磁通门电流传感器

磁通门 技术涵盖多种类型的隔离式电流传感器电压传感器,其基本测量原理相同:原边被测电流产生的磁场由特定的感应元件检测。感应元件由专用电子元件通过其 B-H 回路驱动,由此产生的磁效应用于原边电流检测。聚磁的磁芯,驱动磁感应元件和感应磁场强度的方法可以多种多样,但基本工作原理都是相同的。

磁通门传感器的主要类型有

  • 标准 "磁通门传感器,类似于闭环霍尔效应设计
  • C 型 "磁通门传感器,其性能通过以下方式得到显著提高
    • 磁场感应元件做成环形,不留气隙
    • 通过使用单独的磁芯来实现变压器效应,从而确保高频性能
  • IT 型 "磁通门通过以下方式进一步提高了性能:
    • 双倍的磁场感应元件,在两个环形磁芯上绕制两个相对的励磁线圈
    • 改善高频电流互感器和电子电路处理的设计
  • 低频 "磁通门 "仅使用 "C 型 "磁通门传感器的低频部分,没有引入电流互感器,是一种低成本高效率的低频传感器

磁通门电流传感器的优势和局限性

磁通门电流传感器的优势

一般来说,磁通门技术具有低零漂和偏温漂的特点,因为磁芯处于交变的 B-H 磁场中,避免了磁通门在磁路中的磁偏移(除了电子元器件的偏移,移或偏移漂移。对于 "标准 "磁通门来说,磁偏移主要由主磁芯产生)。

由于几乎不存在零漂,磁通门传感器具有非常好的精度。与霍尔效应的技术相比,这一优势在小电流测量中更为明显,因为在小电流测量中,零漂的影响相对来说更明显。

磁通门技术具有出色的过流恢复能力,这同样受益于磁场感应元件的磁化都会在随后的交变的 B-H 循环中恢复(同样的,不会影响到 "标准 "磁通门的主磁环)。

它的灵敏度远高于其他技术,可以测量很小的电流。(由设计决定,并取决于所需的 BEXT 和 BSI 量级)。

磁通门电流传感器具有较好的动态特性,可以用同一个传感器测量小电流和大电流。

得益于低零漂特性,磁通门传感器具有高分辨率,工作温度范围更宽。由于低温漂的特点,磁通门技术适用于宽温度范围的场合(仍受传感器材料和元件限制)。

此外,由于电流互感器效应(视设计情况),磁通门传感器具有高带宽及快速响应时间,特别是在 C 型和 IT 型磁通门传感器上表现的更明显。

磁通门电流传感器的局限性

另一方面,该技术也有一些局限性。

首先,较简单的磁通门技术会限制带宽。

通常会在激励频率处有噪声,这些噪声会在传感器输出端存在,还有可能耦合到原边被测线路中。注入原边被测线路的电压噪声也是缺点之一,但在绝大多数应用中,这部分噪声是可以接受的。

磁通门电流传感器的副边功耗相对较高,与闭环霍尔效应传感器类似。

最后,磁通门传感器的设计相对复杂,定制难度较大。这种复杂效的设计会带来较高的生产成本。

磁通门 - 电流传感器技术

Closed loop Fluxgate CTSR

闭环磁通门 CTSR 型

特点

  • 测量各种交流、直流、脉冲和复合信号
  • 非接触式测量差分电流
  • 高精度测量小的漏电流
  • 温度漂移(增益和偏移)极低
  • 防止寄生磁场
  • 电气隔离

闭环磁通门 CTSR 型工作原理

不使用霍尔器件。原边漏电流IPR (IL与IN之和)产生的磁通量由副边电流补偿。零磁通检测器是一个对称检测器,由方波发生器的电流输入给绕在磁芯上的副边线圈,通过检测副边线圈中的补偿电流来精确反应原边被测电流的大小。

在电压输出传感器中,补偿电流通过精密电阻器转换成电压,并提供给缓冲放大器的输出端。磁芯实际上是由一对两个磁壳组成,检测器位于磁壳内。

磁通门 CTSR 型电流传感器的典型应用

闭环磁通门 CTSR 型电流传感器主要用于工业领域。该技术还可用于以下应用:

  • 驱动器
  • 电源
  • 电源故障检测
  • 新能源
  • 光伏阵列侧的人体接触保护
  • 残余电流测量
  • 泄漏电流测量 
  • 对称故障检测 
  • 直流电源中的泄漏电流检测
  • 单相或三相额定电流测量,单根导线最大 ±30 A(直流或交流)
  • 焊接
闭环磁通门 cas casr cksr

