霍尔电流传感器使用大全
一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法
1. 霍尔器件
霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC,当有一磁场B穿过该器件感磁面,则在输出端出现霍尔电势VH。如图1-1所示。
霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比,即:VH=KHICBsin
霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成,即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场,而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此,使电流的非接触测量成为可能。
通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此,电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。
2. 霍尔直流检测原理
如图1-2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系,因此霍尔器件输出的电压讯号U0可以间接反映出被测电流I1的大小,即:I1∝B1∝U0
我们把U0定标为当被测电流I1为额定值时,U0等于50mV或100mV。这就制成霍尔直接检测(无放大)电流传感器。
3. 霍尔磁补偿原理
原边主回路有一被测电流I1,将产生磁通Φ1,被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态,霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式,突出的优点是响应时间快和测量精度高,特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1-3所示。
从图1-3知道:Φ1=Φ2 I1N1=I2N2 I2=NI/N2·I1
当补偿电流I2流过测量电阻RM时,在RM两端转换成电压。做为传感器测量电压U0即:U0=I2RM
按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A~500A系列规格的电流传感器。
由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈,因而成本增加;其次,工作电流消耗也相应增加;但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。
4. 磁补偿式电压传感器
为了测量mA级的小电流,根据Φ1=I1N1,增加N1的匝数,同样可以获得高磁通Φ1。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流,而且可以测电压。
与电流传感器所不同的是在测量电压时,电压传感器的原边多匝绕组通过串联一个限流电阻R1,然后并联连接在被测电压U1上,得到与被测电压U1成比例的电流I1,如图1-4所示。
副边原理同电流传感器一样。当补偿电流I2流过测量电阻RM时,在RM两端转换成电压作为传感器的测量电压U0,即 U0=I2RM
5. 电流传感器的输出
直接检测式(无放大)电流传感器为高阻抗输出电压,在应用中,负载阻抗要大于10KΩ,通常都是将其±50mV或±100mV悬浮输出电压用差动输入比例放大器放大到±4V或±5V。图5-1是两个实用电路,供参考。
(a) 图可满足一般精度要求;(b)图性能较好,适用于精度要求高的场合。
直检放大式电流传感器为高阻抗输出电压。在应用中,负载阻抗要大于2KΩ。
磁补偿式电流、电压磁补偿式电流、电压传感器均为电流输出型。从图1-3看出“M”端对电源“O”
端为电流I2的通路。因此,传感器从“M”端输出的信号为电流信号。电流信号可以在一定范围远传,并能保证精度,使用中,测量电阻RM只需设计在二次仪表输入或终端控制板接口上。
