开口式霍尔电流传感器在工厂改造配电系统中的应用
霍尔传感器及其应用
霍尔传感器及其应用一、霍尔传感器介绍（一）简介霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。
霍尔效应是磁电效应的一种，这一现象是霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应，而半导体的霍尔效应比金属强得多，利用这现象制成的各种霍尔元件，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数，能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
（二）霍尔传感器的工作原理磁场中有一个霍尔半导体片，恒定电流I从A到B通过该片。
在洛仑兹力的作用下，I的电子流在通过霍尔半导体时向一侧偏移，使该片在CD方向上产生电位差，这就是所谓的霍尔电压。
霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低，霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。
若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁感应强度。
下图所示的方法是用一个转动的叶轮作为控制磁通量的开关，当叶轮叶片处于磁铁和霍尔集成电路之间的气隙中时，磁场偏离集成片，霍尔电压消失。
这样，霍尔集成电路的输出电压的变化，就能表示出叶轮驱动轴的某一位置，利用这一工作原理，可将霍尔集成电路片用作用点火正时传感器。
霍尔效应传感器属于被动型传感器，它要有外加电源才能工作，这一特点使它能检测转速低的运转情况。
1-霍尔半导体元件2-永久磁铁3-挡隔磁力线的叶片（三）霍尔元件根据霍尔效应，人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。
它具有对磁场敏感、结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点，因此，在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。
（四）优势和特点1、霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如：直流、交流、脉冲波形等，甚至对瞬态峰值的测量。
霍尔电流传感器的应用场合
霍尔电流传感器的应用场合1、继电保护与测量：在工业应用中，来自高压三相输电线路电流互感器的二次电流，如分别经三只霍尔电流传感器，按比例转换成毫伏电压输出，然后再经运算放大器放大及有源滤波，得到符合要求的电压信号，可送微机进行测量或处理。
在这里使用霍尔电流传感器可以很方便地实现了无畸变、无延时的信号转换。
2、在直流自动控制调速系统中的应用：在直流自动控制调速系统中，用霍尔电流电压传感器可以直接代替电流互感器，不仅动态响应好，还可实现对转子电流的最佳控制以及对晶闸管进行过载保护。
3、在逆变器中的应用：在逆变器中，用霍尔电流传感器可进行接地故障检测、直接侧和交流侧的模拟量传感，以保证逆变器能安全工作。
4、在不间断电源中的应用：在该应用中，用霍尔电流传感器进行控制，保证逆变电源正常工作。
使用霍尔电流传感器1发出信号并进行反馈，以控制晶闸管的触发角，霍尔电流传感器2发出的信号控制逆变器，霍尔电流传感器3控制浮充电源。
由于其响应速度快，霍尔电流传感器特别适用于计算机中的不间断电源。
5、在电子点焊机中的应用：在电子点焊机电源中，霍尔电流传感器起测量和控制作用。
它的快速响应能再现电流、电压波形，将它们反馈到可控整流器A、B，可控制其输出。
用斩波器给直流迭加上一个交流，可更精确地控制电流。
用霍尔电流传感器进行电流检测，既可测量电流的真正瞬时值，又不致引入损耗。
