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霍尔电流传感器的工业应用

    近年来,随着交流逆变器、逆变器装置、开关电源等技术普及,以往的电流电压检测元件不能应对中高频、高di/dt的电流波形的传递和检测。霍尔电流传感器是测定近年来开发的控制电流电压的下一代产业用电量传感器,是填补该间隙的高性能电气检测元件。霍尔电流传感器可以测量从直流到数十千赫交流的各种电流,其基本动作原理是霍尔效应的原理。

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    磁路使载流体周围的磁通集中通过霍尔元件,同时使规定的直流I通过霍尔元件电流端子。霍尔元件电压端产生霍尔电位,放大该电位,输入到铁心补偿线圈,补偿线圈产生的磁通完全补偿被测定电流产生的磁通,补偿线圈的电流与被测定电流的值成正比反应。被测量电流为I,原边的为I*1安培匝,补偿线圈为n匝。将补偿电流设为I0,在取得了匝数平衡时I*1= I0N

     如果I0能够通过采样电阻r变换为电压输出,则R两端电压U0,

     U0= I0* R = IR/N

     U0与被测定电流I成正比,测定U0可以换算成I,这是霍尔电流传感器的工作原理。


 一、霍尔电量传感器分类

 霍尔电量传感器原理上为开放霍尔电流传感器、闭合霍尔电流传感器、霍尔电压传感器三类。其中开环霍尔电流传感器分为开放式回路,闭合式回路两种。 开口式霍尔常用于现场直流改造项目中。


 二、霍尔电流传感器的工业应用的场合


 1.工业控制

 不间断电源( ups )开关电源( SMPS )

 焊接机、医疗设备、移动通信设备等电源供给电梯、叉车、空调、通风设备

 2.能源和自动化

 过程控制电池监视能量测定

 3.汽车领域。

 电池管理电机驱动控制

 4.铁路。

 应用于机车,变流器道旁的应用和能量测定

 三、霍尔电流传感器、电压传感器具有精度高、线性好、频带宽、响应快、过负载能力强、失去被测量电路能量等许多优点,因此广泛应用到逆变器装置、逆变器装置、斩波器、电度表、ups电源、逆变器焊接机、变电站、电解电镀、数控机床。在电气电子产品中,大电流、电压的精确检测和控制也是保证产品安全可靠动作的根本保证。

1.逆变器

     继电器的保护和测量:在工业用途中,来自高压三相输电线变流器的二次电流分别通过3根霍尔电流传感器,按比例转换为纳米伏特电压输出,然后用运算放大器进行放大和有源滤波,得到所要求的电压信号,使微型计算机得到。 这里使用霍尔电流传感器,可以很容易地实现没有失真的延迟的信号变换。

     在直流自动控制调速系统中的应用:在直流自动控制调速系统中,可以使用霍尔电流电压传感器代替变流器,不仅动态响应性好,而且实现了转子电流的最佳控制和晶闸管的过载保护。

     逆变器的应用:在逆变器中,使用霍尔电流传感器进行接地电路检测,可进行直接侧和交流侧的模拟传感,逆变器能安全工作。

     应用于不间断电源:在此应用中,霍尔电流传感器控制变频器电源正常动作。为了控制闸流管触发角,使用来自霍尔电流传感器1的信号进行反馈,来自霍尔电流传感器2的信号控制逆变器,霍尔电流传感器3控制浮游充电电源。霍尔电流传感器的响应速度快,特别适合计算机的不间断电源。

    电子点焊机的应用:在电子点焊机的电源中,霍尔电流传感器发挥测定和控制的作用。。 通过高速响应再现电流、电压、波形,反馈给可控制的整流器a b,控制输出。 通过斩波器对直流堆叠施加交流,可进行更正确的电流控制。通过霍尔电流传感器进行电流检测,一边测量电流的真正瞬时值,一边不发生引入损耗。


2.斩波器

    电车用斩波器的控制:通过调整电压实现电车的调速。霍尔电流传感器与其他元件组合使用,通过将传感器的信号全部输入控制系统,确保电车的正常动作。

     交流变频电机的应用:在世界发达国家广泛使用用变频电机调速交流电机,有取代直流调速的倾向。通过变频器控制电机实现调速,实现10 %以上的省电。 霍尔电流传感器在逆变器中的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。霍尔电流传感器的响应时间大多在5μs以下,因此发生过负荷短路时,在全部结晶管达到极限温度前切断电源,切实保护晶体管。

