安科瑞 華梅超

江蘇安科瑞電器制造有限公司

1 概述

  隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中大量采用大功率晶體管，整流管、晶閘管、并采用了變頻調(diào)速及脈寬調(diào)制技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，大大節(jié)省了能源。但是，在電路中電流、電壓波形多為非正弦波，要用電流，電壓傳感器檢測出來，然后對系統(tǒng)進(jìn)行控制。近年來，計算機(jī)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)過程的控制或數(shù)據(jù)的實時采集和處理中，在這些應(yīng)用中，也要求迅速準(zhǔn)確地檢測各種波形的電流，電壓等參數(shù)?；魻杺鞲衅骺梢詡鞲袕闹绷鞯綌?shù)百千周的訊號，用磁補(bǔ)償原理制作的磁補(bǔ)償霍爾傳感器，則具有現(xiàn)代控制系統(tǒng)基本要求的各種功能。

2 磁補(bǔ)償霍爾傳感器

2.1結(jié)構(gòu)

磁補(bǔ)償霍爾傳感器是把互感器，磁放大器，霍爾元件和電子線路的優(yōu)點(diǎn)集中在一起，構(gòu)成一個具有測量、反饋、保護(hù)三種功能的閉環(huán)自控檢測系統(tǒng)的傳感器。它根據(jù)磁場補(bǔ)償原理，使輸出電流正比于原電流，且如實反映原邊電流波形。磁勢的平衡不靠電磁感應(yīng)來實現(xiàn)，而是采用由霍爾元件感生的電壓作為反饋控制信號，由電子線路的電源供給補(bǔ)償能量。2.2工作原理 如圖1所示，主電流IP回路所產(chǎn)生的磁場,始終通過一個次級線圈的電流Is所產(chǎn)生的磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾元件一直處于零磁通時的工作狀態(tài)。當(dāng)主回路有一大電流IP流過時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個強(qiáng)磁場，這一磁場被聚磁環(huán)聚磁，并感應(yīng)到霍爾元件，使其產(chǎn)生一個信號輸出。這信號經(jīng)放大器放大，輸入到功率放大器中，使相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個補(bǔ)償電流Is。這一電流通過很多匝繞組，所產(chǎn)生的磁場與主電流所產(chǎn)生的磁場大小相等，方向相反，因而補(bǔ)償原來的磁場，使霍爾元件的輸出逐漸減少。最后，當(dāng)Is與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與IP所產(chǎn)生的磁場相等時，霍爾元件就達(dá)到了零磁通狀態(tài)。

圖1工作原理

上述平衡過程是在1us時間內(nèi)建立的，是一個動態(tài)平衡過程。一旦磁場失去平衡，霍爾元件就有信號輸出;經(jīng)放大后，立即有相應(yīng)的電流流過次級線圈進(jìn)行補(bǔ)償。因此從宏觀上看，副邊的安匝數(shù)在任何時間都與原邊的安匝數(shù)相等，時時補(bǔ)償為零，即： NPIP+NSIS=0

其中： NP為原邊匝數(shù)，IP為原邊電流， NS為副邊匝數(shù)，IS為副邊電流。

若已知NP NS，測得IS即可得到主電流IP的大小

3 磁補(bǔ)償霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)

 (1)傳感器不再受頻率，波形的限制，測量頻率的范圍已不限于50Hz，可從0(直流)~lOOkHz,不僅能檢50Hz正弦量、有效值、瞬態(tài)峰值，并能對任何波形甚至對含直流分量的信號都可做出迅速響應(yīng)，適應(yīng)了電力電子技術(shù)變頻斬波調(diào)速向高頻發(fā)展的需要。(2)磁補(bǔ)償霍爾傳感器由于采取了高遷移率的半導(dǎo)體霍爾元件及電子反饋線路，使響應(yīng)速度可達(dá)1 uS。它比電磁元件,快速熔斷的動作快了兒1\數(shù)量級,可以有效地保護(hù)GTR的二次擊穿,晶閘管的di/dt損壞,GTO的超可關(guān)斷電流和IGBT管的超鎖定電流的保護(hù),VDMOS管的抗振蕩及SITH管的過電流保護(hù)。

4 磁補(bǔ)償霍爾傳感器在電子點(diǎn)焊機(jī)中的應(yīng)用

由于電流電壓磁補(bǔ)償霍爾傳感模塊響應(yīng)速度快(1s),可重現(xiàn)電流和電壓波形,并反饋回可控整流器中去控制輸出,在直流上加一個交流電流以更精確地控制總焊接電流從而提高焊接質(zhì) 量和減少電能的消耗.如圖2所示. 圖2用于電子點(diǎn)焊機(jī)焊接部分

5 與計算機(jī)聯(lián)機(jī)使用

 磁補(bǔ)償霍爾傳感器在電子點(diǎn)焊機(jī)中的應(yīng)用,既可單獨(dú)使用,也可和計算機(jī)聯(lián)機(jī)使用.圖3為其結(jié)構(gòu)圖用單片微處理器8051作為核心器件,打印機(jī)采用TP一40微型打印機(jī),用于打印檢測結(jié)果.顯示部分采用8位LED數(shù)碼管構(gòu)成,用于顯示檢測結(jié)果和顯示輸入.鍵盤由數(shù)字鍵,字母鍵和功能鍵構(gòu)成,用來輸入操作命令.串行通信接口為標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,用于與計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.由于計算機(jī)的功能比單片微處理器的功能強(qiáng)大,儲存量大,并且軟件豐富,因此,可以輸入8路模擬信號,由計算機(jī)的CPU直接讀取.在軟件控制下,分時采樣,可同時 檢控8個電子點(diǎn)焊機(jī)中的磁補(bǔ)償霍爾傳感器,方便地進(jìn)行規(guī)模性生產(chǎn)及數(shù)據(jù)庫管理. 6結(jié)束語 由于磁補(bǔ)償霍爾傳感器具有線性度好,動態(tài)響應(yīng)性能優(yōu),測量精度高,范圍寬,過載能力強(qiáng),靈敏度高,抗干擾能力強(qiáng),補(bǔ)償后鐵心內(nèi)磁通為零,體積小,重量輕,模塊化后裝在母線上就可使用等 優(yōu)點(diǎn).因此,它在電子點(diǎn)焊機(jī)中得到了成功的應(yīng)用,既可單獨(dú)應(yīng)用于一臺電子點(diǎn)焊機(jī)也可與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng),控制8臺電子點(diǎn)焊機(jī),進(jìn)行規(guī)模性生產(chǎn).不但提高了焊接質(zhì)量,而且減少了電能的消耗,從而降低了生產(chǎn)成本.隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,磁補(bǔ)償霍爾傳感器在整流,逆變,變頻,斬波,交流調(diào)壓,調(diào)速,非正弦周期量的檢測以及保護(hù)和控制方面應(yīng)用的會越來越廣泛.

作者簡介：華梅超，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為智能建筑供配電監(jiān)控系統(tǒng)。