开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题
开环式霍尔电流传感器工作原理
开环式霍尔电流传感器工作原理开环式霍尔电流传感器，也称为无源霍尔电流传感器，是用来监测电流变化的类型之一。
它能够将监测到的信号转换成可直接使用的电流或电压，使电系统有效而便捷地执行。
本文将介绍开环式霍尔传感器的工作原理：一、结构特征1. 一般情况下，开环式霍尔电流传感器由两个部分组成：传感器本体和变压器。
传感器本体是一个配置有磁铁的电磁元件，它的作用是将测量的电流转变为相对应的模拟信号；变压器的作用则是将模拟信号转换为可读的电信号，并调节输出比例。
2. 开环式霍尔电流传感器通常具有低压开关和全桥结构两种输出模式，根据分别应用于不同的系统类型选择。
二、原理1. 当电流流经开环式霍尔传感器时，磁感应元件会产生一个电磁域，其强度取决于电流大小。
由传感器内部的感应电压芯片捕获这个电磁域并转化为相应的电信号输出。
2. 霍尔电流传感器的变压器设备将模拟信号转换为可读的电信号，同时也将强度调节为合适的输出比例，可以直接读取并使用；此外，变压器也降低了环境噪声对信号精度的影响，减少了输出信号的抖动。
三、优势1. 开环式霍尔电流传感器最大的优势在于其可靠的测量精度。
它的高灵敏度与高精度可以有效捕获例如瞬时电流或小范围的场强变化，使信号变得更加准确可靠。
2. 开环式霍尔电流传感器还有优良的耐磁性，能够吸收外部干扰，使系统可取得高标准和稳定的测量结果。
3. 简便的安装：开环式霍尔电流传感器与标准位置（全桥和低压开关）安装后，即可获得较高的稳定性和高标准的测量数据，无需复杂的安装操作。
四、应用开环式霍尔电流传感器的应用非常广泛，主要用于工业检测和自动化控制中。
由于成本低，准确性高，非常适合诸如电机控制，照明控制，环境测量和电网监测等应用中使用。
总之，开环式霍尔电流传感器具有低成本，高精度，良好的耐磁性，简单安装，可靠性好等优点，被广泛应用于电机控制，照明控制，环境测量和电网监测领域。
此外，也帮助系统生效，有效储存和传输电网信号，使系统更加安全和有效地运行。
闭环霍尔电流传感器 结构
任务名称：闭环霍尔电流传感器结构引言闭环霍尔电流传感器是一种用于测量电流的传感器，通过霍尔效应原理将电流转化为电压信号。
它具有结构简单、精度高、响应快等优点，在电力系统、工业控制等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍闭环霍尔电流传感器的结构及其工作原理。
闭环霍尔电流传感器的结构闭环霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件、信号处理电路等组成。
下面将对每个组成部分进行详细介绍。
磁芯闭环霍尔电流传感器的磁芯通常采用硅钢片或铁氧体材料制成，它的主要作用是引导电流通过，并产生磁场。
磁芯的形状和尺寸对传感器的性能有重要影响，一般采用环形或矩形结构。
霍尔元件霍尔元件是闭环霍尔电流传感器的核心部件，它利用霍尔效应将电流转化为电压信号。
霍尔元件通常由半导体材料制成，具有正、负极性和输出信号极性选项。
它的输出电压与电流成正比，可以通过调整霍尔元件的灵敏度来适应不同的测量范围。
信号处理电路闭环霍尔电流传感器的信号处理电路用于放大和滤波霍尔元件输出的电压信号，以提高测量精度和稳定性。
信号处理电路通常包括放大器、滤波器、采样电路等，可以根据具体需求进行设计和调整。
闭环霍尔电流传感器的工作原理闭环霍尔电流传感器的工作原理基于霍尔效应，即当电流通过载流导体时，垂直于电流方向的磁场会在载流导体附近产生一个电势差。
下面将详细介绍闭环霍尔电流传感器的工作原理。
1.电流引导–当电流通过闭环霍尔电流传感器的导体时，磁场会在导体附近产生。
–导体的形状和材料对电流引导和磁场分布有重要影响，一般采用环形或矩形导体。
2.霍尔效应–在闭环霍尔电流传感器的磁芯上安装霍尔元件，当磁场通过霍尔元件时，会在其两端产生一个电势差。
–霍尔元件的输出电压与电流成正比，可以通过调整霍尔元件的灵敏度来适应不同的测量范围。
3.信号处理–闭环霍尔电流传感器的信号处理电路用于放大和滤波霍尔元件输出的电压信号。
–信号处理电路的设计和调整可以提高测量精度和稳定性。
闭环霍尔电流传感器的应用闭环霍尔电流传感器具有结构简单、精度高、响应快等优点，广泛应用于电力系统、工业控制等领域。
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，利用霍尔效应原理来实现电流的测量。