    电力管理用:用于安装在配电线上进行负载管理的霍尔电流传感器。连接霍尔电流传感器的输出和电脑,监视消耗电力,发现过负荷后,立即切断受控线路,确保消耗电力的安全。 即使是这样的装置,也可以进行负荷分散和网格的远程测量、远程测量、电子侦察等。

     接地故障检测的应用:在配电和各种电气设备中,确实的地络是确保配电和电气设备安全的重要措施。通过霍尔电流传感器自动监视地络,确保电气安全。

    电力系统无效电力在自动补偿中的应用:所谓电力系统无效电力的自动补偿,是指根据负载和电压变动,补偿容量发生变化,正确地投入电容器进行切除,在补偿过程中不会发生过度补偿和不足补偿的不合理和不经济,电力系统的功率因数始终保持最佳。使用霍尔电流电压传感器进行无效电力的自动取样,由于它们的响应速度快,没有相位差,因此在保证“及时、正确”方面具有显著的优点。

    霍尔钳形电流表:将磁芯做成集约构造,在磁芯开口部配置霍尔元件,将环状的磁芯夹在被测定电流流过的导线之外,从而检测流过该处的电流。这个钳形表可以测量交流和直流。通过钳形表,可以检测各种电源和电气设备的随机电流。

   电力测定:以与霍尔元件动作电流成正比的方式变换负载电压,在铁心绕组中流过负载电流,作为霍尔电流传感器的被测定电流,霍尔电流传感器输出的霍尔电压构成指示电力的霍尔功率计。

   电力工频谐波分析仪的应用:在电力系统中,一般用电力工频谐波分析仪测定栅极的高次谐波含量。为了将被测量电压和电流转换为适合计算机a/d采样的电压,比较了电流变压器、电流变压器、电阻采样和光隔离耦合电路等各种电力工频谐波分析仪的采样装置和霍尔电流传感器的采样测试结果。

   应用于开关电源:现代出现的开关电源是将栅极不稳定的交流电压转换为稳定的直流电压输出的电力转换装置。无论是电压控制型还是电流控制型,都采用脉冲宽度调制,根据驱动脉冲宽度和输出电压宽度之间的某种比例关系维持恒压输出。但是,宽度变化的脉冲电压和电流的采样、感应等需要通过电流电压传感器进行。霍尔电流、电压传感器由于其频带宽度、响应时间快、安装容易,因此最好是电流、电压传感器。

     大电流检测的应用:冶金、化学工业、超导体的应用及高能量物理(例如可控核聚变)试验装置中有很多超大型电流用电气设备。通过使用多孔探针制作的电流传感器进行大电流的测量和控制,没有测量的准确性和插入损失,不需要像标识对照键线圈法那样昂贵的检查装置。


3.电度表

     霍尔三相电力传输器:利用霍尔元件的乘法器功能,检测三相平衡或不平衡负载电路的三相有效电力和无效电力的三相电力传输器也可以构成。 对霍尔三相电力变换器输出的霍尔电压进行滤波、放大、输出变换,将三相电力量变换为直流电压和电流。直流电压可供给远程装置、电子侦察装置等,直流电流可供给近距离测量和计量仪器等。三相输电器是实现电力网自动化的必不可少的要素。

     构成电度表:可以构成在上述电度表之后加上v/f变换及分频计数的电度表,可以构成加上磁卡读取装置的磁卡电度表。另外,能够将霍尔电流、电压传感器作为功率指示器,构成各种功能电力计,在这些电力计中追加几个功能电路,例如,能够构成带有绝缘缺陷检测的电力计、盗电检测电度表等。以霍尔电流、电压传感器的基本功能为基础,搭载多功能家用电度表,可同时显示电流、电压、使用电量、电费、功率因数、高次谐波电压等。 霍尔仪表是最佳智能仪表之一。

    霍尔隔离放大器:霍尔隔离放大器的原理是以霍尔元件为中心,代替变压器耦合隔离放大器中的调制解调系统,构成自平衡弱电流比较器,简化线路。精细调整电流比较器的电路,将放大器的频带扩大到DC~2 MHz,并且保持磁耦合分离放大器的增益精度和光耦合分离放大器的线性的高精度宽频带分离放大器。隔离放大器在空间技术、计算机技术、医疗和计算器方面应用非常重要。

    作为电磁分离耦合器使用:根据霍尔电流传感器的动作原理,可以作为电磁耦合器使用。通过初级线圈的电流控制霍尔元件的输出,通过该输出信号控制其他电路,可获得隔离效果,同时实现耦合。通过这样的电路,可以制作霍尔继电器、过载保护器、通信线路的保护开关等。这个电磁耦合器可以制作开关式和模拟输出式两者。





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