6、用于电车斩波器的控制：电车中的调速是由调整电压实现的。
而将霍尔电流传感器和其它元件配合使用，并将传感器的所有信号输入控制系统，可确保电车正常工作。
7、在交流变频调速电机中的应用：用变频器来对交流电机实施调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。
用变频器控制电机实现调速，可节省10％以上的电能。
在变频器中，霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。
由于霍尔电流传感器的响应时间往往小于5μs，因此，出现过载短路时，在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护。
开口式电流互感器在低压配电系统中的应用
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方案（二），以半导体行业苏州某公司同样的低压馈线为例如图5所示，每条馈线均需测量三相电流,将电流信号供给测量仪表。每条馈线的A相、B相、C相的一次母排规格为120×10×3，铜排高度1.5米，每相额定电流为2500A,采用AKH-0.66/K-120×60 开口式电流互感器采集电流信号，施工时,无须拆卸每相铜排,一名安装人员只要将互感器打开安装螺丝\螺母,将互感器套在母排上,合上互感器,再用螺丝\螺母固定好,再将互感器固定在母排上,整个过程只需要30分钟就可以完成安装接线才能拆卸完毕,而工厂停电只需要40分种左右.所以上述方案每条馈线需要的成本对照如表(一) 如表(一)
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停电后将所有回路的开口电流互感器，全部同时安装在母排上，并将开口电流互感器上、下两部分通过螺丝、螺母安装好，如下图所示：
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最后将开口电流互感器通过我们标配的配件将互感器固定在母排上，同时将继电器输出信号线连接至断路器的辅助触点，完成整个安装过程。如下图所示：
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综上对比，改造项目中使用开口式电流互感器性价比最高，可以快速实现对低压配电智能化低成本的多回路监控，有利于低压智能配电进一步推广和应用。 4 结束语 开口式电流互感器已在上海、苏州、深圳、用，降低了投资成本，产生了较好的社会和经济效益。 资料来源于：《绿色节能网》
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分析低压开口式电流互感器的原理，结合工程实例分析开口电流互感器在低压配电系统中，主要是改造项目中的应用及施工细节，为用户快速实现智能配电提供解决方案，该方案具有成本低、投资少、安装接线简便等优点，有利于低压智能配电的进一步推广和应用。
摘 要
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1.引言 目前市场大部分低压电流互感器主要用于新项目的建设，由于经济的飞速发展，企业对节能减排意识逐渐提高，许多企业的电气特点是： ①电气柜运行的时间长； ②大部分电流互感器只是对系统电流进行测量，也没有相应的计量装置和保护装置，计量装置只有一块供电局的总表，而对所有车间电能无法进行考核，系统线路保护装置根本没有， ③谐波含量比较大场合，给APF有源滤波提供采集信号； ④大部分线路干线为大规格铜排，拆卸需要大量的人力和时间，安装常规电流互感器不方便； ⑤企业生产时间比较紧迫，不能长时间停电。 所以如需对上述电气进行改造，采用开口式电流互感器可以为用户节约大量的投资。
电流传感器在电气设备中的应用
