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:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Электрический гиперкар Lotus Evija 29.07.2019 Компания Lotus решила сделать свой новейший гиперкар не только полностью электрическим, но и невероятно мощным. Evija - это первый автомобиль компании с электрифицированной трансмиссией, и он обладает невероятной мощностью в 1973 л.с. Для Lotus автомобиль представляет собой новое начало. Генеральный директор Фил Попэм сказал, что Evija "восстановит наш бренд в сердцах и умах любителей спортивных автомобилей". Но любители спортивных авто, по мнению Lotus, должны быть очень состоятельными, так как за электрический мощный гиперкар предстоит заплатить 1,7 млн (более $2,1 млн по текущему курсу). Всего планируется выпустить 130 таких автомобилей, их продажи начнутся в 2020 году. При разработке дизайна Evija команда вдохновлялась скальными образованиями, "вырезанными природой на протяжении веков", и гоночными машинам Ле-Мана. В автомобиле нет традиционных боковых зеркал заднего вида, что позволило снизить лобовое сопротивление воздуха и оптимизировать прижимную силу. Вместо них используются камеры, интегрированные в передние крылья. Благодаря высокой мощности и отличной аэродинамике, электромобиль Lotus Evija способен разгоняться до 62 миль в час (100 км/ч) менее чем за 3 секунды, за 9 секунд после старта развивать скорость 187 миль в час (300 км/с), а максимальная скорость составляет более 200 миль в час (322 км/ч). Для сравнения, новый Tesla Roadster, по заверениям компании, сможет разгоняться до 60 миль в час (97 км/ч) всего за 1,9 секунды и достигать максимальной скорости 250 миль в час (402 км/ч) за 9 секунд. Интерьер нового гиперкара напоминает гоночные автомобили 1950-х годов, а дизайн рулевого колеса и приборной панели немного напоминают таковые у гоночных автомобилей класса Formula-1. Само рулевое колесо отделано роскошной алькантарой (есть и кожаный вариант), а в его центральной части расположен переключатель режимов работы: Range, City, Tour, Sport и Track. Сразу за рулем находится цифровой дисплей со всеми показателями. Других информационных экранов и приборных панелей в автомобиле нет. Дополнительные элементы управления расположены в центральной консоли, они имеют сенсорные кнопки с тактильной обратной связью и подсветкой при касании. Еще одной впечатляющей характеристикой гиперкара Lotus Evija является заявленная скорость зарядки. При использовании зарядного устройства мощность 800 кВт (которое пока не доступно в виде коммерческих образцов) полностью зарядить батарею электромобиля можно всего за 9 минут. При использовании доступных на данный момент коммерческих зарядок (наиболее мощные - на 350 кВт) полностью восполнить запас энергии в батарее можно за 18 минут. При этом запас хода при тестировании в соответствии с методологией New European Driving Cycle Combined Cycle составляет 270 миль (435 км). Электрическая трансмиссия, специально разработанная Williams Advanced Engineering (причастна к разработке гоночных автомобилей Formula-1 и Formula E), включает батарейный блок, который позиционируется в качестве самого легкого и наиболее плотно хранящего энергию среди всех дорожных автомобилей. При этом целевая масса Evija составляет 1680 кг, что делает новинку самым легким полностью электрическим гиперкаром.

Другие интересные новости:

▪ Автобусы на топливных элементах от Toyota

▪ Первый 200-вольтовый DirectFET транзистор от IR

▪ Создана самая большая виртуальную модель Вселенной

▪ Транзисторы и электрические цепи толщиной в несколько атомов

▪ Видеоочки для игроманов и киноманов

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Устройства защитного отключения. Подборка статей

▪ статья Возлияние Бахусу. Крылатое выражение

▪ статья Какая деревня разделена надвое границей? Подробный ответ

▪ статья Капуста китайская. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Техническая документация устройства защитного отключения. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Автоматика и телемеханика. Автоматическое ограничение повышения частоты. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025