它具有非接触式测量、高精度和高可靠性等优点，在电力系统、工业自动化和电子设备等领域得到广泛应用。
本文将详细介绍霍尔电流传感器的工作原理。
二、霍尔效应原理霍尔效应是指当电流通过一块导电材料时，如果在该材料中存在磁场，那末在垂直于电流方向和磁场方向的平面上，会产生一种电势差，即霍尔电压。
这种现象被称为霍尔效应。
三、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。
1. 霍尔元件：霍尔元件是实现电流测量的关键部件，它通常采用半导体材料制成。
在霍尔元件中，通过电流的作用产生霍尔电压，从而实现对电流的测量。
2. 磁场引导结构：为了使霍尔元件能够感应到电流所产生的磁场，磁场引导结构用于将电流导引至霍尔元件附近，以增强磁场的作用。
3. 信号处理电路：霍尔电流传感器的信号处理电路用于将霍尔元件输出的微弱电压信号进行放大、滤波和线性化处理，以提高测量的精度和稳定性。
四、霍尔电流传感器的工作原理霍尔电流传感器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 磁场感应：当电流通过被测导线时，会产生一个与电流成正比的磁场。
2. 磁场引导：磁场引导结构将被测导线产生的磁场引导至霍尔元件的感应区域。
3. 霍尔电压产生：在霍尔元件的感应区域内，由于磁场的作用，会产生一个垂直于电流方向和磁场方向的霍尔电压。
4. 信号处理：霍尔电压被传感器的信号处理电路进行放大、滤波和线性化处理，得到与被测电流成正比的电压输出。
五、霍尔电流传感器的特点霍尔电流传感器具有以下几个特点：1. 非接触式测量：由于采用霍尔效应原理，霍尔电流传感器无需与被测电流直接接触，避免了传统电流互感器中存在的路线接入问题和安全隐患。
2. 高精度：霍尔电流传感器采用半导体材料制成的霍尔元件，具有高灵敏度和低温漂移特性，能够实现高精度的电流测量。
霍尔电流传感器会发生磁饱和现象吗？
一二三四霍尔电流传感器会发生磁饱和现象吗？霍尔电流传感器原理 霍尔电流传感器基本原理是霍尔效应，霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转，详细请参见基础知识“霍尔效应”。
磁饱和现象 铁磁性物质或亚铁磁性物质处于磁极化强度或磁化强度不随磁场强度的增加而显著增大的状态。
由于导磁材料物理结构的限制, 通过的磁通量是不可以无限增大. 不管你再增加电流或匝数, 通过一定体积导磁材料的磁通量大到一定数量将不再增加, 就达到磁饱和了。
假定有一个电磁铁，通上一个单位电流的时候，产生的磁场强度是1，电流增加到2的时候，磁场强度会增加到2.3，电流是5的时候，磁场强度是7，但是电流到6的时候，磁场强度还是7，如果进一步增加电流，磁场强度都是7不再增加了，这时就说，电磁铁产生了磁饱和。
磁饱和危害 霍尔电流传感器内部包括高导磁材料，高导磁材料磁饱和后，传感器的二次电流（或电压）不再按照一次电流的变化而变化，导致二次电路的测量错误或保护失效，长时间磁饱和还可能导致导磁材料过度发热而损坏霍尔电流传感器一次回路与二次回路之间的绝缘，危及设备及人身安全。
霍尔电流传感器磁饱和原理 霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种。
1、开环式霍尔电流传感器也称直放式霍尔电流传感器，其工作原理如下图： 当原边电流I P流过一根长导线时，在环形磁芯中产生一磁场，这一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，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压V S 按比例的反映原边电流I P。
由于环形磁芯中的磁感应强度与原边电流成正比，只要原边电流足够大，环形磁芯必然饱和。
2、闭环式霍尔电流传感器也称零磁通互感器或磁平衡电流传感器，其工作原理如下图： 原边电流Ip在磁芯中所产生的磁场通过副边补偿线圈电流所产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态，其补偿电流Is按比例的反映原边电流Ip。
闭环霍尔电流传感器的工作原理
闭环霍尔电流传感器的工作原理闭环霍尔电流传感器是一种能够测量电流信号的传感器。
它基于霍尔效应原理工作，能够输出电流信号。
闭环霍尔电流传感器通过闭合回路的方式进行测量，具有高精度、线性度好、稳定性强等特点。
下面将深入探讨闭环霍尔电流传感器的工作原理。
1. 霍尔效应原理在介绍闭环霍尔电流传感器的工作原理之前，我们需要了解一下霍尔效应原理。