电流传感器在电气设备中的应用电流传感器'>电流传感器在电气设备中的应用现代信息技术的三大支柱是传感器技术、通信技术和计算机技术，它们分别完成对被测量的信息提取、信息传输及信息处理。
目前，信息传输与处理技术已取得突破性进展，然而传感器的发展相对滞后。
在今天信息时代，各种控制系统自动化程度、复杂性以及环境适应性（如高温、高速、野外、地下、高空等）要求越来越高，需要获取的信息量越来越多，它不仅对传感器测量精度、响应速度、可靠性提出了很高的要求，而且要求信号能远距离传输。
显然，传统的传感器已很难满足要求，发展集成化、微型化、智能化、网络化传感器将成为传感器技术的主流和方向。
在电工学里，电流是一个基本的电磁量。
测量电流不但本身十分重要，而且其他电磁量和非电量也可以通过变换器转换成电流，然后进行测量。
所以电流测量是电磁测量的基础。
电流测量的重要性电流测量在工厂电气技术管理中有非常重要的地位。
我们知道，工厂里面的动力系统大多靠电力提供，最经典的就是电动机，电动机提供功率的大小与电流的大小存在某种对应关系，确定了电流的大小，也就知道了提供的功率，并可以通过功率的数据去判断：电动机的运转是否正常、负荷侧设备（风机、水泵'>水泵、搅拌器'>搅拌器等）运转状态是否正常、电机与负荷的配合是否合理。
工厂里，我们根据电流测量值可以对设备的运行状态评价、判断，采取适当的技术措施，以保证动力系统高效率、低成本、长周期的运转。
● 高效率：就是指在满足负荷要求前提下，控制成功率提供余量，杜绝电动机与负载设备的不匹配现象，减少浪费。
● 低成本：就是在分析比较各台电动机的运行电流后，选择能提供相同生产能力的、运行电流较低的电动机承担主要生产任务，减少运行成本。
● 长周期：就是根据电流的变化趋势，判断设备状况的发展趋势，将可能损坏的设备提前、按计划地停下来修理，维持生产系统的长期稳定运行。
一个完整的测量系统，包括：信息的提取、转换存储与传输、显示和记录、处理和分析等各环节。
电流传感器在化工电气设备中的应用研究
电流传感器在化工电气设备中的应用研究摘要：电流属于电气设备非常关键的数据，因为其大小不仅能够体现电气设备的负荷情况，而且相关人员还可依据电流的大小来调整设备的负荷，所以必须高度重视。
因此，本文便对电流传感器在化工电气设备中的应用进行了深入的研究。
关键词：电流传感器；霍尔电流传感器；罗柯夫斯基电流传感器一、传统电流传感器传统电流传感器也就是电流互感器，用来测量电流的互感器，其主要由一个封闭式的铁心与缠绕在铁心上的初级线圈和次级线圈构成，测量原理及结构与小型的变压器一样，电流互感器的测量线路图详见图1。
图1电流互感器的测量原理图（一）传统电流传感器的隔离作用在供用电的线路当中，电流和电压的大小相差甚远，从几安至几万安的均有，所以为了方便二次仪表测量就必须将其转化成统一的电流，而且通常线路的电压会很大，要是直接测量会极其危险，此时就必须使用电流互感器来进行隔离，以确保测量的安全性和可靠性。
一般大多数的显示仪表均是指针式的电流表，由此电流互感器的二次电流基本都是安培，而计算机所采集的信号大多是毫安。
同时微型电流互感器的二次电流也是毫安，这主要是为了把互感器和采样之间相互连接。
微型电流互感器也被叫做仪用电流互感器。
（二）传统电流传感器的用途传统电流传感器按用途可分成两类，一类是测量用的电流互感器，另一类是保护用的电流互感器。
1.测量用电流互感器。
其主要是和测量仪表相互配合使用，在正常状态下用来测量电流、电压和功率的。
在测量过程中会要求微型电流互感器的绝缘性良好、测量准确、能够保护测量仪表。
2.保护用电流互感器。
其主要是与继电装置相互配合使用，当线路出现短路过载现象时，就会向继电装置发出信号，进而切断异常电路，以保护好系统。
但保护用微型电流互感器的工作条件和测量用互感器截然不同，保护用互感器是在比正常电流大几倍几十倍时，才进行工作。
而在测量过程中会要求保护用互感器的绝缘性良好、具有充足准确的限值系数以及热稳定性与动稳定性。
霍尔电流传感器在电源系统中的应用
