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閉環(huán)霍爾電流傳感器在變頻器中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

瀏覽次數(shù):1398更新日期:2020-06-03

徐霜
安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定 

摘要:介紹了霍爾效應(yīng),分析了閉環(huán)式霍爾電流傳感器的工作原理及其主要特點(diǎn)產(chǎn)品特點(diǎn)與選型,研究分析了霍爾電流傳感器在變頻器中的典型應(yīng)用以及變頻器中的典型電流檢測電路,淺談其在變頻器中的典型應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:閉環(huán)霍爾電流傳感器;工作原理;變頻器應(yīng)用

1.引言
  隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展,電流檢測廣泛地應(yīng)用到工業(yè)控制領(lǐng)域,工業(yè)控制對電流檢測的精度和響應(yīng)速度的要求較高,同時希望與被檢測的對象實(shí)現(xiàn)*隔離,霍爾電流傳感器很好地 解決了這些問題?;魻栯娏鱾鞲衅饕云鋬?yōu)良的性能和精巧的結(jié)構(gòu),已經(jīng)成為工業(yè)控制領(lǐng)域中電流隔離測量的解決方案,并且被廣泛應(yīng)用于驅(qū)動器、變頻器、電機(jī)繞組和高頻大電流測量等場合中。

2. 工作原理
  霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)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(diǎn)是電路形式簡單,成本相對較低;其缺點(diǎn)是精度、線性度較差,響應(yīng)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(dāng)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(bǔ)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精確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(yīng)時間短、工作頻率高、過載能力強(qiáng)、高隔離度等眾多優(yōu)點(diǎn)。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(yán)格按照J(rèn)B/T 7490-2007《霍爾電流互感器行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的各項(xiàng)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)品如圖2。

圖2

3.2產(chǎn)品外形
型號:AHBC-LTA

圖3
 

3.3技術(shù)指標(biāo)
  響應(yīng)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(fù)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:輸入量程值2倍可恢復(fù)正常工作
  耐壓:3.5kV/50Hz/1min

4. 應(yīng)用
4.1  傳感器應(yīng)用在變頻調(diào)速回路

圖4   變頻調(diào)速回路  Y為霍爾電流傳感器
 

  圖4中①用于檢測母線的直流電流,當(dāng)檢測出主回路中出現(xiàn)異常脈沖,或有效值超出標(biāo)準(zhǔn)時,迅速切斷逆變觸發(fā)電路的觸發(fā)脈沖,保護(hù)逆變和整流模塊;
  圖4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(hù)在短路檢出后10us內(nèi)切斷門驅(qū)動電路,這種逆變器必須采用快速過電流保護(hù)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(dǎo)電,則相應(yīng)的兩個傳感器同時檢出電流信號,經(jīng)與基準(zhǔn)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(hù)昂貴的IBGT模塊;
  圖4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(shè)備的過載信號

4.2 使用注意事項(xiàng)
  4.2.1 為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度,必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合,要耦合得好,可用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線*填滿霍爾傳感器模塊孔徑;
  4.2.2 使用中當(dāng)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,要先進(jìn)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;
  4.2.3在大多數(shù)場合,霍爾傳感器都具有很強(qiáng)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(dāng)有更強(qiáng)的磁場干擾時,要采取適當(dāng)?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?。?br />  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 測量的精度是在額定值下得到的,當(dāng)被測電流遠(yuǎn)低于額定值時,要獲得精度,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(yīng)超過80℃。

5. 結(jié)束語
  霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)眾多,通過對大電流進(jìn)行精確 的檢測和控制,保證 了變頻器產(chǎn)品安全可靠的運(yùn)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(xiàn)】
  [1]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊 2019.11版
  [2]謝文和.傳感器及其應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社,2003.
  [3]苑軍武.霍爾電流傳感器在變頻器中的應(yīng)用

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