为了保证高精度测量要注意:①测量电阻的精度选择,一般选金属膜电阻,精度≤±0.5%,详见表1-1,②二次仪表或终端控制板电路输入阻抗应大于测量电阻100倍以上。
6. 取样电压与测量电阻的计算
从前面公式知道
U0=I2RM 式中:U0-测量电压,又叫取样电压(V)。
RM=U0/I2 I2-副边线圈补偿电流(A)。
RM-测量电阻(Ω)。
计算时I2可以从磁补偿式电流传感器技术参数表中查出与被测电流(额定有效值)I1相对应的输出电流(额定有效值)I2。假如要将I2变换成U0=5V,RM选择详见表1-1。
7. 饱和点与* 大被测电流的计算
从图1-3可知输出电流I2的回路是:V+→末级功放管集射极→N2→RM→0,回路等效电阻如图1-6。(V-~0的回路相同,电流相反)
当输出电流I2* 大值时,电流值不再跟着I1的增加而增加,我们称为传感器的饱和点。
按下式计算
I2max=V+-VCES/RN2+RM 式中:V+-正电源(V)。
VCES-功率管集射饱和电压,(V)一般为0.5V。
RN2-副边线圈直流内阻(Ω),详见表,1-2。
RM-测量电阻(Ω)。
从计算可知改变测量电阻RM,饱和点随之也改变。当被测电阻RM确定后,也就有了确定的饱和点。根据下式计算出* 大被测电流I1max:I1max=I1/I2·I2max
在测量交流或脉冲时,当RM确定后,要计算出* 大被测电流I1MAX,如果I1max值低于交流电流峰值或低于脉冲幅值,将会造成输出波形削波或限幅现象,此种情况可将RM选小一些来解决。
8. 计算举例:
举例1
以电流传感器LT100-P为例:
(1) 要求测量
额定电流:直流100A
* 大电流:直流200A(过载时间≤1分钟/小时)
(2) 查表,知
工作电压:稳压±15V,线圈内阻20Ω(详见表1-2)
输出电流:0.1A(额定值)
(3) 要求取样电压:5V
计算测量电流与取样电压是否合适
RM=U0/I2=5/0.1=50(Ω)
I2max=V+-VCES/RN2+RM=15-0.5/20+50=0.207(A)
I1max=I1/I2·I2max=100/0.1×0.207=207(A)
从以上计算结果得知满足(1)、(3)的要求。
9. 磁补偿式电压传感器说明与举例
LV50-P型电压传感器原边与副边抗电强度≥4000VRMS(50Hz.1min),用以测量直流、交流、脉冲电压。在测量电压时,根据电压额定值,在原边+HT端串一限流电阻,即被测电压通过电阻得到原边电流
U1/R1=I1、R1=U1/10mA(KΩ),电阻的功率要大于计算值2~4倍,电阻的精度≤±0.5%。R1精密线绕功率电阻,可由厂方代订。
10. 电流传感器的接线方法
(1) 直检式(无放大)电流传感器接线图如图1-7所示。
(a) 图是P型(印板插脚式)接发,(b)图是C型(插座插头式)接法,VN.、VN表示霍尔输出电压。
(2) 直检放大式电流传感器接线图如图1-8所示。
(a) 图是P型接法,(b)图是C型接法,图中U0表示输出电压,RL表示负载电阻。
(3) 磁补偿式电流传感器接线图如图1-9所示。
(a) 图是P型接法,(b)图是C型接法(注意四针插座第三针是空脚)
以上三种传感器的印板插脚式接法同实物的排列方法是一致的,插座插头接法同实物的排列方法也是一致的,以免接线错误。
在以上接线图上,主回路被测电流I1在穿孔中有一箭头示出了电流正方向,实物外壳上也标明了电流正方向,这是电流传感器规定了被测电流I1的电流正方向与输出电流I2是同极性的。这在三相交流或多路直流检测量中是致关重要的。
11. 电流电压传感器的工作电源
电流传感器是一种有源模块,如霍尔器件、运放、末级功率管,都需要工作电源,并且还有功耗,图1-10是实用的典型工作电源原理图。
(1) 输出地端集中接大电解上以利降噪。
(2) 电容位uF,二极管为1N4004。
(3) 变压器根据传感器功耗而定。
(4) 传感器的工作电流。
直检式(无放大)耗电:* 大5mA;直检放大式耗电:* 大±20mA;磁补偿式耗电:20+输出电流;* 大消耗工作电流20+输出电流的2倍。根据消耗工作电流可以计算出功耗。