地面车用电源系统（以下简称电源系统）的输出电流的检测与控制直接决定了电源系统工阼的稳定性和可靠性，影响车辆用电负载的运行状况及车辆的可操作性，由于车用电源的负载常常因为车辆的复杂使用条件而导致负载变化较大，电源的输出功率也随之发生较大变化，若对电源的输出电流不加限制，会造成电源因过载而发热，影响其功率输出，严重情况下还会导致电源的永久失效。
闭环霍尔电流传感器（以下简称传感器）在车用电源系统中的应用实现了对电源系统输出电流的隔离测量，即传感器的输出信号与电源的输出电流完全电气隔离，有利于传感器输出信号的调整处理，通过调整和设定该信号，反馈控制电源系统的输出电流，当电源的输出电流接近电源系统的设计功率输出时，电源输出电流将不再增加，从而限制了电源系统的输出功率，保护电源系统不会围用电负载的变化而损坏。
1、闭环霍尔传感器的工作原理1879年，美国物理学家Edwim Herbert Hall发现了霍尔效应，此后，霍尔技术越来越多地应用于工业控制的各个领域。
进入20世纪80年代，随着电子元器件制造技术的发展，霍尔电流／电压传感器的技术含量有很大提高，特别是闭环霍尔电流／电压传感器的研制成功，大大扩展了该产品的应用领域。
霍尔效应与霍尔器件霍尔效应是霍尔器件的理论基础。
如图1所示，当把通有小电流的半导体薄片置于磁场中时，半导体内的载流子受洛伦磁力的作用而发生偏转，使半导体两侧产生电势差，该电势差即为霍尔电压VH，这个VH 电压与磁感应强度B及控制电流IC成正比，经过理论推算得到如下等式关系：VH=（RH/d）×B×IC （1），在此公式中：VH为霍尔电压；B为磁感应强度；IC为控制电流；RH为霍尔系数：d为半导体片的厚度，在式(1)中：若保持控制电流IC不变，在一定条件下，可通过测量霍尔电压推算出磁感应强度的大小，由此建立了磁场与电压信号的联系，根据这一关系式，人们研制了用于测量磁场的半导体器件即霍尔器件。
霍尔传感器在电力电子系统中的应用
霍尔传感器在电力电子系统中的应用随着技术的不断发展和进步，电力电子系统在各个行业中的应用越来越广泛。
在这些电力电子系统中，霍尔传感器又被广泛应用。
1. 霍尔传感器在电机控制系统中的应用霍尔传感器在电机控制系统中的应用比较广泛，例如直流电机控制、步进电机控制等。
通过霍尔传感器可以实时了解电机的运行状态，控制电机的转速和转向等参数，从而提高电机的效率和稳定性。
2. 霍尔传感器在电池管理系统中的应用电池管理系统对电池充电、放电和状态监测等方面有着严格的要求。
霍尔传感器可以在充电和放电时实时检测出电流和电压等参数，并将数据反馈到电池管理系统中进行分析和处理，从而保证电池的安全和稳定。
3. 霍尔传感器在磁浮列车系统中的应用随着科学技术的不断发展，磁浮列车系统已经成为现代交通的重要组成部分。
在磁浮列车系统中，霍尔传感器起到了重要的作用。
通过霍尔传感器可以实时检测车辆的位置和速度等参数，并将这些数据反馈到车辆控制系统中，从而实现对车辆的精准控制和高效运行。
4. 霍尔传感器在智能家居系统中的应用随着智能家居系统的发展，人们对家居生活的需求也越来越高。
在智能家居系统中，霍尔传感器可以起到很大的作用。
例如通过安装霍尔传感器可以实现智能门禁系统，实现无人值守的安全管理；通过安装霍尔传感器可以实现智能灯控系统，实现远程控制和自动化控制等。
5. 霍尔传感器在环境监测系统中的应用环境监测系统需要对环境中温度、湿度、气压、氧气等参数进行实时监测和分析。
在环境监测系统中，霍尔传感器可以通过检测环境中的气体浓度等参数，来反馈环境中的状态，从而实现对环境的精准控制和管理。
综上所述，霍尔传感器在电力电子系统中的应用是非常广泛的，无论是在电机控制系统、电池管理系统、磁浮列车系统、智能家居系统还是环境监测系统中，霍尔传感器都发挥着重要的作用。
随着科学技术的不断发展和进步，相信在未来，霍尔传感器的应用领域还会更加广泛和深入。
霍尔电流传感器工作原理
