摘要：介(jiè)紹了霍(huò)爾(ěr)效應(yīng)，分析了閉環(huán)式(shì)霍(huò)爾(ěr)電流傳感器的工(gōng)作(zuò)原(yuán)理及其(qí)主要特(tè)點(diǎn)產品特點(diǎn)與(yǔ)選(xuǎn)型，研(yán)究分析了霍爾電流傳(chuán)感(gǎn)器在變(biàn)頻器中(zhōng)的典型應用以及變頻(pín)器中(zhōng)的典(diǎn)型電(diàn)流檢測(cè)電(diàn)路，淺(qiǎn)談其在變頻(pín)器中(zhōng)的典(diǎn)型應用。

關(guān)鍵詞：閉環霍爾(ěr)電(diàn)流傳感(gǎn)器；工(gōng)作原(yuán)理(lǐ)；變頻器應(yīng)用(yòng)

1.引言
  隨著現代(dài)工業技術(shù)的(dí)不斷(duàn)發(fā)展(zhǎn)，電(diàn)流(liú)檢測廣(guǎng)泛(fàn)地(dì)應(yīng)用到(dào)工業控(kòng)製(zhì)領(lǐng)域，工(gōng)業控(kòng)製(zhì)對電(diàn)流檢(jiǎn)測的(dí)精度(dù)和響應(yīng)速度的要(yào)求較高(gāo)，同時希望與(yǔ)被檢(jiǎn)測(cè)的(dí)對象(xiàng)實(shí)現*隔(gé)離(lí)，霍爾電(diàn)流傳感器很好地 解決(jué)了這些(xiē)問題。霍(huò)爾(ěr)電(diàn)流傳(chuán)感器以其良(liáng)的性能和精(jīng)巧的結構(gòu)，已經成(chéng)為(wéi)工業(yè)控(kòng)製(zhì)領域(yù)中(zhōng)電(diàn)流(liú)隔(gé)離(lí)測量(liáng)的(dí)解決(jué)方案，並且被廣泛(fàn)應(yīng)用(yòng)於驅(qū)動器，變頻器，電機(jī)繞(rào)組(zǔ)和(hé)高(gāo)頻(pín)大電流測(cè)量(liáng)等(děng)場(cháng)合中。

2. 工作(zuò)原理
  霍爾電流傳感器(qì)是根據霍爾效應(yīng)製(zhì)作(zuò)的一(yī)種磁場(cháng)傳感(gǎn)器(qì)。它有兩(liǎng)種(zhǒng)工(gōng)作(zuò)方式(shì)，即開環（直(zhí)放(fàng)式）和閉(bì)環（磁(cí)平衡式(shì)）。直(zhí)放(fàng)式霍爾傳(chuán)感器(qì)的點是電(diàn)路(lù)形式(shì)簡單，成(chéng)本(běn)相對較(jiào)低(dī)；其(qí)缺點是精度，綫性度較差(chà)，響(xiǎng)應(yīng)時(shí)間較慢，溫(wēn)度漂(piāo)移較(jiào)大。為(wéi)了(liǎo)克(kè)服它的(dí)不(bù)足，出現(xiàn)了閉環(huán)（磁平衡式）霍爾電流(liú)傳(chuán)感器(qì)。
  閉(bì)環式(shì)霍爾電(diàn)流傳(chuán)感(gǎn)器又(yòu)稱零(líng)磁通式霍(huò)爾(ěr)電流(liú)傳(chuán)感(gǎn)器(qì)，如(rú)圖(tú)1所示，它(tā)是(shì)由(yóu)原邊電路，聚(jù)磁環(huán)，霍爾元(yuán)件(jiàn)次級(jí)綫圈，放(fàng)大器等組(zǔ)成。當原邊電流(liú)IP產(chǎn)生(shēng)的(dí)磁通通(tōng)過(guò)高品(pǐn)質磁芯(xīn)集(jí)中在磁路(lù)中，霍爾(ěr)元件(jiàn)固定(dìng)在(zài)氣隙中檢測(cè)磁(cí)通，通過繞在磁(cí)芯(xīn)上的(dí)多(duō)匝(zā)綫(xiàn)圈輸出(chū)反向(xiàng)的補償(cháng)電(diàn)流，用於抵消(xiāo)原(yuán)邊IP產生(shēng)的(dí)磁(cí)通，使(shǐ)得磁(cí)路中(zhōng)磁(cí)通始終保持為(wéi)零(líng)。經(jīng)過(guò)特殊(shū)電路(lù)的處(chǔ)理，傳(chuán)感器的輸(shū)出端能夠(gòu)輸(shū)出反映原邊(biān)電(diàn)流(liú)的(dí)電(diàn)流(liú)變化(huà)。