12.电流电压传感器使用注意事项
(1)电流传感器必须根据被测电流的额定有效值适当选用不同的规格的产品。被测电流长时间超额,会损坏末极功放管(指磁补偿式),一般情况下,2倍的过载电流持续时间不得超过1分钟。
(2)电压传感器必须按产品说明在原边串入一个限流电阻R1,以使原边得到额定电流,在一般情况下,2倍的过压持续时间不得超过1分钟。
(3)电流电压传感器的* 佳精度是在原边额定值条件下得到的,所以当被测电流高于电流传感器的额定值时,应选用相应大的传感器;当被测电压高于电压传感器的额定值时,应重新调整限流电阻。当被测电流低于额定值1/2以下时,为了得到* 佳精度,可以使用多绕圈数的办法。
(4)绝缘耐压为3KV的传感器可以长期正常工作在1KV及以下交流系统和1.5KV及以下直流系统中,6KV的传感器可以长期正常工作在2KV及以下交流系统和2.5KV及以下直流系统中,注意不要超压使用。
(5)在要求得到良好动态特性的装置上使用时,* 好用单根铜铝母排并与孔径吻合,以大代小或多绕圈数,均会影响动态特性。
(6)在大电流直流系统中使用时,因某种原因造成工作电源开路或故障,则铁心产生较大剩磁,是值得注意的。剩磁影响精度。退磁的方法是不加工作电源,在原边通一交流并逐渐减小其值。
(7)传感器抗外磁场能力为:距离传感器5~10cm一个超过传感器原边电流值2倍的电流,所产生的磁场干扰可以抵抗。三相大电流布线时,相间距离应大于5~10cm。
(8)为了使传感器工作在* 佳测量状态,应使用图1-10介绍的简易典型稳压电源。
(9)传感器的磁饱和点和电路饱和点,使其有很强的过载能力,但过载能力是有时间限制的,试验过载能力时,2倍以上的过载电流不得超过1分钟。
(10)原边电流母线温度不得超过85℃,这是ABS工程塑料的特性决定的,用户有特殊要求,可选高温塑料做外壳。
13.电流传感器在使用中的优越性
(1)非接触检测。在进口设备的再改造中,以及老旧设备的技术改造中,显示出非接触测量的优越性;原有设备的电气接线不用丝毫改动就可以测得电流的数值。
(2)使用分流器的弊端是不能电隔离,且还有插入损耗,电流越大,损耗越大,体积也越大,人们还发现分流器在检测高频大电流时带有不可避免的电感性,不能真实传递被测电流波形,更不能真实传递非正弦波型。电流传感器完全消除了分流器以上的种种弊端,且精度和输出电压值可以和分流器做的一样,如精度0.5、1.0级,输出电压50、75mV和100mV均可。
(3)使用非常方便,取一只LT100-C型电流传感器,在M端与电源零端串入一只100mA的模拟表头或数字万用表,接上工作电源,将传感器套在电线回路上,即可准确显示主回路0~100A电流值。
(4)传统的电流电压互感器,虽然工作电流电压等级多,在规定的正弦工作频率下有较高的精度,但它能适合的频带非常窄,且不能传递直流。此外,工作时存在激磁电流,所以这是电感性器件,使它在响应时间上只能做到数十毫秒。众所周知的电流互感器二次侧一旦开路将产生高压危害。在使用微机检测中需信号的多路采集,人们正寻求能隔离又能采集信号的方法。电流电压传感器继承了互感器原副边可靠绝缘的优点,又解决了传递变送器价昂体积大还要配用互感器的缺陷,给微机检测等自动化管理系统提供了模数转换的机会。在使用中,传感器输出信号既可直接输入到高阻抗模拟表头或数字面板表,也可经二次处理,模拟信号送给自动化装置,数字信号送给计算机接口。
在3KV以上的高压系统,电流、电压传感器都能与传统的高压互感器配合,替代传统的电量变送器,为模数转换提供方便。
(5)传统的检测元件受规定频率、规定波形,响应滞后等很多因素的限制,不能适应大功率变流技术的发展,应运而产生的新一代霍尔电流电压传感器,以及电流电压传感器与真有效枝AC/DC转换器组合成为一体化的变送器,已成为人们熟知* 佳检测模块。另外,电子电力装置向高频化、模块化、组件化、智能化发展,使装置设计者得心应手,这将是电子电力技术史上划时代的根本性变革。
二、霍尔电流电压传感器、变送器在电气测量中的应用
1. 直流电流的测量
图2-1(a)、(b)、(c)分别示出磁补偿式、直检式(无放大)、直检放大式三种电流传感器测量原理图。 传感器输出的信号直接或经分压电阻送入直流电压面板表中进行电流的测量或送入微机A/D接口。
