降低用電流傳感器和鐵磁芯進(jìn)行大電流測(cè)量時(shí)的渦流影響

　　直流磁芯靈敏度SC的評(píng)估范圍為0到600A。圖6介紹了A1367霍爾板位置的預(yù)期測(cè)量場(chǎng)和預(yù)期的核心靈敏度。正如預(yù)期的那樣，磁芯磁靈敏度保持恒定，一直到最大電流。核心靈敏度約為2.36G/A。在雙極性模式下，A1367使用±2V輸出范圍。因此，IC靈敏度約為1.4mV/G，推薦的A1367部件選項(xiàng)為A1367-LKTTN-2B-T。圖7顯示了最大直流電流下的磁芯磁化強(qiáng)度;磁化不會(huì)達(dá)到飽和。

　　圖6：DC磁芯磁性能。

　　圖7：600A DC的磁芯磁化強(qiáng)度(特斯拉)。

　　現(xiàn)在，正弦電流以600A的峰值提供給母線。

　　評(píng)估三個(gè)磁芯：

　　大鐵芯

　　沿Z方向?qū)訅?.375mm疊片

　　沿Z方向?qū)訅?.250mm疊片

　　圖8顯示了磁芯靈敏度衰減δ隨頻率的變化。頻率f下的衰減百分比定義為：

　　SCf是頻率f下的核心磁靈敏度。SC_DC是直流和10A電流值中的核心磁靈敏度。在大磁芯內(nèi)，靈敏度相對(duì)于頻率非常快地降低：在100Hz時(shí)，這已經(jīng)很明顯(>5%)?；蛘哒f，大磁芯僅適用于近直流測(cè)量。根據(jù)所需的精度，層壓鐵芯最高可用于若干kHz。正如所料，更薄的疊片可以改善交流性能。

　　圖9顯示了輸入電流和氣隙中測(cè)量的磁場(chǎng)之間的相移。圖9表明由IC測(cè)量的磁場(chǎng)滯后于在母線排中流動(dòng)的交流電流。在疊片鐵芯中，對(duì)于高于若干kHz的電流頻率，該滯后可以高達(dá)幾個(gè)電角度。作為直接結(jié)果，由于存在高諧波成分，可以使用顯著延遲測(cè)量輸入電流步長(zhǎng)。請(qǐng)注意，衰減和滯后只是源自渦流物理因素。具有無(wú)限帶寬的完美磁場(chǎng)傳感器也會(huì)看到這些效果。

　　圖10中顯示了0.375mm疊片鐵芯的衰減與輸入電流的關(guān)系。在這個(gè)曲線中可以看到非常有趣的現(xiàn)象。在低頻時(shí)，衰減對(duì)于電流是恒定的，而衰減在5kHz，300A左右開始下降。渦流引起的磁芯過早飽和是根源。低于300A時(shí)，衰減僅僅是由于集中器中的渦流，集中器在圖5的線性區(qū)域工作。在300A時(shí)，渦電流局部產(chǎn)生使磁芯飽和的高磁場(chǎng)。

　　因此，鐵芯磁靈敏度在300A時(shí)已經(jīng)下降，而鐵芯通常在DC大于600A時(shí)飽和。在比較圖7和圖11中的磁芯磁化強(qiáng)度時(shí)，這一點(diǎn)清晰可見。注意，在圖11鐵芯磁化映射上可見的“噪聲”不是真實(shí)的，而是由于模擬網(wǎng)格。

　　圖12表示在5kHz和600A條件下，0.375mm疊層鐵芯截面內(nèi)的渦流強(qiáng)度密度。

　　圖8：在600A交流下的鐵芯靈敏度衰減與頻率的關(guān)系。

　　圖9：600A交流下的相移與頻率的關(guān)系。

　　圖10：鐵芯靈敏度衰減與電流的關(guān)系(0.375mm疊片)。

　　圖11：600A，5kHz下的鐵芯磁化強(qiáng)度(特斯拉)，0.375mm疊片。

　　圖12：鐵芯內(nèi)部的渦流強(qiáng)度密度，0.375mm疊片，5kHz和600A，YZ橫截面。

　　結(jié)論

　　通過上述分析和測(cè)試，我們可以得出下述結(jié)論：

　　由于磁芯靈敏度的改變以及輸入電流和產(chǎn)生磁場(chǎng)之間的相移，渦電流可引起電流測(cè)量誤差。

　　通過鐵芯疊片減少渦流：疊片越薄，針對(duì)頻率的性能越好。

　　大鐵磁芯僅用于直流測(cè)量或小于10Hz的頻率非常低的交流。

　　對(duì)于頻率高達(dá)若干kHz的交流測(cè)量，推薦使用疊片鐵磁芯，疊片厚度為幾百微米，所需精度約為幾個(gè)百分點(diǎn)。

　　對(duì)于給定的應(yīng)用，最壞情況下的測(cè)量誤差出現(xiàn)在最大應(yīng)用頻率和最大應(yīng)用電流。

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