圖1

3. 產品介(jiè)紹(shào)
3.1產品選型
  閉環霍(huò)爾(ěr)電(diàn)流(liú)傳(chuán)感(gǎn)器具有響應時間短，工(gōng)作頻(pín)率高，過載能力強(qiáng)，高(gāo)隔(gé)離度等眾多點。一般情況下，根據(jù)輸入信(xìn)號(hào)，外形，內(nèi)孔尺寸來(lái)選(xuǎn)擇霍爾電(diàn)流傳感(gǎn)器(qì)。在傳(chuán)感器行業(yè)內，江蘇安(ān)科(kē)瑞霍(huò)爾電流(liú)傳(chuán)感器(qì)嚴(yán)格按(àn)照JB/T 7490-2007《霍(huò)爾電(diàn)流互感器行業(yè)標(biāo)準》規(guī)定(dìng)的(dí)各項要(yào)求，相(xiāng)對(duì)於同行(háng)采(cǎi)用(yòng)插(chā)針式接(jiē)綫(xiàn)不同，一(yī)律采(cǎi)用(yòng)綠色可(kě)插拔(bá)端(duān)子(zǐ)，現場接(jiē)綫(xiàn)方(fāng)便，可靠。常(cháng)見(jiàn)的品牌(pái)產(chǎn)品(pǐn)如圖(tú)2。

圖2

3.2產品外形(xíng)
型號：AHBC-LTA

圖(tú)3
 

3.3技術指標
  響(xiǎng)應(yīng)時間：≤1us
  頻(pín)寬(kuān)：100kHz
  失(shī)調電流：0.1mA
  工作(zuò)溫度：-25～70℃
  存儲溫(wēn)度：-40～80℃
  輸(shū)出(chū)負(fù)載：根(gēn)據不同輔助電(diàn)源，輸(shū)入(rù)信號，輸(shū)出信(xìn)號而定
  輸入(rù)過載能(néng)力(lì)：輸入(rù)量程值(zhí)2倍可(kě)恢(huī)復正(zhèng)常工(gōng)作(zuò)
  耐(nài)壓：3.5kV/50Hz/1min

4. 應用(yòng)
4.1  傳(chuán)感(gǎn)器應(yīng)用在變頻(pín)調速回路

圖4   變頻調速回路  Y為(wéi)霍爾(ěr)電流(liú)傳(chuán)感器
 

  圖4中①用於檢(jiǎn)測(cè)母綫的(dí)直(zhí)流電(diàn)流(liú)，當檢測(cè)出(chū)主(zhǔ)回路中出(chū)現(xiàn)異(yì)常(cháng)脈衝，或(huò)有效值超出標(biāo)準時，迅速切(qiē)斷(duàn)逆(nì)變(biàn)觸發(fā)電路的(dí)觸發(fā)脈(mài)衝，保(bǎo)護(hù)逆變和(hé)整(zhěng)流模(mó)塊；
  圖4中②用於(yú)檢(jiǎn)測兩橋臂的(dí)中的電(diàn)流差，由於換(huàn)相失敗(bài)很容易(yì)使(shǐ)一相中上下兩(liǎng)橋臂(bì)中(zhōng)的(dí)IBGT模塊因(yīn)過流(liú)而(ér)損壞(huài)，此(cǐ)時(shí)要求短路電流保護(hù)在短路(lù)檢(jiǎn)出後(hòu)10us內切斷門驅動(dòng)電(diàn)路，這種逆變器(qì)必須(xū)采用(yòng)快(kuài)速過電流保護裝置，可(kě)以(yǐ)用(yòng)霍(huò)爾電流(liú)傳感(gǎn)器檢測每個(gè)橋臂中的(dí)電流(liú)，若(ruò)因(yīn)換(huàn)相(xiāng)失敗造成(chéng)上下(xià)橋臂(bì)同(tóng)時導電(diàn)，則(zé)相(xiāng)應的兩個傳感器同(tóng)時檢出電流(liú)信號，經(jīng)與(yǔ)基準(zhǔn)電壓比(bǐ)較(jiào)轉(zhuǎn)換(huàn)成方波(bō)後，通過(guò)門電路(lù)控(kòng)製(zhì)封(fēng)鎖(suǒ)所(suǒ)有的(dí)逆變(biàn)觸發(fā)脈(mài)衝，切(qiē)斷短路(lù)途徑，保護(hù)昂貴(guì)的(dí)IBGT模塊(kuài)；
  圖(tú)4中③用於檢(jiǎn)測(cè)輸(shū)出電流(liú)的(dí)波形,接入逆(nì)變器(qì)的輸(shū)出回路中，用(yòng)來檢測(cè)隨頻(pín)率變化(huà)的交(jiāo)流電(diàn)流，可(kě)以(yǐ)好(hǎo)地控(kòng)製(zhì)觸發脈(mài)衝(chōng)，也可以提(tí)供(gōng)用電(diàn)設(shè)備的(dí)過(guò)載信號

