Компенсационный датчик тока с магнитным шунтом. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Измерительная техника

 Комментарии к статье

Описываемая конструкция датчика, используемого при измерении больших токов, отличается от применяемых ныне подобных приборов наличием магнитного шунта, что позволяет снизить потребляемую мощность, массу и габариты устройства.

Для измерения больших токов (порядка десятков килоампер) классическая схема датчика компенсационного типа (рис. 1), по которой построены выпускаемые промышленностью изделия [1], неприемлема.

Принцип действия таких датчиков основан на компенсации магнитного поля, создаваемого в магнитопроводе измеряемым током, посредством тока компенсационной обмотки. Трансформатор тока ТА1 представляет собой замкнутый магнитопровод с обмоткой, охватывающий шину с измеряемым током, в зазоре которого установлен датчик Холла (U1). При прохождении тока через шину в охватывающем ее магнитопроводе создается магнитный поток, вызывающий появление в датчике Холла напряжения, пропорционального измеряемому току. Это напряжение, усиленное операционным усилителем (DA1) и усилителем мощности на транзисторах VT1, VT2, вызывает ток в обмотке ТА1, компенсирующий магнитный поток в магнитопроводе.

Для компенсации магнитного поля, создаваемого, например, током 100 кА, ток через компенсационную обмотку должен быть равен 100/n кА, где n - число витков этой обмотки. При этом мощность выходного усилителя и масса датчика могут быть слишком велики.

Для уменьшения компенсационного тока в предложенном датчике (рис. 2) компенсация магнитного потока производится не на всем участке магнитопровода 2, а на ограниченном участке с магнитным сопротивлением, меньшим, чем сопротивление всей магнитной цепи.

На участке установки датчика Холла 3, где магнитный поток раздваивается (АБ), величина магнитной индукции, создаваемая измеряемым током I в шине 1, В = μμ0I/2l (при l"d), где μ - магнитная проницаемость материала магнитопровода; μ0 - магнитная проницаемость вакуума.

Для компенсации магнитного потока, создаваемого измеряемым током на этом участке, ток компенсационной обмотки 4 I1 = Вх2с1/μμ0 = Ixd/l.

Ток компенсационной обмотки I1 меньше измеряемого тока I в l/d раз, что позволяет реализовать датчик приемлемой массы и габаритов.

В предлагаемом датчике l=100 мм, d = 1 мм, поэтому при измеряемом токе 100 кА компенсационный поток создается током 1/n кА, где n - число витков компенсационной обмотки.

Компенсационный датчик с магнитным шунтом такой конструкции имеет следующие характеристики.

• Номинальный измеряемый ток, кА......20
• Максимальный измеряемый импульсный ток при длительности не более 10 мс в течение 1 мин, кА.....100
• Коэффициент трансформации......1/5000
• Максимальный выходной ток при измеряемом токе 100 кА, мА......200
• Основная погрешность для номинального значения тока, не более, %......1
• Ток смещения нуля, не более, мА......0,2
• Частотный диапазон, кГц......0...10
• Размеры окна для токовой шины, мм......40x120
• Сечение магнитопровода, не менее, мм......55
• Габариты, мм......200x200x100
• Масса, кг......не более 3

Реализация такой конструкции возможна при использовании магнитопровода с большой индукцией насыщения, например, ГАММАМЕТ 440С1 с линейной характеристикой намагничивания до 1...1,2 Тл [2, 3].

Для уменьшения влияния внешних магнитных полей целесообразно применение двух магнитопроводов и датчиков Холла в конструкции, показанной на рис. 3.

Здесь зазор l в магнитной цепи вокруг шины 1 с током разделен на два равных участка между магнитопроводами 2, 3. Токи компенсационных обмоток 6 и 7 в этой схеме суммируются. Если внешнее магнитное поле в месте установки одного из датчиков Холла (4 или 5) совпадает по направлению с магнитным полем, создаваемым измеряемым током, то в месте установки другого датчика Холла противоположно по направлению. Если сигналы датчиков Холла 4, 5, обусловленные магнитным полем измеряемого тока, имеют одинаковую полярность, то сигналы от внешнего магнитного поля наводок разной полярности, и поэтому результирующий сигнал от внешнего магнитного поля равен нулю.

Усилитель для такого устройства нужен достаточно маломощный - его ток потребления не более 0,25 А при напряжении питания +15 В.

При невозможности приобретения необходимого магнитопровода можно использовать холоднокатанную электротехническую сталь марок Э310, Э320, для которой индукция насыщения также достаточно высока, и при погрешности измерения около 1% этот материал вполне пригоден.

Литература

1. Проспект фирмы "LEM".
2. Проспект НПП "Гамма" (г. Екатеринбург).
3. Стародубцев Ю., Кейлин В., Белозеров В. Магнитопроводы ГАММАМЕТ. - Радио, 1999, № 6, с. 48-50.