霍尔效应是指，当电流流经某种具有铁磁性材料的导体时，因为磁场的影响，会使该导体横向产生电势差，这种现象被称作霍尔效应。
霍尔效应的大小与材料的性质、电流大小、磁场大小等因素有关。
2. 闭环霍尔电流传感器的工作原理闭环霍尔电流传感器是基于霍尔效应的测量原理进行设计的。
它将霍尔元件与对称结构的环形芯片相结合，以达到对电流信号的精确测量。
（1）闭环霍尔电流传感器的构造闭环霍尔电流传感器一般由霍尔元件、磁路线圈、环形磁芯、可调电阻等组成。
其中，环形磁芯是闭环霍尔电流传感器的核心部件。
在单位时间内，通过环形磁芯内的电流量是恒定的，而这个电流量与通过导体的电流量成正比。
当电流通过导体时，产生一个磁场，磁场的大小与电流强度成正比，磁场的方向与电流方向垂直。
磁场会通过环形磁芯，并产生一个磁场线圈。
磁场线圈产生的磁场将影响环形磁芯内霍尔元件的电场，从而产生霍尔电压。
（2）闭环霍尔电流传感器的电路闭环霍尔电流传感器的电路是一个闭合的回路，它将闭环霍尔电流传感器的输入端和输出端连接在一起。
具体来说，输入端通过磁路线圈将电流引入环形磁芯，产生一个磁场，磁场经过霍尔元件后，产生一个霍尔电压。
这个霍尔电压通过可调电阻进行调整，再返回到电路的输出端，形成一个闭合回路。
通过这个回路，闭环霍尔电流传感器就能够测量电流信号。
3. 总结闭环霍尔电流传感器是一种基于霍尔效应原理的电流传感器。
它通过闭合回路的方式进行测量，能够输出高精度、线性度好、稳定性强等特点的电流信号。
在电力、电子、机械、控制等领域有着广泛的应用前景。
3电流霍尔传感器原理闭环型原理
电流霍尔传感器原理闭环型原理工作原理主要是霍尔效应原理.一、以零磁通闭环产品原理为例:1、当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数；NP/NS—匝数比，一般取NP=1。
电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS一般很小，只有10~400mA。
如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。
2、传感器供电电压VAVA指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。
超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。
要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要相供高于双电的传感器。
3、测量范围Ipmax测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值IPN。
二、电流传感器主要特性参数1、标准额定值IPN和额定输出电流ISNIPN指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN的大小与传感器产品的型号有关。
ISN指电流传感器额定输出电流，一般为10~400mA，当然根据某些型号具体可能会有所不同。
2、偏移电流ISO偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。
电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。
产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。
3、线性度线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度。
霍尔电流传感器的工作原理和测量方法及应用的详细资料介绍
霍尔电流传感器的工作原理和测量方法及应用的详细
资料介绍
霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件，霍尔电流传感器包括开环式和闭环式两种，高精度的霍尔电流传感器大多属于闭环式，闭环式霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理。
今天小编就来为大家介绍一下霍尔电流传感器工作原理、测量方法及应用。
霍尔电流传感器工作原理
1、直放式(开环)电流传感器(CS系列)
图1.开环霍尔电流传感器原理