2. 直流电压的测量
采用电压传感器测量直流电压的测量原理,如图2-2所示。传感器输出的信号直接或经分压电阻送入直流电压面板表中进行电流的测量或送入微机A/D接口。
3. 正弦波与非正弦波电流的测量
图2-3(a)、(b)、(c)分别示出磁补偿式、直检式(无放大)、直检放大式三种正弦波与非正弦波电流测量原理。传感器输出的信号经AC/DC转换器直接或经分压电阻送入直流电压面板表中进行电流的测量或送入微机A/D接口。
对于转换非正弦波电流,必须选用真有效值AC/DC转换器,才能保证测量的精度。
4. 正弦波与非正弦波电压的测量
采用电压传感器测量正弦波与非正弦波电压的测量原理,如图2-4所示。
非正弦波电压,必须选用真有效值AC/DC电压转换器,才能保证测量的精度。
5. 直流功率的测量
采用电流传感器作电流采集通道,电压传感器作电压采集通道,然后经跟随器进行阻抗变换送入乘法器进行乘法运算,其输出电压送入直流电压面板表或送入微机A/D接口进行功率的测量。图2-5所示为其原理框图。
6. 单相交流有功功率的测量
图2-6是单相交流有功功率的测量原理图。电流通道、电压通道与图2-5完全相同。所不同的是在乘法器后加入一 级有源滤波电路。
7. 单相交流无功功率的测量
图2-7是单相交流无功功率的测量原理图。与图2-6所不同的是在电压通道与乘法器之间加一 级
90°移相电路。
8. 三相交流有功功率的测量
从图2-8知道P=I1U12+I3U32,利用图2-9的测量原理可以达到测量交流三相有功功率的目的。
9. 三相交流无功功率的测量
如图2-10所示,在u12、u32两个电压通道分别加入90°移相电路,便实现了三相交流无功功率的测量。
10.相位的测量
图2-11、2-12分别介绍0~360°、0~±180°相位测量原理,是目前测量相位的一种常用原理,其特点是精 确、简单、实用。
11.单片机测量视在功率和功率因数的原理
在前面介绍有功功率和无功功率的测量原理基础上,将有功功率和无功功率的信号送入单片机进行的数字计算,便实现了上述两种测量,具体电路设计请参阅有关单片机的文献。原理框图如2-13所示。
12.3KV以上高压供用电系统上的应用
计算机应用于工业控制即构成工业控制机,为了实现工业生产过程的自动控制,亟待改造我国的传统产业。90年代以后我国经济发展将以电力、重工、化工为重点企业,又不可能大量更新设备,因此3KV以上高压供用电系统的微机数据采集系统的开发与生产,显得尤为重要。
图2-14、2-15是3KV以上高压电流和电压信号采集通道的原理框图。
高压一次电流经TA隔离(工业电流互感器),二次0~5A电流信号经过LT5(电流传感器,精度0.5级)再次隔离转换为0~5V电压信号,经AC/DC转换为直流0~+5V或0~20mA测控信号送入微机A/D接口。
高压一次电压经TV隔离(工业电压互感器),二次0~100V电压信号经LV50(电压传感器,精度0.5级)再次隔离转换为0~5V电压信号,经AC/DC转换为直流0~+5V或0~20mA测控信号送入微机A/D接口。
电流、电压传感器加真有效值AC/DC转换器一体化变送器已成为电网与计算机之间快捷连接的* 佳方式,已现货供应市场,具有广泛的应用前景。
13.在电信通信机房环境集中监控系统中的应用
随着通信网的迅猛发展,通信能力已达到一个新的水平,但通信网的维护和管理,还停留在传统的有人职守水平上,要达到无人职守或少人职守,就要对机房中的设备和环境进行集中监控和远动控制,上海电信技术研究所选用夹钳系列交直流电流传感器变送器,隔离型系列交直流电压传感变送器等传感变送器对机房中的各种电流、电压、功率、COSΦ、温湿度、烟雾告警、防盗告警实行集中监控,并有告警打印、记录等功能,从而实现了市网的无人职守或少人职。类似这种集中监控系统也用于智能大厦的供配电监控系统,其配置框图如图2-16所示。
14.抛开直流隔离互感器,以及笨重耗能的分流器,采用电流电压传感器技术,融电流、电压传感器,V/I变送器为一体的直流电流传感变送器和隔离型直流电压传感变送器,使机车运行测量与显示快捷简便,原理框图见2-17所示。
