Grundlagen von Stromsensoren im offenen Regelkreis: Funktionsprinzip, Vorteile und Anwendungen – Einführung

Stromsensoren sind unverzichtbare Komponenten moderner elektrischer Systeme und ermöglichen die präzise Messung des Stromflusses zur Überwachung, Steuerung und zum Schutz. Zu den verschiedenen Typen gehören:Stromsensoren im offenen Regelkreis(auch bekannt alstransformatorbasierte oder Hall-Effekt-Open-Loop-SensorenOpen-Loop-Stromsensoren sind aufgrund ihrer Einfachheit, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit weit verbreitet. Dieser technische Beitrag erläutert die Funktionsweise von Open-Loop-Stromsensoren, ihre wichtigsten Vorteile und typische Anwendungsgebiete.

Funktionsweise von Stromsensoren im offenen Regelkreis

Stromsensoren im offenen Regelkreis arbeiten auf der Grundlage vonPrinzipien der magnetischen Induktiontypischerweise unter Verwendung einesHall-Effekt-Sensoroder einStromwandler (CT)Die

1. Hall-Effekt-basierte Open-Loop-Sensoren

• AHall-Effekt-Sensorerkennt dieMagnetfelderzeugt durch den durch einen Stromfluss fließendenLeiter(üblicherweise eine Stromschiene oder ein Draht).

  
  

• Der Leiter durchläuft einenMagnetkern(oft aus Ferrit oder Siliziumstahl hergestellt), das den magnetischen Fluss konzentriert.

  
  

• Der im Luftspalt des Kerns platzierte Hall-Sensor misst die Magnetfeldstärke und wandelt sie in ein Signal um.Spannungssignal proportional zum StromDie

  
  

• Da es keine Rückkopplungsschleife gibt, ist das Ausgangssignalnicht aktiv stabilisiertDas bedeutet, dass die Genauigkeit von den magnetischen Eigenschaften des Kerns und der Linearität des Hall-Sensors abhängt.

  
  

2. Stromwandlerbasierte Sensoren im offenen Regelkreis

• CT-basierte Sensoren verwenden einenTransformatorprinzip, wobei der Primärstrom (gemessener Leiter) eineSekundärstromin einer Windung.

  
  

• Der Sekundärstrom ist proportional zum Primärstrom, wird jedoch für die Messung verkleinert.

  
  

• Im Gegensatz zu Stromwandlern mit geschlossenem Regelkreis (Rückkopplung) verfügen Stromwandler mit offenem Regelkreis nicht über eine Kompensationsschaltung, was sie einfacher, aber unter dynamischen Bedingungen etwas weniger genau macht.

  
  

Wichtigste Vorteile von Stromsensoren im offenen Regelkreis

✔Kostengünstig– Weniger Bauteile als bei geschlossenen Regelkreisen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.

✔Schnelle Reaktionszeit– Da es keine Rückkopplungsschleife gibt, reagieren sie schnell auf aktuelle Veränderungen.

✔Einfaches Design– Es werden keine Kompensationsspulen oder zusätzliche Steuerschaltungen benötigt.

✔Breiter Frequenzbereich– Geeignet für beideAC- und DC-Messungen(abhängig von der verwendeten Technologie).

✔Kompakt und leicht– Lässt sich leichter in Anwendungen mit begrenztem Platzangebot integrieren.

Einschränkungen im Vergleich zu Sensoren mit geschlossenem Regelkreis

❌Geringere Genauigkeit– Ohne Rückkopplungskorrektur können magnetische Sättigung und Kernverluste die Präzision beeinträchtigen.

❌Empfindlichkeit gegenüber Temperatur- und magnetischen Störungen– Externe Faktoren können die Messstabilität beeinflussen.

❌Begrenzter Dynamikbereich– Nicht ideal für sehr hohe Stromstärken oder schnell wechselnde Lasten.

Typische Anwendungen von Stromsensoren im offenen Regelkreis

?Batteriemanagementsysteme (BMS)– Überwachung der Lade-/Entladeströme in Elektrofahrzeugen (EVs) und Energiespeichern.

?Industrielle Automatisierung– Strommessung in der Motorsteuerung, in SPS-Systemen und bei der Leistungsüberwachung.

⚡Netzteile und Wechselrichter– Erkennung von Eingangs-/Ausgangsströmen in USV-Anlagen, Solarwechselrichtern und Schaltnetzteilen.

?Automobilelektronik– Messung des Generatorstroms, des Batteriezustands und der Leistung des Elektromotors.

?Intelligente Zähler und Energieüberwachung– Erfassung des Stromverbrauchs von Haushalten oder Unternehmen.

Abschluss

Open-Loop-Stromsensoren sind einzuverlässige, wirtschaftliche Lösungfür viele aktuelle Messanwendungen, bei denenHohe Präzision ist nicht entscheidendSie werden häufig verwendet inIndustrie-, Automobil- und Leistungselektronikaufgrund ihrerschnelle Reaktionszeit, Einfachheit und KostenvorteileFür Anwendungen, die Folgendes erfordernhöhere Genauigkeit und Stabilität,Stromsensoren im geschlossenen Regelkreiskönnte eine bessere Wahl sein.

Bei der Auswahl eines Stromsensors für den offenen Regelkreis sollten Faktoren wie die folgenden berücksichtigt werden:Messbereich, Bandbreite, Isolationsanforderungen und Umgebungsbedingungenum eine optimale Leistung zu gewährleisten.

Wünschen Sie Empfehlungen für bestimmte Open-Loop-Sensormodelle oder Alternativen?Teilen Sie uns Ihre Meinung in den Kommentaren mit oder kontaktieren Sie unser technisches Team für fachkundigen Rat.