当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生一磁场，这一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，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。
一般的额定输出标定为4V。
2、磁平衡式(闭环)电流传感器(CSM系列)。
开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题
开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题一回顾电磁式电流互感器磁饱和问题01磁饱和现象所谓磁饱和是指电磁式电流互感器铁芯中磁通密度大于饱和磁通密度之后，磁通密度不再因一次电流的增大而增大。
02磁饱和原因磁通密度为交变量，未发生磁饱和时，互感器铁芯磁通密度的最大值为：Bm=E2/(4.44*f*N2*S)式中，E2为二次绕组感应电动势，约等于二次绕组输出电压。
N2为二次绕组匝数，S为铁芯截面积。
对于固定的互感器而言，N2和S为恒定值。
因此，铁芯磁通密度正比于二次电压，反比于电流频率。
二次电压由二次电流和二次负荷共同决定，可见，电磁式电流互感器的磁饱和原因有：A、一次电流过大，大于额定电流；B、二次负荷过大，大于额定二次负荷；C、电流频率过低，低于额定频率。
03磁饱和危害电流互感器发生磁饱和后，一次电流与二次电流不再成比例关系，电流互感器不能起到正常的测量或保护作用，引发安全事故。
此外，磁饱和状态下，铁芯中磁通密度大，涡流损耗和磁滞损耗大，铁芯发热，容易损坏互感器。
二霍尔电流传感器工作原理霍尔电流传感器依据工作原理不同分为开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。
01开环式霍尔电流传感器工作原理开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。
如图1，开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。
磁芯有一开口气隙，霍尔元件放置于气隙处。
当原边导体流过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出，该类传感器通常输出±10V左右的电压信号，也有部分传感器为了增强电磁兼容性，变换为电流信号输出。
图1 开环式霍尔电流传感器工作原理02闭环式霍尔电流传感器工作原理闭环式霍尔电流传感器也称：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。
如图2，闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。
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开环式及闭环式霍尔电流传感器工作原理及磁饱和问题
一回顾电磁式电流互感器磁饱和问题
01磁饱和现象
所谓磁饱和是指电磁式电流互感器铁芯中磁通密度大于饱和磁通密度之后，磁通密度不再因一次电流的增大而增大。
02磁饱和原因
磁通密度为交变量，未发生磁饱和时，互感器铁芯磁通密度的最大值为：Bm=E2/(4.44*f*N2*S)
式中，E2为二次绕组感应电动势，约等于二次绕组输出电压。
N2为二次绕组匝数，S为铁芯截面积。
对于固定的互感器而言，N2和S为恒定值。
因此，铁芯磁通密度正比于二次电压，反比于电流频率。
二次电压由二次电流和二次负荷共同决定，可见，电磁式电流互感器的磁饱和原因有：
A、一次电流过大，大于额定电流；
B、二次负荷过大，大于额定二次负荷；
C、电流频率过低，低于额定频率。
03磁饱和危害
电流互感器发生磁饱和后，一次电流与二次电流不再成比例关系，电流互感器不能起到正常的测量或保护作用，引发安全事故。
此外，磁饱和状态下，铁芯中磁通密度大，涡流损耗和磁滞损耗大，铁芯发热，容易损坏互感器。
二霍尔电流传感器工作原理
霍尔电流传感器依据工作原理不同分为开环式霍尔电流传感器和闭环式霍尔电流传感器。
01开环式霍尔电流传感器工作原理
开环式霍尔电流传感器也称：直放式霍尔电流传感器、直检式霍尔电流传感器等。
如图1，开环式霍尔电流传感器由磁芯、霍尔元件和放大电路构成。
磁芯有一开口气隙，霍尔元件放置于气隙处。
当原边导体流过电流时，在导体周围产生磁场强度与电流大小成正比的磁场，磁芯将磁力线集聚至气隙处，霍尔元件输出与气隙处磁感应强度成正比的电压信号，放大电路将该信号放大输出，该类传感器通常输出±10V左右的电压信号，也有部分传感器为了增强电磁兼容性，变换为电流信号输出。