三、霍尔电流电压传感器、变送器在电气传动中应用
霍尔电流、电压传感器、变送器用来测量直流、交流和脉动电流、电压,以及用这些测量值进行控制的电气传动系统均可使用。目前直流调速系统、交流调速系统的应用日益广泛,已在机车、地铁、无轨电车、高速电梯、数控机床等许多领域普及开来,下面介绍一些应用实例。
1. 一般应用原理
电流电压传感器主要用于控制、保护和显示主电流I1和主电路电压U1的值。
2. 直流电机调速系统
GTR斩波技术的实际应用为双机双轴或多机多轴同步拖动系统的技术改造提供了新途径,图3-3就是直流双机双轴两相推挽斩波调速系统主电路。
主电路中选用两只电流传感器(型号:LT100-P)对两台13KW直流电机进行过流检出,送入智能保护驱动控制集成电路UAA4002,进行保护。
在数控机床,机器人等柔性传动系统中,经常需要直流电机调速的伺服驱动,这种可逆传动的伺服驱动,都采用H桥线路。图3-4是采用一只电流传感器来作为电流检出、反馈和保护的H桥直流伺服传动主电路图。
采用电流电压传感器来取代传统的电流互感器和分流器,作为电流电压反馈控制,实现了转子电流的* 佳控制手段,同时进行过载保护。直流驱动控制原理框图,如图3-5所示。
电流传感器LT1检出电枢电流,LT2检出激磁电流。电压传感器则用来检出供电电压与电枢电压。
电流电压传感器配套使用,所有取样信号输入控制电路,确保无轨电车的正常行驶,图3-6示出传感器在无轨电车斩波调速器中的应用。
3. 交流电机调速系统
目前,高性能的交流调速系统已完全可以和直流调速系统相媲美,直流调速一统天下的旧格局被打破,用交流调速取代直流调速已成为现实,交流调速的研究、开发与生产已成为电气传动的重点,而又以变频调速(VVVF)为* 佳选择。
变频调速广泛用PWM技术,如图3-7所示。
PWM技术原理是用一系列宽度不同,按一定时间序列排列的等幅脉冲方波来逼近一条正弦曲线,产生接近正弦的电压和电流,当调节脉宽和脉冲列的转换周期,可改变输出电压与频率。
图3-8就是电流传感器在变频调速装置中的典型应用。
电流传感器LT是用来检测主回路电流量的大小,实现对GTR、IGBT管的快速过电流保护措施。目前,已被公认霍尔电流传感器是电力电子器件的* 佳电流保护模块。
图3-9介绍一种高速电机SPWM变频调速装置中应用电流传感器与真有效果值AC/DC转换器的实例。
由三相整流器、滤波储能电容器C和VMOS逆变器,构成主回路。由8098单片机、SLE4520型SPWM专用集成电路,以及驱动保护电路构成控制电路。电流传感器LT检测出主回路电流信号u1。真有效值AC/DC电压传唤器检测逆变器的输出电压uu,半导体温度传感器检测VMOS管温信号ut,完成了对变频器的过流、过压和超温保护。
四、霍尔电流电压传感器变送器在其他电气技术领域中的应用
1. 在安 全电源中的应用
图4-1介绍电流传感器在安 全电源(UPS电源)中的应用。
采用响应时间极快(≤1uS)的电流传感器制成的安 全电源,保证了供电的连续性,特别适用于计算机房、雷达站等设备的不间断供电。
2. 在焊接设备上的应用
图4-2是在一般普通的电子焊接设备上的应用举例。
若要使用记录装置,精 确测量与显示出焊接设备工作的峰值电流和电压波型与数值,在变压器副边使用一只电流传感器,就非常容易达到目的。否则,用传统的互感器就很难得到精 确的波形。
在直流控制钨极惰性气体保护焊接设备中,为使电流的幅度控制得到* 佳控制,使用电流传感器具有快速响应的特性,可以提高焊接质量。如图4-3所示,为了更加精 确地控制焊接电流另用一路斩波器,在直流上叠加一个交流。其次的优点是无插入损耗,控制电路与主回路隔离抗干扰能力强。
3. 交流与直流电弧炼钢炉
第三代交流炼钢电弧炉采用了交流力矩电机和可控硅调节器,以及相继开发的微机配套控制系统,普遍存在弧流弧压信号采集精度低,响应时间慢,降耗能力与指标非常粗略等问题。近年来开发的微机控制直流点弧炉调节系统,为提高其性能,都选用霍尔电流电压传感器保证信号采集精度与快速响应,图4-4介绍了应用原理框图。
