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LEM传感器在通用变频器中的应用-北京莱姆电子有限公司-中国传动网应用案例

信息来源:chuandong.biz  时间:2009-07-07  浏览次数:76

  摘要:本文介绍了霍尔电流传感器在通用变频器中的作用,分析了设置传感器的类型、方式、目的和需求,并介绍了传感器的工作原理及作用。
  关键词:霍尔电流传感器、变频器。
  引言
  现今,新型功率半导体器件进入电力电子领域后,交流变频调速、逆变装置、开关电源等日渐普及,原有的电流、电压检出元件,已不适应中高频的电流波形的检测。为了自动检测和显示电流,并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护和更高级的智能控制,就必须使用具有高速度,高精度的检测、采样和保护的霍尔电流传感器。霍尔电流传感器模块,是近十几年发展起来的测量控制电流、电压的新一代工业用电量传感器。
  1、变频器的基本工作原理及结构
  本文所述的变频器是指适用于工业通用电机和变频电机的普通通用变频器。此类变频器由于工业领域的广泛使用已成为变频器的主流。
  一般异步电机转速与同步转速存在一个滑差关系,调速的方法可改变电机定子频率f、电机定子的绕组极对数P、转差率S其中任意一种达到,对异步电机最好的方法是改变频率f,实现调速控制。只要转差率不太大,可以近似认为转速n与f成正比,这就意味着连续平滑的改变电源频率,就可以实现交流电动机大范围的连续平滑调速。
  由以上分析可知通用变频器对异步电机调速时,输出频率和电压是按一定规律改变的,在额定频率以下,变频器的输出电流不变,输出电压随输出频率升高而升高,即所谓变压变频调速(VVVF)。而在额定频率以上,电压并不变,频率的变化和输出电流成正比。
  着变频器应用越来越广泛,变频器的保护装置显得越来越重要。变频器一般有过电流、过电压、过载、缺相等保护,主要由不同功能的传感器采样到不同的模拟值,经过变换电路转换成单片机适用的信号,由单片机来完成各种保护。其中电流传感器在变频器里的作用最为重要,通过它可以精确测定到当前变频器的电流,对于变频器的过电流、过载保护相当重要。
  电流传感器在变频器里的基本结构流程如下图:
  图1 电流传感器在变频器里的基本结构流程
  2、霍尔电流传感器在变频器中的应用
  在有电流流过的导线周围会感生出磁场,再用霍尔器件检测由电流感生的磁场,即可测出产生这个磁场的电流的量值。由此就可以构成霍尔电流、电压传感器。因为霍尔器件的输出电压与加在它上面的磁感应强度以及流过其中的工作电流的乘积成比例,是一个具有乘法器功能的器件,并且可与各种逻辑电路直接接口,还可以直接驱动各种性质的负载。因为霍尔器件的应用原理简单,信号处理方便,器件本身又具有一系列的独特优点,所以在变频器中也发挥了非常重要的作用。
  在变频器中,霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间短于1μs,因此,出现过载短路时,在晶体管未达到极限温度之前即可切断电源,使晶体管得到可靠的保护。
  霍尔电流传感器按其工作模式可分为直接测量式和零磁通式,在变频器中由于需要精准的控制及计算,因此选用了零磁通方式。将霍尔器件的输出电压进行放大,再经电流放大后,让这个电流通过补偿线圈,并令补偿线圈产生的磁场和被测电流产生的磁场方向相反,若满足条件IoN1=IsN2,则磁芯中的磁通为0,这时下式成立:
  Io=Is(N2/N1)
  式中,I1为被测电流,即磁芯中初级绕组中的电流,N1为初级绕组的匝数,I2为补偿绕组中的电流,N2为补偿绕组的匝数。由上式可知,达到磁平衡时,即可由Is及匝数比N2/N1得到Io。
  霍尔电流传感器的特点是可以实现电流的“无电位”检测。即测量电路不必接入被测电路即可实现电流检测,它们靠磁场进行耦合。因此,检测电路的输入、输出电路是完全电隔离的。检测过程中,检测电路与被检电路互不景响。
  

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