闭环磁通门 CAS-CASR-KSR 型

特点

  • 各种交流、直流、脉冲和复杂信号
  • 高精度
  • 全温度范围内精度高
  • 温度漂移极低(增益和偏移)
  • 电隔离
  • 快速响应时间

闭环磁通门 CAS-CASR-KSR 型的工作原理

其工作原理是电流互感器加上磁感应元件,磁感应元件用于感应铁芯中的磁通密度。磁场感应元件的输出作为控制环路的差分信号,驱动变压器副边的补偿线圈。

在低频情况下,控制环路将通过铁芯的磁通保持在接近零的水平。随着频率的升高,变压器模式表现出来,补偿线圈中的电流增大。因此,副边线圈中的电流来反应原边电流的情况。

在电压输出传感器中,补偿电流通过精密电阻器转换为电压,并提供给缓冲放大器的输出端。

磁通门 CAS、CASR、CKSR 型电流传感器的典型应用

闭环 Fluxgate CAS-CASR-CKSR 电流传感器主要为工业应用而设计:

Closed Loop Fluxgate ITC

闭环磁通门 ITC 型

特点

  • 出色的线性度
  • 根据 EN 50463 标准,优于 0.5R 级
  • 出色的长期稳定性
  • 低残余噪声
  • 极高的抗外部DC,AC场干扰能力
  • 高温稳定性

闭环磁通门 ITC 型的工作原理

ITC 电流传感器采用磁通门技术的高精度传感器。这种高灵敏度零磁通量检测器使用独立的磁芯线圈(D')来降低噪音。原边和副边安培匝数之间的差异会造成磁通门电流的不对称。

微控制器会检测到这一差异,并控制补偿原边电流(IP x NP)的副边电流。

因此,精度非常高,温漂非常低。

副边补偿线圈中的电流可以精确反应原边被电流。

磁通门 ITC 型电流传感器的典型应用

闭环 磁通门 ITC 型电流传感器专为铁路环境而设计。除此应用领域外,它们还可用于牵引和工业领域:

Closed Loop Fluxgate IT

闭环磁通门 I T 型

特点

  • 极高的全量程精度
  • 低残余噪声
  • 出色的线性度 < 1 ppm
  • 低交叉失真
  • 高温稳定性
  • 频率范围宽

闭环磁通门 I T 型工作原理

IT 电流传感器采用磁通门技术的高精度、大带宽传感器,未采用霍尔器件。原边电流IP产生的磁通量由副边电流补偿。

零磁通检测器是一个对称检测器,由方波发生器的电流输入给绕在磁芯上的副边线圈,通过检测副边线圈中的补偿电流来精确反应原边被测电流的大小。

磁通门 IT 型电流传感器的典型应用

闭环磁通门 IT 型传感器用于工业和医疗环境。其超高精度的电流测量可在这些领域提供极高的精度和出色的线性度。

典型应用包括

  • 高精度
  • 电源
  • 功率分析
  • 测试台
  • 实验室/计量设备
  • 磁共振成像(MRI)
  • 校准装置
  • 高精度和高稳定性逆变器
  • 能量测量
  • 医疗设备

磁通门 - 电压传感器技术

Closed loop Fluxgate C type

闭环磁通门 C 型

C 型闭环磁通门传感器是 LEM 电压产品中的重要代表。该技术是与新西兰奥克兰大学(Dan Otto 教授)合作开发的,在精度、温度漂移、带宽和响应时间等方面具有极高的性能。这种高性能得益于用于安匝补偿的专利设计。

特点

  • 精度高
  • 频率范围极宽
  • 降低温度漂移
  • 出色的线性度
  • 测量差分电流 (CD)
  • 安全隔离 (CV)
  • 减少原边负载(CV)

闭环磁通门 C 型的工作原理

这种技术使用两个环形磁芯和两个副边绕组,根据安匝数补偿磁通门的原理运行。

对于电压型,需要从待测电压线中获取小电流(几毫安),并通过原边线圈和副边电阻器驱动。

磁通门 C 型电流传感器的典型应用

闭环磁通门 C 型电流传感器适用于精度要求极高的工业应用,例如校准装置、诊断系统、测试平台和实验室设备。特别是温度比较稳定环境下使用,非常适合。

典型应用包括

  • 牵引
  • 铁路安全系统
  • 泄漏电流检测
  • 单相或三相逆变器
  • 驱动和制动斩波器
  • 驱动变流器
  • 辅助变流器
  • 电池充电器
  • 功率循环转换器
  • 光伏设备
  • 实验室测量仪器
  • 电力转换器和电机校准台
  • 能源分配仿真和变电站