Автор: А.Алдохин, г. Чернигов, Украина

Смотрите другие статьи раздела Измерительная техника.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Впервые преоодолена передача ВИЧ от матери к ребенку 02.01.2026

Проблема вертикальной передачи ВИЧ - от матери к ребенку - остается одной из ключевых задач глобальной медицины. Недавний отчет Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) демонстрирует историческое достижение: Бразилия впервые в своей истории полностью преодолела этот путь передачи вируса. Страна стала 19-й в мире и первой с населением более 100 миллионов человек, которая достигла такого результата. Достижения Бразилии основаны на комплексных медицинских программах, обеспечивающих своевременный доступ к диагностике и терапии для всех слоев населения. ВОЗ официально подтвердило, что уровень передачи ВИЧ от матери к ребенку снизился до менее двух процентов. Более 95% беременных женщин в стране получают регулярный скрининг на ВИЧ и необходимое лечение в рамках стандартного ведения беременности. Изначально программа тестировалась в крупных муниципалитетах и штатах с населением более 100 тысяч человек, а затем была масштабирована на всю страну. Такой подход позволил унифицировать ста ...>>

Нанослой германия увеличивает эффективность солнечных батарей на треть 02.01.2026

Разработка высокоэффективных солнечных батарей остается одной из ключевых задач современной энергетики. Недавнее исследование южнокорейских ученых позволило повысить производительность тонкопленочных солнечных элементов почти на 30%, что открывает новые перспективы для возобновляемых источников энергии, гибкой электроники и сенсорных устройств. Команда исследователей сосредоточилась на элементах на основе моносульфида олова (SnS) - нетоксичного и доступного материала, который идеально подходит для гибких солнечных панелей. До настоящего времени эффективность SnS-устройств оставалась низкой из-за проблем на границе контакта с металлическим электродом. В этой области возникали структурные дефекты, диффузия элементов и электрические потери, что существенно ограничивало возможности таких батарей. "Этот интерфейс был главным барьером для достижения высокой производительности", - отмечает профессор Джейонг Хо из Национального университета Чоннам. Для решения этих проблем ученые предлож ...>>

Электростатическое решение для борьбы с льдом и инеем 01.01.2026

Борьба с льдом и инеем на транспортных средствах и критически важных поверхностях зимой остается сложной и затратной задачей. Ученые из Virginia Tech разработали инновационную технологию, способную разрушать лед и иней без использования тепла или химических реагентов, что открывает новые возможности для безопасной и экологичной зимней эксплуатации транспорта. Исследователи обнаружили, что лед и иней образуют кристаллическую решетку с так называемыми ионными дефектами - заряженными участками, способными перемещаться под воздействием электрического поля. Эти дефекты являются ключом к управлению прочностью льда и его удалением с поверхностей. Когда на замерзшую поверхность подается положительный электрический заряд, отрицательные ионные дефекты притягиваются к источнику поля. Это вызывает разрушение кристаллической решетки льда, в результате чего часть льда буквально "отскакивает" от поверхности. Такой эффект позволяет удалять лед без применения внешнего тепла или химических средств ...>>

Случайная новость из Архива Цифровые 30А DC-DC регуляторы IR38263/5 24.12.2018 Компания Infineon выпустила новые цифровые DC-DC преобразователи серии IPOL IR38263 и IR38265, с выходным током до 30 А. Преобразователи предназначены для питания ядер высокопроизводительных процессоров и других мощных низковольтных потребителей. Новые регуляторы комбинируют простоту использования, высокую интеграцию и возможность полной конфигурации по интерфейсу fast I2C или PMBus. Благодаря последним достижениям в технологиях низковольтных MOSFET, компании Infineon удалось реализовать достаточно мощный DC-DC с выходным током до 30 А в малом корпусе PQFN-24 (5-7 мм). Наличие цифрового интерфейса делает данное решение действительно гибким. Все основные параметры (частота коммутации, выходное напряжение, пороги срабатывания защит) можно настроить с помощью цифрового хост-контроллера. По цифровому интерфейсу можно считать значения входного и выходного напряжения, выходного тока и температуры. Технические параметры: диапазон входных напряжений: 5,5...16 В (1,5...16 В с внешним питанием Vcc); выходное напряжение настраивается от 0,5 В до 87,5% от Vin; номинальный выходной ток достигает 30 А; частота преобразования настраивается в диапазоне 150...1500 кГц; КПД до 96%; алгоритм управления Voltage Mode (VM Engine Gen3) позволяет быстро отрабатывать изменения нагрузки; настройка выходного напряжения с помощью 3-х цифровых входов PVID; возможность настройки параметров через интерфейс fast I2C (IR38265) или PMBus (IR38263); возможность считывания значений выходного напряжения и тока нагрузки с помощью цифрового интерфейса I2C/PMBus; диапазон рабочих температур -40°С...+125°С; корпус PQFN-24 размером 5х7 мм.

Другие интересные новости:

▪ Искусственный интеллект сможет приблизиться к возможностям человеческого мозга

▪ Алкоголь приводит к раку

▪ Цифровой дом глазами народа

▪ Микропластик расщепляет клетки легких человека

▪ Древний Египет погубили вулканы

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Должностные инструкции. Подборка статей

▪ статья Аверроэс (Абуль Валид Мухаммад ибн Ахмад ибн Рушд). Знаменитые афоризмы

▪ статья Могут ли у человека с рождения отсутствовать отпечатки пальцев? Подробный ответ

▪ статья Обвальщик мяса. Должностная инструкция

▪ статья Переговорное устройство. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Радиоприемник на микросхеме TDA7000 (174XA42). Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025