图1 开环式霍尔电流传感器工作原理
02闭环式霍尔电流传感器工作原理
闭环式霍尔电流传感器也称：零磁通霍尔电流传感器、零磁通互感器、磁平衡式霍尔电流传感器等。
如图2，闭环式霍尔电流传感器包括磁芯、霍尔元件、放大电路和副边补偿绕组。
与开环式霍尔电流传感器相比，闭环式霍尔电流传感器多了副边补偿绕组，正是副边补偿绕组，将闭环式霍尔电流传感器的性能进行了大幅度提升。
图2 闭环式霍尔电流传感器工作原理
放大电路接受霍尔元件的输出，并放大为电流信号提供给副边补偿绕组，副边补偿绕组在磁芯中产生的磁场与原边电流产生的磁场在气隙处大小相等，方向相反，抵消原边磁场，形成负反馈闭环控制电路。
若副边电流过小，产生的磁场不足以抵消原边磁场，放大电路将输出更大的电流，反之，放大电路输出电流减小，从而维持气隙处的磁场平衡。
若原边电流发生变化，气隙处磁场平衡被破坏，负反馈闭环控制电路同样会调节副边输出电路，使磁场重新达到平衡。
宏观上讲，气隙处将一直维持零磁通，保持磁平衡，这也是零磁通互感器及磁平衡霍尔电流传感器名称的来由。
03闭环式霍尔电流传感器与开环式霍尔电流传感器的主要区别
A、带宽区别
微观上讲，气隙处的磁场始终在零磁通附近变化，由于磁场变化幅度非常小，变化幅度小，变化的频率可以更快，因此，闭环式霍尔电流传感器具有很快的响应时间。
实际的闭环式霍尔电流传感器带宽通常可以达到100kHz以上。
而开环式霍尔电流传感器的带宽通常较窄，如：LEM公司的HAZ系列开环式霍尔电流传感器的带宽在3kHz左右。
B、精度区别
开环式霍尔电流传感器副边输出与磁芯气隙处的磁感应强度成正比，而磁芯由高导磁材料制作而成，非线性和磁滞效应是所有高导磁材料的固有特点，因此，开环式霍尔电流传感器一般线性度角差，且原边信号在上升和下降过程中副边输出会有不同。
开环式霍尔电流传感器精度通常劣于1%。
闭环式霍尔电流传感器由于工作在零磁通状态，磁芯的非线性及磁滞效应不对输出造成影响，可以获得较好的线性度和较高的精度。
闭环式霍尔电流传感器精度一般可达0.2%。
三霍尔电流传感器磁饱和问题
许多霍尔电流传感器厂家在其技术资料的也将无磁饱和作为霍尔电流传感器的一个重要优点来宣传。
霍尔电流传感器不会发生磁饱和几乎是霍尔电流传感器自应用以来就得到广泛认可的主要优点之一。
事实是不是这样呢？
事实上，霍尔电流传感器包含了非线性的磁芯，就已经决定了霍尔电流传感器在特定情况下，一定会发生磁饱和！
01开环式霍尔电流传感器的磁饱和问题
下图为所有高导磁材料的典型磁化曲线示意图：
图3 霍尔电流传感器磁芯的磁化曲线
图中，Oa’为起始非线性段，a’a’’为线性段，a’’a为饱和区。
众所周期，为了获取较好的测量结果，不论是开环式霍尔电流传感器，还是电磁式互感器，都会将磁化曲线中线性度较好的一段作为工作区间。
换言之，只要磁感应强度超出线性区域一定的范围，就会发生磁饱和。
与电磁式互感器相比，开环式霍尔电流传感器磁饱和原因只有一个，就是原边电流足够大。
不会因为电流频率低导致磁饱和，是霍尔电流传感器的优点，也是开环式霍尔电流传感器磁饱和特点。
相比之下，电磁式互感器也有一个优点，就是二次负荷足够小时，即便过载较多，也不会发生磁饱和。
02闭环式霍尔电流传感器的磁饱和问题
开环式霍尔电流传感器磁饱和问题较简单，相比之下，闭环式霍尔电流传感器磁饱和问题似乎不可理解，因为闭环式霍尔电流传感器正常工作时，磁芯中的磁通为零，零磁通下，自然不会饱和。
然而，这只能将是在正常工作条件下！
事实上，即便是电磁式电流互感器或开环式霍尔电流传感器磁饱和问题都是发生在过载，频率过低，负荷过大等非正常工作条件下，正常工作条件下，都不会发生磁饱和！
从闭环式霍尔电流传感器工作原理可知，零磁通是建立在副边补偿绕组产生的磁场可以抵消原边导体产生的磁场的前提下。
那么，当闭环式霍尔电流传感器是不是任何情况下都可以维持这个零磁通呢？
显然不是！
A、传感器未供电的情况下，副边补偿绕组不产生电流，此时，闭环式霍尔电流传感器相当于一个开环式霍尔电流传感器，只要原边电流够大，就会发生磁饱和。
B、正常供电，原边电流过大。
这是因为二次补偿绕组可以产生的电流毕竟是有限度的，当原边电流产生的磁场大于副边补偿绕组能够产生的最大磁场时，磁平衡被打破，磁芯中有磁场通过，原边电流继续加大时，磁芯中磁场也随着增大，原边电流足够大时，闭环式霍尔电流传感器进入磁饱和状态！
与电磁式电流互感器及开环式霍尔电流传感器相比，闭环式霍尔电流传感器磁饱和现象不易发生，但不等于不会发生，使用不当或长时间过载，也会发生磁饱和。