摘要
本文分析了閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理以及行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品特點與選型,淺談其在變頻器中的典型應用。
1. 引言
隨著經(jīng)濟改革的不斷深入,節(jié)能降耗已經(jīng)成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段之一,而變頻調(diào)速技術(shù)正是順應了工業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展的要求,開創(chuàng)了一個全新的智能電機時代。目前,該技術(shù)在電力、冶金、化工、造紙、食品、紡織等多種行業(yè)的電機傳動設備中得到實際應用,已經(jīng)成為現(xiàn)代電力傳動技術(shù)的一個主要發(fā)展方向。用變頻器控制電機實現(xiàn)調(diào)速,可節(jié)省10%以上的電能。
霍爾電流傳感器由于其優(yōu)異的特性,越來越多的變頻器制造商選擇它作為電量監(jiān)控的元器件。
2. 工作原理
霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應制作的一種磁場傳感器。它有兩種工作方式,即開環(huán)(直放式)和閉環(huán)(磁平衡式)。直放式霍爾傳感器的優(yōu)點是電路形式簡單,成本相對較低;其缺點是精度、線性度較差,響應時間較慢,溫度漂移較大。為了克服它的不足,出現(xiàn)了閉環(huán)(磁平衡式)霍爾電流傳感器。
閉環(huán)式霍爾電流傳感器又稱零磁通式霍爾電流傳感器,如圖1所示,它是由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾元件次級線圈、放大器等組成。當原邊電流IP產(chǎn)生的磁通通過高品質(zhì)磁芯集中在磁路中,霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通,通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流,用于抵消原邊IP產(chǎn)生的磁通,使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過特殊電路的處理,傳感器的輸出端能夠輸出反映原邊電流的電流變化。
圖1
3. 產(chǎn)品介紹
3.1產(chǎn)品選型
閉環(huán)霍爾電流傳感器具有響應時間短、工作頻率高、過載能力強、高隔離度等眾多優(yōu)點。一般情況下,根據(jù)輸入信號、外形、內(nèi)孔尺寸來選擇霍爾電流傳感器。在傳感器行業(yè)內(nèi),江蘇安科瑞霍爾電流傳感器嚴格按照JB/T 7490-2007《霍爾電流互感器行業(yè)標準》規(guī)定的各項要求,相對于同行采用插針式接線不同,一律采用綠色可插拔端子,現(xiàn)場接線方便、可靠。常見的品牌產(chǎn)品如表1。
表1
3.2產(chǎn)品外形
型號:AHBC-LTA
實物圖 尺寸圖
3.3技術(shù)指標
響應時間:≤1us
頻寬:100kHz
失調(diào)電流:0.1mA
工作溫度:-25~70℃
存儲溫度:-40~80℃
輸出負載:根據(jù)不同輔助電源、輸入信號、輸出信號而定
輸入過載能力:輸入量程大值2倍可恢復正常工作
耐壓:3.5kV/50Hz/1min
4. 應用
4.1 傳感器應用在變頻調(diào)速回路
圖2 變頻調(diào)速回路 Y為霍爾電流傳感器
圖2中①用于檢測母線的直流電流,當檢測出主回路中出現(xiàn)異常脈沖,或值超出標準時,迅速切斷逆變觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖,保護逆變和整流模塊;
圖2中②用于檢測兩橋臂的中的電流差,由于換相失敗很容易使一相中上下兩橋臂中的IBGT模塊因過流而損壞,此時要求短路電流保護在短路檢出后10us內(nèi)切斷門驅(qū)動電路,這種逆變器采用快速過電流保護裝置,可以用霍爾電流傳感器檢測每個橋臂中的電流,若因換相失敗造成上下橋臂同時導電,則相應的兩個傳感器同時檢出電流信號,經(jīng)與基準電壓比較轉(zhuǎn)換成方波后,通過門電路控制封鎖所有的逆變觸發(fā)脈沖,切斷短路途徑,保護昂貴的IBGT模塊;
圖2中③用于檢測輸出電流的波形,接入逆變器的輸出回路中,用來檢測隨頻率變化的交流電流,可以更好地控制觸發(fā)脈沖,也可以提供用電設備的過載信號
4.2 使用注意事項
1、為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度,注意原邊線圈和副邊線圈的耦合,要耦合得好,好用單根導線且導線*填滿霍爾傳感器模塊孔徑;
2、使用中當大的直流電流流過傳感器原邊線圈,且次級電路沒有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開路,則其磁路被磁化,而產(chǎn)生剩磁,影響測量精度(故使用時要先接通電源和測量端M),發(fā)生這種情況時,要行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源,而在原邊線圈中通過同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值;
3、在大多數(shù)場合,霍爾傳感器都具有很強的抗外磁場干擾能力,一般在距離模塊5-10cm之間存在一個兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場干擾是可以忽略的,但當有更強的磁場干擾時,要采取適當?shù)拇胧﹣斫鉀Q。通常方法有:
① 調(diào)整模塊方向,使外磁場對模塊的影響??;
② 在模塊上加罩一個抗磁場的金屬屏蔽罩;
③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊;
④ 測量的佳精度是在額定值下得到的,當被測電流遠低于額定值時,要獲得佳精度,原邊可使用多匝,即:IpNp=額定安匝數(shù)。另外,原邊饋線溫度不應超過80℃。
5. 結(jié)束語
霍爾電流傳感器因其眾多優(yōu)點,通過對大電流進行的檢測和控制,保證了變頻器產(chǎn)品安全可靠的運行,使變頻器在正常輸出的同時,能對異常狀況及時處理。提升了變頻器的可靠性,提高了變頻器的安全品質(zhì)。所以霍爾電流傳感器在變頻器里的優(yōu)勢越來越明顯,已成為變頻器行業(yè)中*的一部分。
參考文獻:
(1)安科瑞電氣股份有限公司.電量傳感器選型手冊,201407版.
(2)謝文和.傳感器及其應用[M].北京:高等教育出版社,2003.
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