4.2 使(shǐ)用注意事(shì)項
  4.2.1 為了(liǎo)得(dé)到(dào)較好的動(dòng)態(tài)特性(xìng)和靈敏(mǐn)度，必須注(zhù)意原邊(biān)綫(xiàn)圈和(hé)副邊(biān)綫(xiàn)圈(quān)的耦合，要(yào)耦合(hé)得好，可(kě)用單(dān)根(gēn)導綫(xiàn)且導綫(xiàn)*填滿霍(huò)爾(ěr)傳感器模塊(kuài)孔(kǒng)徑；
  4.2.2 使用中(zhōng)當大的直(zhí)流(liú)電流流過(guò)傳感(gǎn)器原邊(biān)綫圈，且(qiě)次級電路沒(méi)有接(jiē)通電源(yuán)|穩(wěn)壓器(qì)或副邊(biān)開(kāi)路(lù)，則其(qí)磁(cí)路被磁化，而(ér)產生剩(shèng)磁(cí)，影響測(cè)量精度（故使用時要(yào)先接(jiē)通電(diàn)源(yuán)和(hé)測(cè)量(liáng)端M），發(fā)生(shēng)這種情(qíng)況時(shí)，要先(xiān)進行退磁處理(lǐ)。其(qí)方(fāng)法是(shì)次(cì)邊電路(lù)不加(jiā)電(diàn)源，而在(zài)原邊綫(xiàn)圈中(zhōng)通(tōng)過同樣等(děng)級(jí)大小(xiǎo)的交流電流(liú)並逐漸(jiàn)減(jiǎn)小(xiǎo)其值；
  4.2.3在大(dà)多數場合，霍爾(ěr)傳感(gǎn)器都具有很(hěn)強(qiáng)的(dí)抗(kàng)外(wài)磁場幹擾能(néng)力(lì)，一(yī)般在距(jù)離(lí)模(mó)塊(kuài)5-10cm之(zhī)間存在(zài)一個(gè)兩倍於工(gōng)作(zuò)電流Ip的(dí)電(diàn)流所(suǒ)產生的磁場幹(gān)擾(rǎo)是(shì)可以忽略(lüè)的，但當(dāng)有強(qiáng)的磁(cí)場(cháng)幹(gān)擾時(shí)，要采取適當(dāng)的措施(shī)來解(jiě)決。通(tōng)常(cháng)方(fāng)法有(yǒu)：
  ① 調整(zhěng)模塊方(fāng)向(xiàng)，使(shǐ)外(wài)磁(cí)場(cháng)對(duì)模塊(kuài)的(dí)影響小；
  ② 在模塊上加(jiā)罩一個(gè)抗磁場(cháng)的(dí)金屬屏蔽罩(zhào)；
  ③ 選(xuǎn)用(yòng)帶(dài)雙霍(huò)爾元件或(huò)多(duō)霍爾(ěr)元件(jiàn)的模塊(kuài)；
  ④ 測量的(dí)精(jīng)度(dù)是在額定(dìng)值(zhí)下(xià)得到的，當被測(cè)電流遠低(dī)於額定(dìng)值時，要(yào)獲得(dé)精(jīng)度(dù)，原邊可使用(yòng)多匝，即(jí)：IpNp=額定安(ān)匝數。另(lìng)外(wài)，原邊(biān)饋綫溫度(dù)不(bù)應超(chāo)過(guò)８０℃。

5. 結(jié)束語
  霍(huò)爾(ěr)電流(liú)傳感器(qì)點眾多(duō)，通過(guò)對(duì)大電(diàn)流(liú)進行(háng) 的檢測和控製，保證 了(liǎo)變頻(pín)器產品(pǐn)安(ān)全(quán)可靠的運行，使(shǐ)變頻(pín)器在正常(cháng)輸出的同時，能(néng)對異常(cháng)狀況及(jí)時處理(lǐ)，提升(shēng)了變頻(pín)器 的可靠性，提(tí)高(gāo)了(liǎo)變(biàn)頻(pín)器的(dí)安(ān)全品質。所以霍爾電流(liú)傳(chuán)感器在(zài)變頻(pín)器(qì)裏(lǐ)的(dí)勢越來越(yuè)明顯(xiǎn)，已成為變頻(pín)器行業中(zhōng)*的一部(bù)分。

【參(cān)考文獻】
  [1]安科瑞(ruì)企(qǐ)業微電(diàn)網設(shè)計(jì)與應用(yòng)手冊 2019.11版
  [2]謝(xiè)文和(hé).傳感器(qì)及其應(yīng)用[M].北京：高等(děng)教育(yù)出版社(shè)，2003.
  [3]苑(yuàn)軍武.霍爾電(diàn)流(liú)傳(chuán)感(gǎn)器在變頻(pín)器中的應用