LEM傳感器在通用變頻器中的應(yīng)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)體器件進入電力電子領(lǐng)域后，交流變頻調(diào)速、逆變裝置、開關(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。為了自動檢測和顯示電流，并在過流、過壓等危害情況發(fā)生時具有自動保護和更高級的智能控制，就必須使用具有高速度，高精度的檢測、采樣和保護的霍爾電流傳感器�；魻栯娏鱾鞲衅髂�塊，是近十幾年發(fā)展起來的測量控制電流、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)通用電機和變頻電機的普通通用變頻器。此類變頻器由于工業(yè)領(lǐng)域的廣泛使用已成為變頻器的主流。

一般異步電機轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速存在一個滑差關(guān)系，調(diào)速的方法可改變電機定子頻率f、電機定子的繞組極對數(shù)P、轉(zhuǎn)差率S其中任意一種達到，對異步電機最好的方法是改變頻率f，實現(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，就可以實現(xiàn)交流電動機大范圍的連續(xù)平滑調(diào)速。

由以上分析可知通用變頻器對異步電機調(diào)速時，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)用越來越廣泛，變頻器的保護裝置顯得越來越重要。變頻器一般有過電流、過電壓、過載、缺相等保護，主要由不同功能的傳感器采樣到不同的模擬值，經(jīng)過變換電路轉(zhuǎn)換成單片機適用的信號，由單片機來完成各種保護。其中電流傳感器在變頻器里的作用最為重要，通過它可以精確測定到當(dāng)前變頻器的電流，對于變頻器的過電流、過載保護相當(dāng)重要。

2、霍爾電流傳感器在變頻器中的應(yīng)用

在有電流流過的導(dǎo)線周圍會感生出磁場，再用霍爾器件檢測由電流感生的磁場,即可測出產(chǎn)生這個磁場的電流的量值。由此就可以構(gòu)成霍爾電流、電壓傳感器。因為霍爾器件的輸出電壓與加在它上面的磁感應(yīng)強度以及流過其中的工作電流的乘積成比例，是一個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)動各種性質(zhì)的負(fù)載。因為霍爾器件的應(yīng)用原理簡單，信號處理方便，器件本身又具有一系列的獨特優(yōu)點，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昂貴的大功率晶體管。由于霍爾電流傳感器的響應(yīng)時間短于1μs，因此，出現(xiàn)過載短路時，在晶體管未達到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護。

霍爾電流傳感器按其工作模式可分為直接測量式和零磁通式，在變頻器中由于需要精準(zhǔn)的控制及計算，因此選用了零磁通方式。將霍爾器件的輸出電壓進行放大，再經(jīng)電流放大后，讓這個電流通過補償線圈，并令補償線圈產(chǎn)生的磁場和被測電流產(chǎn)生的磁場方向相反，若滿足條件IoN1=IsN2，則磁芯中的磁通為0，這時下式成立：

Io=Is(N2/N1)

式中，I1為被測電流，即磁芯中初級繞組中的電流，N1為初級繞組的匝數(shù)，I2為補償繞組中的電流，N2為補償繞組的匝數(shù)。由上式可知，達到磁平衡時，即可由Is及匝數(shù)比N2/N1得到Io。

霍爾電流傳感器的特點是可以實現(xiàn)電流的“無電位”檢測。即測量電路不必接入被測電路即可實現(xiàn)電流檢測，它們靠磁場進行耦合。因此，檢測電路的輸入、輸出電路是完全電隔離的。檢測過程中，檢測電路與被檢電路互不景響。