在图4-4(a)图中,直流电弧炼钢炉弧流信号采集有两种方式供选择。(b)图中交流电弧炼钢炉弧流弧压信号经电流电压传感器隔离,取样信号精 确地送入微机监控系统,提高了系统性能指标。(c)图为可控硅与力矩电机过载保护提供了* 佳快速保护措施。
4. 用于电网中的静止无功补偿(SVC)装置
国外在电网中已广泛采用静止无功补偿(SVC)装置,达到平衡无功功率,稳定电压,提高线路输送能力,防止“闪烁”等目的。目前国内已自行开发并逐渐推广使用SVC。电流电压传感器在其装置上的使用,提高了SVC的电流电压信号采样精度。由于与互感器配合测量,有两次电压隔离,又提高了安 全可靠性。用于SVC电网系统电流电压信号采集通道原理框图请参考图2-14、图2-15。
5. 在电力微机监控系统中的应用
目前,国内已推出多种电力(包括发电、变电站、以及配电站)微机集中监测控制系统。电网系统上电流电压信号采集完全采用电流电压传感器进行各种电量的测量,已取得成功。请参考**章的测量内容。
6. 用于车用电池高功率因数充电机
常用充电机有不控整流充电和可控硅调压充电两种,共同缺点是功率因数低。利用高频斩波器原理与单片机结合制造的高功率因数充电机平均功率因数≥0.97,并能实现快速充电控制。图4-5所示原理框图中使用一只电流传感器检测2.5KHz斩波器输出电流,送入单片机系统对充电机进行控制与保护。
7. 用于车用电池恒流放电机
内燃机车采用蓄电池作辅助电源,对检修后的蓄电池组进行恒流放电考校其性能。过去采用现场人工调节可变电阻的方法,增加了人工开支,而且恒流效果差。一种采用逆异型直流斩波器原理研制的自动恒流放电机已研制成功。图4-6介绍该机的电原理图。
当放电电流变化时,控制电路从电流传感器输出端取得电流采样信号,送入NE555组成的控制电路,调节输出脉冲周期T,通过调节t/T的比值,可保持负载电流IF的恒定。
8. 用于IGBT逆变器过载保护
新型复合器件--绝缘栅双级晶体管(IGBT)集功率场效应管(VDMOS)和双极性大功率晶体管(GTR)的优点于一体,非常适合做逆变器,已成为引人注目的功率器件,在使用JGBT时,*重要的工作是设计驱动与过流保护电路,目前用霍尔电流传感器实现快速保护功能已被确认为* 佳过流保护设计方案。
图4-7中采用一只霍尔电流传感器进行IGBT的过流检测。过流输出信号驱动N型门极的晶闸管,使之导通,达到短路驱动信号,关断IGBT。
用霍尔电流传感器组成直流母线过流信号检测电路与EXB840模块结合,实现了150A、600V以下IGBT管的过流保护和驱动功能,已应用在日本FUJI变频器上,如图4-8所示。
9. 用于GTR电压型逆变器过流保护
在GTR电压型逆变器中,由于换相的失败极易使一相中上下两个桥臂的GTR因过流而损坏,因此必须采用快速过流保护,图4-9介绍用电流传感器进行快速过流保护的实例。
若因换相失败T1、T2同时导电,相应的传感器检出信号,经比较器转换为方波,使与门两输入为1,输出也为1,此时封锁所有触发脉冲,切断短路途径。
优点:1.T1T4同时存在极小电流,保护立刻动作,除GTR过载损坏;2.保护动作速度快;3.传感器无感性(区别于分流器和互感器之类),关断不会产生过电压,RC吸收电路不必考虑检测元件的影响。
10. 在GTR变流器中采用电流传感器作过载保护
实用过载保护电路如图4-10所示。
电流传感器输出的取样信号电压,正常时低于RP1设定值;当主回路I1有脉冲过流,从要脉冲时间小于RC积分时间,该电路均不动作。只有当主回路承受连续过流,比较器N1输出低电平,积分器N2正向积分电压高于VW,比较器N3输出高平并自锁3,VT导通,K1动作,分断主回路。
11.在GTR桥式变流器中采用电流传感器作直流与短路保护
实用直流、短路保护电路如图4-11所示。
由于电流传感器电流检测反映时间≤1uS,实际电流上升率<50A/uS,如图4-11介绍的电路是成功的一例。
桥臂直通与相同短路,瞬时增大的电流在直流侧均可以由电流传感器检出,取样信号电压高于比较器N的反相端整定值,即翻转输出高电平并自锁,VT导通,KJ动作,分断主回路。
12.在GTR变流器中采用电流传感器作输出对地短路保护
实用对地短路保护电路如图4-12所示。