霍尔电流传感器工作原理一、引言霍尔电流传感器是一种用于测量电流的传感器，它利用霍尔效应来实现电流的非接触式测量。
本文将详细介绍霍尔电流传感器的工作原理及其应用。
二、工作原理1. 霍尔效应霍尔效应是指当电流通过导体时，垂直于电流方向的磁场会在导体中产生电势差。
这种现象是由于导体中的自由电子受到磁场的作用而发生的。
霍尔效应的数学表达式为VH = B × I × RH，其中VH为霍尔电势差，B为磁感应强度，I为电流，RH为霍尔系数。
2. 霍尔电流传感器的结构霍尔电流传感器通常由霍尔元件、磁场引导结构和信号处理电路组成。
霍尔元件是传感器的核心部件，它通常采用霍尔效应的半导体材料制成。
磁场引导结构用于将待测电流通过传感器时产生的磁场引导到霍尔元件上。
信号处理电路负责对霍尔元件输出的电压信号进行放大和滤波处理。
3. 工作原理当电流通过霍尔电流传感器时，产生的磁场会被磁场引导结构引导到霍尔元件上。
根据霍尔效应，霍尔元件中会产生一个与电流成正比的霍尔电势差。
这个霍尔电势差通过信号处理电路进行放大和滤波处理后，可以得到与待测电流相关的输出信号。
三、应用领域1. 电力系统在电力系统中，霍尔电流传感器广泛应用于电流测量和保护装置中。
由于霍尔电流传感器具有非接触式测量、高精度和快速响应等优点，可以准确地测量电流并实现对电路的保护。
2. 电动汽车在电动汽车中，霍尔电流传感器被用于电池管理系统中的电流监测。
通过监测电池组的电流，可以实时了解电池的工作状态，从而进行合理的电池管理，提高电池的寿命和性能。
3. 工业自动化在工业自动化领域，霍尔电流传感器可用于电机控制和电流监测。
通过测量电机的电流，可以实现对电机的精确控制，并及时发现异常情况，保证生产过程的安全和稳定。
4. 新能源发电在新能源发电领域，如风力发电和太阳能发电，霍尔电流传感器被用于测量发电设备的输出电流。
通过实时监测电流，可以控制发电设备的工作状态，提高发电效率和可靠性。
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凌晓杰1 朱大卫2 杨广亮2 黄文涛2
（1.浙江省超维建筑设计院浙江 310011）
（2.江苏安科瑞电器制造有限公司，江苏江阴 214405) 摘要：根据开口式霍尔电流传感器的原理、特点及安装方式，分析开口
式霍尔电流传感器在工厂改造配电系统中的应用，为用户快速实现直流系统智能配电提供解决方案。
关键词：开口式霍尔电流传感器直流配电系统工作原理应用
直流配电系统通常由高频开关电源和蓄电池组成，用于为直流系统中控制、信号、继电保护及自动装置、事故照明等提供可靠的直流电源，对其供电的可靠性、稳定性以及供电质量均有着很高的要求。
因此对某些服役已久的直流系统进行相应的改造已显的十分迫切。
且直流系统改造时不停电，工程改造难度大，采用传统的闭口霍尔电流传感器或者分流器也无法解决，因此可采用开口式霍尔电流传感器来解决改造项目中直流电流计量问题，确保改造过程不停电且安全运行。
1 产品设计
1.1结构特点
开口式霍尔电流传感器在传统闭口霍尔电流传感器的基础上进行研发，结构新颖，外形美观大方。
整体由外壳、铁芯、采样线路板及固定树脂构成，外壳材料采用PC/ABS合金，具有耐高温、机械强度高、环保等特点；铁芯采用有取向冷扎硅钢片，具有性能稳定，机械强度高，导磁率极高等特点；线路板与外部接线采用绿色可插拔端子，现场接线方便、可靠。
具体结构如图1、2所示，产品外观采用分体式设计，图1为圆孔型，适合直流系统一次母线为电缆时穿过。
，图2方孔型，适合直流系统一次母线为铜排时穿过。
根据一次电流的测量范围及穿孔要求，可选择相应的产品类型。
该系列传感器电流可测范围为20A～20000A，主要外形有ф20、ф40、ф60、64*16、85*27、104*36、140*50等多种规格，如图3所示，适用于不同应用场合。
图1 圆孔型图2 方孔型
图3 AHKC系列开口式霍尔电流传感器
1.2工作原理
