19世紀(jì)，英國物理學(xué)家詹姆斯·麥克斯韋建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關(guān)系的偏微分方程。麥克斯韋認(rèn)為，變化的磁場之所以會(huì)使導(dǎo)體產(chǎn)生電流，是因?yàn)樽兓拇艌霎a(chǎn)生了渦旋電場。
霍爾傳感器的基于霍爾效應(yīng)原理，當(dāng)電流通過一個(gè)位于磁場中的導(dǎo)體的時(shí)候，磁場會(huì)對導(dǎo)體中的電子產(chǎn)生一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的的作用力，從而在導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生電壓差。
傳感器內(nèi)有兩個(gè)線圈，線圈1流過被測電流1，線圈2電流2由內(nèi)部電路產(chǎn)生，兩個(gè)線圈均產(chǎn)生磁場。磁場中放置一個(gè)與磁場方向垂直的通過恒定電流3的導(dǎo)體，控制電流2，使在通電導(dǎo)體的兩端產(chǎn)生的電勢差為零，此時(shí)，磁場完全抵消，即兩個(gè)磁場大小相等，方向相反，而磁感應(yīng)強(qiáng)度與線圈電流成正比，此時(shí)，線圈2的電流2即可反應(yīng)被測電流1的大小。
零磁通電流傳感器工作原理
零磁通電流傳感器的工作原理基于磁-電轉(zhuǎn)換，依賴于磁材料的強(qiáng)非線性。根據(jù)麥克斯韋方程組，直流電流產(chǎn)生的靜磁場沒有可測的電效應(yīng)，如果是線性系統(tǒng)，則系統(tǒng)的輸出與輸入電流之間沒有任何關(guān)系，即線性系統(tǒng)不可能通過磁通感應(yīng)測量直流電流。非線性系統(tǒng)可以在輸入的直流電流和輸出之間建立聯(lián)系。
AnyWay零磁通電流傳感器原理圖由于直流電流沒有可測的電效應(yīng)，為使系統(tǒng)能夠“動(dòng)”起來，首先需要構(gòu)造一個(gè)交變電流Iac與直流輸入電流Idc疊加，它們共同作用在非線性的磁材料上，即“磁調(diào)制”過程。
圖1：電流互感器原理電路圖 圖2：二次等效電路圖
穿芯式電流互感器的原理電路如圖1所示，圖2是其二次等效電路圖。I1為電流互感器一次側(cè)電流，I2為二次側(cè)電流，I0為激磁電流。N1、N2分別為一、二次繞組匝數(shù)。因此，該電流互感器的磁勢平衡方程為：
當(dāng)激磁安匝I0N1為零時(shí)，I1N1=-I2N2即副邊安匝變化能完全反應(yīng)原邊安匝變化，誤差為零。一般稱I0N1為絕對誤差，I0N1/I1N1為相對誤差。電流互感器的誤差為復(fù)數(shù)誤差，可用比值差f和角差δ表示。
式中：
δ為I2逆時(shí)針180°后與I1的夾角，如圖3所示。
圖3：電流互感器向量圖
由此可見，由于I0N1的存在，使I2N2與I1N1存在角差δ和比差值f。若I0=0，則激磁磁勢為0，誤差為0。磁勢的鐵芯處于“零磁通”狀態(tài)，它工作在磁化曲線的起始段（線性段）。這時(shí)，電流互感器輸出波形就不會(huì)畸變，保持良好的線性段。此即為“零磁通原理”。因此，若能使互感器鐵芯始終處于零磁通狀態(tài)，就能從根本上消除電流互感器的誤差。但是，由互感器的工作原理可知，靠互感器自身是不可能實(shí)現(xiàn)零磁通的，必須靠外界條件的補(bǔ)償或調(diào)整。為此，采用動(dòng)態(tài)平衡電子電路對其進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，使鐵芯始終處于“動(dòng)態(tài)零磁通狀態(tài)”。