王海芹

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801)

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)內的產(chǎn)品特點(diǎn)與選型，淺談其在變頻器中的典型應用

關(guān)鍵詞：閉環(huán)霍爾電流傳感器  工作原理   變頻器  應用

1. 引言

    隨著(zhù)經(jīng)濟改革的不斷深入，節能降耗已經(jīng)成為降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要手段，而變頻調速技術(shù)正是順應了工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化發(fā)展的要求，開(kāi)創(chuàng )了一個(gè)全新的智能電機時(shí)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(dòng)設備中得到實(shí)際應用，已經(jīng)成為現代電力傳動(dòng)技術(shù)的一個(gè)主要發(fā)展方向。用變頻器控制電機實(shí)現調速，可節省10%以上的電能。

    霍爾電流傳感器由于其異的特性，越來(lái)越多的變頻器制造商選擇它作為電量監控的元器件。

2. 工作原理

    霍爾電流傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場(chǎng)傳感器。它有兩種工作方式，即開(kāi)環(huán)（直放式）和閉環(huán)（磁平衡式）。直放式霍爾傳感器的點(diǎn)是電路形式簡(jiǎn)單，成本相對較低；其缺點(diǎn)是精度、線(xiàn)性度較差，響應時(shí)間較慢，溫度漂移較大。為了克服它的不足，出現了閉環(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(chēng)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(xiàn)圈、放大器等組成。當原邊電流I_P產(chǎn)生的磁通通過(guò)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(guò)繞在磁芯上的多匝線(xiàn)圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊I_P產(chǎn)生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經(jīng)過(guò)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(shí)間短、工作頻率高、過(guò)載能力強、高隔離度等眾多點(diǎn)。一般情況下，根據輸入信號、外形、內孔尺寸來(lái)選擇霍爾電流傳感器。在傳感器行業(yè)內，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》規定的各項要求，相對于同行采用插針式接線(xiàn)不同，一律采用綠色可插拔端子，現場(chǎng)接線(xiàn)方便、可靠。常見(jiàn)的品產(chǎn)品如表1。

 表1

3.2產(chǎn)品外形

型號：AHBC-LTA

實(shí)物圖                                     尺寸圖

3.3技術(shù)指標

• 響應時(shí)間：≤1us
• 頻寬：100kHz
• 失調電流：0.1mA
• 工作溫度：-25～70℃
• 存儲溫度：-40～80℃
• 輸出負載：根據不同輔助電源、輸入信號、輸出信號而定
• 輸入過(guò)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速回路

 圖2   變頻調速回路  Y為霍爾電流傳感器      
 

• 圖2中①用于檢測母線(xiàn)的直流電流，當檢測出主回路中出現異常脈沖，或有效值超出標準時(shí)，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(guò)流而損壞，此時(shí)要求短路電流保護在短路檢出后10us內切斷門(mén)驅動(dòng)電路，這種逆變器采用快速過(guò)電流保護裝置，可以用霍爾電流傳感器檢測每個(gè)橋臂中的電流，若因換相失敗造成上下橋臂同時(shí)導電，則相應的兩個(gè)傳感器同時(shí)檢出電流信號，經(jīng)與基準電壓比較轉換成方波后，通過(guò)門(mén)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(lái)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(guò)載信號

4.2 使用注意事項

    1、為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，注意原邊線(xiàn)圈和副邊線(xiàn)圈的耦合，要耦合得好，好用單根導線(xiàn)且導線(xiàn)*填滿(mǎn)霍爾傳感器模塊孔徑；

    2、使用中當大的直流電流流過(guò)傳感器原邊線(xiàn)圈，且次級電路沒(méi)有接通電源|穩壓器或副邊開(kāi)路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測量端M），發(fā)生這種情況時(shí)，要行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源，而在原邊線(xiàn)圈中通過(guò)同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值；

    3、在大多數場(chǎng)合，霍爾傳感器都具有很強的抗外磁場(chǎng)力，一般在距離模塊5-10cm之間存在一個(gè)兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾是可以忽略的，但當有更強的磁場(chǎng)干擾時(shí)，要采取適當的措施來(lái)解決。通常方法有：

   ① 調整模塊方向，使外磁場(chǎng)對模塊的影響??；

   ② 在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)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(shí)，要獲得佳精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數。另外，原邊饋線(xiàn)溫度不應超過(guò)８０℃。

5. 結束語(yǔ)

    霍爾電流傳感器因其眾多點(diǎn)，通過(guò)對大電流進(jìn)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(shí)，能對異常狀況及時(shí)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勢越來(lái)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.