Hall-sähkövirta-anturi perustuu magneettisen tasapainon periaatteeseen Hall-ilmiön mukaisesti. Hall-elementin virtapäähän johdetaan ohjausvirta, ja siihen kohdistetaan Hall-elementin tason normaalisuuntaan magneettikentän voimakkuus B. Tällöin virran ja magneettikentän suuntaan (eli Hall-lähtöliittimien väliin) kohtisuoraan syntyy sähköpotentiaali VH, jota kutsutaan Hall-potentiaaliksi. Sen suuruus on verrannollinen ohjausvirran ja magneettikentän voimakkuuden tuloon.
Hall-sähkövirta-antureiden periaate
Hall-anturi on puolijohdemateriaaleista valmistettu magneettis-sähköinen muunnoslaite. Jos ohjausvirta IC syötetään tulopäähän ja magneettikenttä B kulkee laitteen mittauspinnan läpi, lähtöön ilmestyy Hall-potentiaali VH. Hall-potentiaalin VH suuruus on verrannollinen ohjausvirran IC ja magneettivuon tiheyden B tuloon. Hall-anturin tehonrajoitin on tehty Hall-ilmiön periaatteen mukaisesti ja sitä sovelletaan Amperen lakiin. Eli virtaa kuljettavan johtimen ympärille syntyy virtaan verrannollinen magneettikenttä, ja Hall-anturia käytetään tämän magneettikentän mittaamiseen. Siksi virran kosketukseton mittaus on mahdollista. Hall-potentiaalin suuruutta mittaamalla voidaan epäsuorasti mitata virtaa kuljettavan johtimen virran suuruus. Näin ollen virta-anturi on läpikäynyt sähkömagneettisen ja sähköeristysmuunnoksen.
Suljetun silmukan Hall-sähkövirta-antureiden magneettisen kyllästymisen ongelma
Avoimen silmukan Hall-sähkövirta-anturin magneettisen saturaation ongelma on suhteellisen yksinkertainen. Vertailun vuoksi suljetun silmukan magneettisen saturaation ongelmaHall-virta-anturiTämä vaikuttaa käsittämättömältä, koska suljetun silmukan Hall-virta-anturin toimiessa normaalisti magneettisydämen magneettivuo on nolla. Jos magneettivuo on nolla, luonnollisestikaan ei esiinny kyllästymistä. Tämä voi kuitenkin pitää paikkansa vain normaaleissa käyttöolosuhteissa. Itse asiassa jopa sähkömagneettisen virtamuuntajan tai avoimen silmukan Hall-virta-anturin tapauksessa magneettinen kyllästyminen tapahtuu epänormaaleissa käyttöolosuhteissa, kuten ylikuormituksessa, matalalla taajuudella ja suurella kuormituksella. Normaaleissa käyttöolosuhteissa magneettista kyllästymistä ei tapahdu. Suljetun silmukan Hall-anturin toimintaperiaatteesta voidaan nähdä, että nollamagneettivuo perustuu edellytykseen, että toisiopuolen kompensaatiokäämin synnyttämä magneettikenttä voi kumota ensiöjohtimen synnyttämän magneettikentän. Joten voiko suljetun silmukan Hall-virta-anturi ylläpitää tätä nollamagneettivuoa missään olosuhteissa? Ilmeisesti ei.
Kun anturi ei ole kytkettynä virtaan, toisiopuolen kompensaatiokäämi ei tuota virtaa. Tällöin suljetun silmukan Hall-virta-anturi vastaa avoimen silmukan Hall-virta-anturia. Niin kauan kuin ensiövirta on riittävän suuri, tapahtuu magneettinen kyllästyminen. Kun normaali virransyöttö on päällä, ensiövirta on liian suuri. Tämä johtuu siitä, että toisiokompensaatiokäämin tuottama virta on rajallinen. Kun ensiövirran tuottama magneettikenttä on suurempi kuin toisiokompensaatiokäämin tuottama suurin magneettikenttä, magneettinen tasapaino häiriintyy ja magneettisydämen läpi kulkee magneettikenttä. Kun ensiövirta jatkaa kasvuaan, myös magneettisydämen magneettikenttä kasvaa. Kun ensiövirta on riittävän suuri, suljetun silmukan Hall-virta-anturi siirtyy kyllästystilaan.
Verrattuna sähkömagneettiseen virtamuuntajaan ja avoimen silmukan Hall-virta-anturiin, suljetun silmukan Hall-anturin magneettisen kyllästymisen ilmiö ei ole helppo, mutta se ei tarkoita, etteikö sitä tapahtuisi. Virheellinen käyttö tai pitkäaikainen ylikuormitus voi myös aiheuttaa magneettisen kyllästymisen.
Julkaisuaika: 28.4.2025