当GTR输出发生接地故障,不论在系统主回路合闸启动,还是系统正常时,两只电流传感器中总有一只检出的取样信号电压增大,比较器N1、N2中总有一个翻转输出高点平并自锁,VT导通,KJ动作,分断主回路。
13.在IGBT逆变器中采用电流传感器作抗负荷冲击保护
实用抗负荷冲击保护电路如图4-13所示。
负荷为感性及容性的逆变器,当工作状态突变时,形成很大的冲击电流或电压,将会击穿IGBT管。在* 新研制的逆变电源中,采用电流传感器来检出瞬时强冲击电流,快速拉低输出电压,避免冲击,当冲击过程结束,立即恢复原来的工作状态。
在直流主回路I1上的电流传感器检出冲击电流峰值,经R1、C1滤去干扰尖脉冲,经延迟和有源整流送入窗口比较器N3,当冲击电流大于整定值,N3输出低电平,VT导通,U4瞬时电位为零,经跟随器隔离输出,拉低参考电位UREF于是逆变器输出电压降低。冲击电流下降后,电路自动迅速恢复原状。优点是不必封锁驱动信号或停机。
14.在高速继电保护电路中作I/V转换器电路。
图4-14为高压系统中高速继电保护的I/V转换器电路。
来自高压三相输电主回路电流互感器的二次电流信号经电流传感器隔离并输出为电压信号,经运放放大与有源滤波即作为符合要求的电流信号采集通道。应用该电路实现了无畸变,无延时的I/V转换功能,便于与微机监控系统接口。
15.电子电力设备网测电流谐波的检测
电力电子设备单机容量越做越大,设备从电网中吸取的电流谐波也增加,图4-15介绍检测交流进线侧电流的谐波,为提供谐波分析带来了方便。
16.用于中频感应加热电源
在用于无缝钢管表面硬度中频(2000Hz)淬火微机监控系统中,采用电流传感器检出主回路中频电流,实现了自动化控制,提高无缝钢管性能指标。中频感应加热电源主回路如图4-16所示。
五、真有效值AC/DC转换器应用
所谓真有效值是“真正有效值”之意,又称真均方根值。
真有效值AC/DC转换器能将各种正弦与非正弦波信号精度变换为真正有效值的直流信号,是一种工作在全电子方式的高科技模块化产品。配合霍尔电流电压传感器直接输出标准直流信号,配合霍尔电流电压传感器直接输出标准直流信号,送入自动化仪表或微机系统,可实现各种正弦与非正弦周期电量的测量与控制。
1. 优点
(1) 能够精 确测量各种电压波形的有效值,设计人员不必再去考虑波形参数的变换计算及失真度等因素,使用起来得心应手。
(2) 精度高:在波峰因素≤2时,精度≤0.5%,波峰因素≤4时达到≤1%。
(3) 测量速度快,频率响应好;带宽为24-10KHz。
(4) 灵敏度高。可变换1mV的输入信号。
(5) 有AC、AC+DC两种输入模式供选择。
(6) 测量应用范围广,在一切非正弦电量和失真正弦量的测量场合均可应用,并可替代传统的“平均值AC/DC转换器”,使计量装置能同时测量直流、脉动、交流电量。
(7) 模块使用方便,印制板直插,全密封本体安 全型设计,有电源反接、电源过压保护和输出过载保护功能,安 全可靠。
2. 外型、安装尺寸、引脚功能、与传感器配合的连接方法、技术参数。
请详见产品样本。
3. 真有效值AC/DC转换器型号命名法
4. 应用举例
真有效值AC/DC转换器主要用于将电流电压传感器输出的正弦与非正弦波电压变换为微机易于接受的直流电压,实现测量、控制、反馈、显示和记录等目的。图5-1、5-2是应用原理框图。
5. 配合电流电压传感器直接输出标准直流信号
图5-3是真有效值AC/DC转换器与电流传感器接线图。
图5-4是真有效值AC/DC转换器与电压传感器接线图。
6. 真有效AC/DC电压转换器使用注意事项
(1) AC/DC转换器的输入电压或电流为额定有效值。
(2) 被测电压为非正弦电压时,* 大幅值不要超过额定输入电压的2倍,以免造成削波或限幅,使测量精度降低。
(3) AC/DC转换器工作消耗电流≤±30mA,可与传感器共用一套工作电源。
(4) 用户必须严格对照产品样本中列出的传感器与AC/DC转换器信号输入输出连接方法进行外围接线,以免接线不当,造成损坏。
(5) AC/DC转换器不能隔离原边与副边,原边切勿输入高电压。亦可根据客户要求进行研制、生产。(例:额定输入为AC+DC方式;直流电压为±12V;额定输出为0.2、4、5、8、10V、1~5V、0~10mA、0~20mA、4~20mA等)。