霍尔开关.doc

霍尔开关
　　一、原理简介
　　当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为
　　U=K·I·B
　　其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
　　由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
　　霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
　　霍尔开关的输入端是以磁感应强度B 来表征的，当B 值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。
　　霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。
　　 有四种类型的开关霍尔传感器：单极、双极、锁存、全极

把一块不怎么导电的物体至于磁场之中,比如磁力线向北,当你给他施加从西向东的电流,根据高中物理中的左手定则,这个电流会受到一个向上的力.这时你把电流表的正极放在物体的上边,负极接在物体的下边,电流表中就会有电流通过.这是由于向东去的电流受到向上的力而进入电流表的正极的缘故.如果失去了磁场,电流向上的力就不会存在,电流表中就没有电流.由此可以检验磁场的存在.通常进入电流表的电流比较微弱,需用放大电路进行放大,放大之后的电流再去控制开关(实际上是一个继电器),这就是霍尔开关.磁带录像机中就有霍尔开关.

霍尔电压互感器的工作原理

在测量交变电流的大电压时,为能够安全测量而在火线和地线之间并联一个变压器(接在变压器的输入端),这个变压器的输出端接入电压表,由于输入线圈的匝数大于输出线圈的匝数,因此输出电压小于输入电压,电压互感器就是降压变压器.
按原理分为电磁感应式和电容分压式两类。电磁感应式多用于 220kV及以下各种电压等级。电容分压式一般用于110kV以上的电力系统,330～765kV超高压电力系统应用较多。电压互感器按用途又分为测量用和保护用两类。对前者的主要技术要求是保证必要的准确度；对后者可能有某些特殊要求，如要求有第三个绕组，铁心中有零序磁通等。
电磁感应式电压互感器 其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。电压互感器本身的阻抗很小，一旦副边发生短路，电流将急剧增长而烧毁线圈。为此，电压互感器的原边接有熔断器，副边可靠接地，以免原、副边绝缘损毁时，副边出现对地高电位而造成人身和设备事故。测量用电压互感器一般都做成单相双线圈结构，其原边电压为被测电压（如电力系统的线电压），可以单相使用,也可以用两台接成V-V形作三相使用。实验室用的电压互感器往往是原边多抽头的，以适应测量不同电压的需要。供保护接地用电压互感器还带有一个第三线圈，称三线圈电压互感器。三相的第三线圈接成开口三角形（图1），

开口三角形的两引出端与接地保护继电器的电压线圈联接。正常运行时，电力系统的三相电压对称，第三线圈上的三相感应电动势之和为零。一旦发生单相接地时,中性点出现位移,开口三角的端子间就会出现零序电压使继电器动作，从而对电力系统起保护作用。线圈出现零序电压则相应的铁心中就会出现零序磁通。为此，这种三相电压互感器采用旁轭式铁心（10kV及以下时）或采用三台单相电压互感器。对于这种互感器，第三线圈的准确度要求不高，但要求有一定的过励磁特性（即当原边电压增加时，铁心中的磁通密度也增加相应倍数而不会损坏）。
电磁感应式电压互感器的等值电路与变压器的等值电路相同。
电容分压式电压互感器 在电容分压器的基础上制成。其原理接线见图2。

电容C1和C2串联，U1为原边电压,为C2上的电压。空载时,电容C2上的电压为

由于C1和C2均为常数，因此正比于原边电压。但实际上，当负载并联于电容C2两端时,将大大减小,以致误差增大而无法作电压互感器使用。为了克服这个缺点，在电容C2两端并联一带电抗的电磁式电压互感器YH，组成电容分压式电压互感器(图3)。

电抗可补偿电容器的内阻抗。YH有两个副绕组，第一副绕组可接补偿电容Ck供测量仪表使用；第二副绕组可接阻尼电阻Rd，用以防止谐振引起的过电压。
电容式电压互感器多与电力系统载波通信的耦合电容器合用，以简化系统，降低造价。此时，它还需满足通信运行上的要求。
电压互感器工作原理
电磁式电压互感器的工作原理和变压器相同。 图为电磁式电压互感器原理接线图，电压互感器的特点是：(1)容量很小，类似一台小容量变压器；(2)二次侧负荷比较恒定，所接测量仪表和继电器的电压线圈阻抗很大，因此，在正常运行时，电压互感器接近于空载状态。电压互感器的一、二次线圈额定电压之比，称为电压互感器的额定电压比。即：kn=U1n/U2n
其中一次线圈额定电压U1n是电网的额定电压，且已标准化(如10，35,110，220，330，500千伏等),二次电压U2n，则统一定为100(或100/ )伏，所以 kn也标准化。

