摘要：本文介紹了霍爾電流傳感器在通用變頻器中的作用，分析了設(shè)置傳感器的類(lèi)型、方式、目的和需求，并介紹了傳感器的工作原理及作用。

      關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器、變頻器。

      引言

      現(xiàn)今，新型功率半導(dǎo)體器件進(jìn)入電力電子領(lǐng)域后，交流變頻調(diào)速、逆變裝置、開(kāi)關(guān)電源等日漸普及，原有的電流、電壓檢出元件，已不適應(yīng)中高頻的電流波形的檢測(cè)。為了自動(dòng)檢測(cè)和顯示電流，并在過(guò)流、過(guò)壓等危害情況發(fā)生時(shí)具有自動(dòng)保護(hù)和更高級(jí)的智能控制，就必須使用具有高速度，高精度的檢測(cè)、采樣和保護(hù)的霍爾電流傳感器。霍爾電流傳感器模塊，是近十幾年發(fā)展起來(lái)的測(cè)量控制電流、電壓的新一代工業(yè)用電量傳感器。
      1、變頻器的基本工作原理及結(jié)構(gòu)
      本文所述的變頻器是指適用于工業(yè)通用電機(jī)和變頻電機(jī)的普通通用變頻器。此類(lèi)變頻器由于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用已成為變頻器的主流。
      一般異步電機(jī)轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速存在一個(gè)滑差關(guān)系，調(diào)速的方法可改變電機(jī)定子頻率f、電機(jī)定子的繞組極對(duì)數(shù)P、轉(zhuǎn)差率S其中任意一種達(dá)到，對(duì)異步電機(jī)比較好的方法是改變頻率f，實(shí)現(xiàn)調(diào)速控制。只要轉(zhuǎn)差率不太大，可以近似認(rèn)為轉(zhuǎn)速n與f成正比，這就意味著連續(xù)平滑的改變電源頻率，就可以實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。
      由以上分析可知通用變頻器對(duì)異步電機(jī)調(diào)速時(shí)，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電流不變，輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調(diào)速（VVVF）。而在額定頻率以上，電壓并不變，頻率的變化和輸出電流成正比。
      著變頻器應(yīng)用越來(lái)越廣泛，變頻器的保護(hù)裝置顯得越來(lái)越重要。變頻器一般有過(guò)電流、過(guò)電壓、過(guò)載、缺相等保護(hù)，主要由不同功能的傳感器采樣到不同的模擬值，經(jīng)過(guò)變換電路轉(zhuǎn)換成單片機(jī)適用的信號(hào)，由單片機(jī)來(lái)完成各種保護(hù)。其中電流傳感器在變頻器里的作用比較為重要，通過(guò)它可以精確測(cè)定到當(dāng)前變頻器的電流，對(duì)于變頻器的過(guò)電流、過(guò)載保護(hù)相當(dāng)重要。
      電流傳感器在變頻器里的基本結(jié)構(gòu)流程如下圖：
                 

圖1  電流傳感器在變頻器里的基本結(jié)構(gòu)流程
 

      2、霍爾電流傳感器在變頻器中的應(yīng)用
      在有電流流過(guò)的導(dǎo)線周?chē)鷷?huì)感生出磁場(chǎng)，再用霍爾器件檢測(cè)由電流感生的磁場(chǎng),即可測(cè)出產(chǎn)生這個(gè)磁場(chǎng)的電流的量值。由此就可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因?yàn)榛魻柶骷妮敵鲭妷号c加在它上面的磁感應(yīng)強(qiáng)度以及流過(guò)其中的工作電流的乘積成比例，是一個(gè)具有乘法器功能的器件，并且可與各種邏輯電路直接接口，還可以直接驅(qū)動(dòng)各種性質(zhì)的負(fù)載。因?yàn)榛魻柶骷膽?yīng)用原理簡(jiǎn)單，信號(hào)處理方便，器件本身又具有一系列的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，所以在變頻器中也發(fā)揮了非常重要的作用。
      在變頻器中，霍爾電流傳感器的主要作用是保護(hù)昂貴的大功率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間短于1μs，因此，出現(xiàn)過(guò)載短路時(shí)，在晶體管未達(dá)到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護(hù)。
      霍爾電流傳感器按其工作模式可分為直接測(cè)量式和零磁通式，在變頻器中由于需要精準(zhǔn)的控制及計(jì)算，因此選用了零磁通方式。將霍爾器件的輸出電壓進(jìn)行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個(gè)電流通過(guò)補(bǔ)償線圈，并令補(bǔ)償線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反，若滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時(shí)下式成立：

Io=Is(N2/N1)

      式中，I1為被測(cè)電流，即磁芯中初級(jí)繞組中的電流，N1為初級(jí)繞組的匝數(shù)，I2為補(bǔ)償繞組中的電流，N2為補(bǔ)償繞組的匝數(shù)。由上式可知，達(dá)到磁平衡時(shí)，即可由Is及匝數(shù)比N2/N1得到Io。
      霍爾電流傳感器的特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)電流的“無(wú)電位”檢測(cè)。即測(cè)量電路不必接入被測(cè)電路即可實(shí)現(xiàn)電流檢測(cè)，它們靠磁場(chǎng)進(jìn)行耦合。因此，檢測(cè)電路的輸入、輸出電路是完全電隔離的。檢測(cè)過(guò)程中，檢測(cè)電路與被檢電路互不景響。

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