霍尔电流传感器是根据霍尔效应、电磁感应原理设计的一种传感器，按原理可分为开环方式（直放式）和闭环方式（磁平衡式），开口式霍尔电流传感器是在传统开环（直放式）霍尔传感器的基础上加以改进，与传统单铁芯、单霍尔芯片设计不同，为了设计为分体式结构，将铁芯分离对称安装，硬件采用双霍尔芯片并联互补差分输入，开口式霍尔传感器原理如图4所示：
图4 开口式霍尔传感器原理图
当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中两个霍尔元件进行测量，两霍尔元件标志面相反置于同一磁场内，输出信号具有互补特征，输出电压通过差分放大输出，不但可抑制共模干扰，也可温度漂移的影响，输出电压VS精确的反映原边电流IP。
一般的额定输出标定为DC±5V或DC4-20mA。
1．3产品安装
以方孔产品为例，如图5所示，将开口式霍尔电流传感器的安装螺丝打开，卸下传感器的下体；将开口式霍尔电流传感器的上体装入配电系统的一次母排，合上传感器的下体，将传感器的安装螺丝、垫片穿过上、下体的固定孔，将传感器的上、下体固定在一起。
如果现场可断电安装，可在铜牌上按传感器间距要求开两个对应螺纹孔，将传感器通过后侧的安装固定孔固定在母排螺纹孔上，完成传感器的安装；如现场要求不断电安装，可采用配套橡胶垫块内嵌于外壳与铜牌之间固定，确保传感器能在振动条件下也能可靠工作，整个安装过程比较快速简单。
图5 产品安装示意图
1.4 开口式霍尔传感器优点
与传统直流电流计量一般采用分流器或互感器测量方法相比，开口式霍尔传感器具有以下优点：
1）原边副边绝缘强度高，最高可达AC 12kV隔离；
2）无插入损耗；
3）动态性能好：响应时间小于20us跟踪速度di/dt高于20A/us
4) 安装时无需拆卸原边电缆或母排，特别适用于不允许断电设备的改造施工。
2.产品应用
开口式霍尔电流传感器主要应用在工厂改造直流配电系统中，如电厂直流电源系统改造、变电站直流系统改造改造、通讯机房改造、铁路机车改造等项目，它能将系统中原边直流电流信号转换成为标准DC± 5V或4-20mA 输出，起到了监测和电气隔离作用，可与多回路监控仪表或其他电气测量仪表配套使用。
2.1 应用实例
从改造成本方面考虑，如采用传统闭口式霍尔传感器或者分流器方案，施工时，必须先拆卸直流母线铜排，然后安装传感器，再将母排重新安装恢复，而整个安装过程中，至少需要两名施工人员配合施工，同时整改线路必须停电配合；而如采用开口式霍尔传感器方案，以1.3所述安装方法安装，仅需一名施工人员，同时施工时间预计仅需传统方案1/20时间，工厂停电时间也可相应减少，甚至某些场合不断电施工安装，采用此方案明显省时、省力、省人工。
从传感器采购价格对比，同种开孔外形开口式霍尔传感器较闭口式霍尔传感器采购价略高了10%左右。
而从测试性能方面分析，只要安装时传感器的上、下体螺丝固定紧密，开口式传感器与闭口式传感器的精度、稳定性基本一致。
综上对比，无论是从现场施工的优越性还是从项目改造整体采购、施工等方面的综合成本考虑，使用开口式霍尔电流传感器无疑是性价比最高的方案。
以国内知名企业的直流配电柜为例，如图6所示，将多路直流输入汇总成一路电流输出，每路都有保护装置（断路器、熔断器等）、防反二极管等，而且可以对每路电压电流进行监控，并可以实现远程通信。
采用8个开口式霍尔电流传感器来监控直流电流，布局美观，相对于传统霍尔安装更方便，与分流器方案相比更安全、实用。
图7所示为某铁路机车改造项目，改造要求在不能拆卸母排前提下来监测该母排直流电流，此种情况只能采用开口式霍尔电流传感器方案。
图6 某企业直流配电柜图7某铁路机车改造项目
3结论
综上所述，开口式霍尔电流传感器因其结构简单、安装方便、运行可靠等良好的适用性，在直流系统应用中发挥很大的作用，特别是改造项目中得到了大量应用。
文章来源：《自动化博览》2015年12期。
【1】电量传感器选型手册【Z】.江苏安科瑞电器制造有限公司.2015.07.。