互感器原理
在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为便于二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。较早前，显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互感器的二次电流大多数是安培级的（如5A等）。现在的电量测量大多数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（0-5V、4-20mA等）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器也有人称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）
电流互感器原理线路图
微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的是电流罢了。如图绕组N1接被测电流，称为一次绕组（或原边绕组、初级绕组）；绕组N2接测量仪表，称为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流I1与二次绕组I2的电流比，叫实际电流比K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用Kn表示。

Kn=I1n/I2n
微型电流互感器大致可分为两类，测量用电流互感器和保护用电流互感器。
测量用电流互感器 测量用电流互感器主要与测量仪表配合，在线路正常工作状态下，用来测量电流、电压、功率等。测量用微型电流互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够高的测量精度，3、当被测线路发生故障出现的大电流时互感器应在适当的量程内饱和（如500%的额定电流）以保护测量仪表。
保护用电流互感器 保护用电流互感器主要与继电装置配合，在线路发生短路过载等故障时，向继电装置提供信号切断故障电路，以保护供电系统的安全。保护用微型电流互感器的工作条件与测量用互感器完全不同，保护用互感器只是在比正常电流大几倍几十倍的电流时才开始有效的工作。保护用互感器主要要求：1、绝缘可靠，2、足够大的准确限值系数，3、足够的热稳定性和动稳定性。
保护用互感器在额定负荷下能够满足准确级的要求最大一次电流叫额定准确限值一次电流。准确限值系数就是额定准确限值一次电流与额定一次电流比。当一次电流足够大时铁芯就会饱和起不到反映一次电流的作用，准确限值系数就是表示这种特性。保护用互感器准确等级5P、10P

霍尔开关工作原理
2008-05-19 13:38

一、原理简介
　　当一块通有电流的金属或半导体薄片垂直地放在磁场中时，薄片的两端就会产生电位差，这种现象就称为霍尔效应。两端具有的电位差值称为霍尔电势U，其表达式为
　　U=K·I·B/d
　　其中K为霍尔系数，I为薄片中通过的电流，B为外加磁场（洛伦慈力Lorrentz）的磁感应强度，d是薄片的厚度。
　　由此可见，霍尔效应的灵敏度高低与外加磁场的磁感应强度成正比的关系。
　　霍尔开关就属于这种有源磁电转换器件，它是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，它可方便的把磁输入信号转换成实际应用中的电信号，同时又具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。
　　霍尔开关的输入端是以磁感应强度B来表征的，当B值达到一定的程度（如B1）时，霍尔开关内部的触发器翻转，霍尔开关的输出电平状态也随之翻转。输出端一般采用晶体管输出，和接近开关类似有NPN、PNP、常开型、常闭型、锁存型（双极性）、双信号输出之分。
　　霍尔开关具有无触电、低功耗、长使用寿命、响应频率高等特点，内部采用环氧树脂封灌成一体化，所以能在各类恶劣环境下可靠的工作。霍尔开关可应用于接近开关，压力开关，里程表等，作为一种新型的电器配件。
　　二、内部原理图

　三、输入/输出的转移特性图

霍尔开关电路
霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器，斯密特触发器和输出级组成。在外磁场的作用下，当磁感应强度超过导通阈值BOP 时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B 再增加，仍保持导通态。若外加磁场的B 值降低到BRP 时，输出管截止，输出高电平。我们称BOP 为工作点，BRP为释放点，BOP－BRP=BH 称为回差。回差的存在使开关电路的抗干扰能力增强。霍尔开关电路的功能框见图4。图4(a)表示集电极开路(OC)输出，(b)表示双输出。它们的输出特性见图5，图5(a)表示普通霍尔开关，(b)表示锁定型霍尔开关的输出特性。

(a) 单OC输出(b)双OC输出
图4 霍尔开关电路的功能框图
(a)开关型输出特性 (b)锁定型输出特性
图5 霍尔开关电路的输出特性
一般规定，当外加磁场的南极(S 极)接近霍尔电路外壳上打有标志的一面时，作用到霍尔电路上的磁场方向为正，北极接近标志面时为负。锁定型霍尔开关电路的特点是：当外加场B 正向增加，达到BOP 时，电路导通，之后无论B 增加或减小，甚至将B 除去，电路都保持导通态，只有达到负向的BRP 时，才改变为截止态，因而称为锁定型。霍尔开关电路的性能参数见表4。
表4 霍尔开关电路的特性参数