Bảng bên dưới liệt kê các kích thước lõi cắt điển hình-được sử dụng trong cụm cảm biến hiện tại, với độ dày cuộn dây, chiều rộng băng, tùy chọn chiều cao bên trong và công suất biểu kiến ​​mà lõi hỗ trợ ở tần số 50 Hz và 400 Hz.

Mục cốt lõi	Độ dày cuộn dây (mm)	Chiều rộng băng (mm)	Chiều cao bên trong (mm)	Công suất ở tần số 50 Hz	Công suất ở 400 Hz
CD6.5x12.5x8	6.5	12.5	8, 10, 12.5, 16	Không được chỉ định	9,69-20,4 VA
CD8x12,5x12,5	8	12.5	12.5, 16, 20, 25	Không được chỉ định	25,8-51,8 VA
CD10x12,5x20	10	12.5	20, 25, 32, 40	2,42-6,67 VA	56,6-112 VA
CD12.5x16x25	12.5	16	25, 32, 40, 50	10,7-25 VA	119-221 VA
CD12.5x25x30	12.5	25	30, 40, 50, 60	31,2-63,2 VA	222-398 VA
CD16x32x40	16	32	40, 50, 65, 80	89-171 VA	470-840 VA
CD20x40x50	20	40	50, 60, 80, 100	199-375 VA	813-1476 VA
CD25x50x65	25	50	65, 80, 100, 120	448-776 VA	1595-2668 VA
CD32x64x80	32	64	80, 100, 130, 160	1006-1843 VA	3197-5522 VA
CD40x80x100	40	80	100, 120, 160, 200	2106-3912 VA	6152-10737 VA

Các số liệu công suất biểu thị nhiệm vụ cảm ứng lớn nhất mà lõi hỗ trợ ở tần số nhất định. Đối với các ứng dụng cảm biến, các lõi tương tự chạy ở một phần nhỏ của định mức này để mật độ từ thông duy trì ở mức thấp và độ tuyến tính vẫn ở mức cao.

Ứng dụng

Cảm biến hiện tại để quản lý pin ô tô và truyền động động cơ kéo.

Bộ chuyển đổi dòng điện để tự động hóa và điều khiển quá trình.

Đo dòng điện DC và AC trong bộ biến tần, bộ sạc và nguồn điện công nghiệp.

Phát hiện dòng dư và giám sát rò rỉ trong bảng phân phối.

Danh sách kiểm tra lựa chọn

Trước tiên, hãy xác định dòng điện định mức, hệ số quá tải và cấp chính xác yêu cầu; họ sửa kích thước lõi và loại vật liệu.

Chọn một hình xuyến kín khi dây dẫn có thể được luồn qua và một lõi cắt khi cảm biến phải kẹp quanh thanh cái hiện có.

Kiểm tra dải tần: thép silicon tiêu chuẩn phù hợp với 50-1000 Hz; trên phạm vi này, lõi tinh thể nano hoặc lõi vô định hình nên được xem xét.

Xác nhận phạm vi nhiệt độ của ứng dụng và khớp nó với lớp phủ lõi và mức cách nhiệt.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao dư lượng thấp lại quan trọng trong lõi cảm biến?

Từ thông dư sẽ bù lại số đọc khi dòng điện sơ cấp trở về 0, điều này xuất hiện dưới dạng lỗi về độ chính xác ở dòng điện thấp. Thép silicon có lượng dư-thấp giữ cho cảm ứng dư nhỏ nên đầu ra cảm biến luôn gần bằng 0 khi không có dòng điện chạy qua.

Một kích thước lõi có thể bao gồm nhiều dòng điện định mức không?

Đúng. Cửa sổ lớn hơn chấp nhận dây dẫn dày hơn hoặc nhiều vòng dây và tỷ lệ vòng dây sẽ điều chỉnh độ nhạy. Bởi vì lõi thép silicon có phạm vi thấm rộng nên cùng một thân lõi thường được sử dụng cho nhiều dòng định mức dòng điện với các cấu hình cuộn dây khác nhau.

Sự khác biệt giữa lõi cảm biến và lõi biến áp điện là gì?

Lõi năng lượng được thiết kế để truyền năng lượng hiệu quả ở mật độ từ thông cao, trong khi lõi cảm biến được thiết kế để tái tạo trường một cách trung thực ở mật độ từ thông thấp. Các lõi cảm biến ưu tiên tính tuyến tính, độ dư thấp và độ ổn định kích thước so với thông lượng tối đa.

Khi nào nên sử dụng lõi cắt thay vì hình xuyến?

Lõi C{0}} đã cắt được sử dụng khi cảm biến phải được lắp xung quanh cáp hoặc thanh cái đã được lắp đặt sẵn hoặc khi dây dẫn chính quá lớn để luồn qua một vòng kín. Vết cắt tạo ra một khe hở không khí nhỏ, phải được kiểm soát vì nó làm giảm độ thấm hiệu quả.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến lõi cảm biến thép silicon như thế nào?

Tính thấm và độ lưu lại thay đổi đôi chút theo nhiệt độ. Cấp cảm biến tốt được chỉ định với phản hồi ổn định từ -40 C đến +120 C, giúp duy trì sai số đo trong cấp độ chính xác đã công bố trên các phạm vi nhiệt độ ô tô và công nghiệp.

Dải tần số nào phù hợp với lõi cảm biến dòng điện bằng thép silicon?

Lõi thép silicon tiêu chuẩn có thể sử dụng ở tần số từ 50 Hz đến khoảng 1000 Hz. Trên phạm vi này, tổn thất dòng điện xoáy và độ giảm độ thấm làm cho lõi tinh thể nano hoặc lõi vô định hình trở thành lựa chọn tốt hơn cho cùng độ chính xác.