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霍尔传感器原理以及应用

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图43在变频调速电机中的应用

(I,R,S,T均为霍尔电流传感器)

图44用于电能管理的霍尔电流传感器

图45霍尔接地故障检测器的原理和结构

于图42。图中,SCR1是主串联晶闸管,SCR2为辅助晶闸管,Lo、Co组成输入滤波器,Ls是平滑扼流圈,M1~M5是霍尔电流传感器。

3.2.12.7在交流变频调速电机中的应用

用变频器来对交流电机实施调速,在世界各发达国家已普遍使用,且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速,可节省10%以上的电能。在变频器中,霍尔电流传感器的主要作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于霍尔电流传感器的响应时间短于1μs,因此,出现过载短路时,在晶全管未达到极限温度之前即可切断电源,使晶体管得到可靠的保护,如图43所示。

3.2.12.8用于电能管理

图44给出一种用于电能管理的电流传感器的示意图。图中,12是通电导线,11是导磁材料带,17是霍尔元件,19是霍尔元件的输入、输出引线。由此构成的电流传感器,可安装到配电线路上进行负载管理。霍尔器件的输出和计算机连接起来,对用电情况进行监控,若发现过载,便及时使受控的线路断开,保证用电设备的安全。用这种装置,也可进行负载分配及电网的遥控、遥测和巡检等。

3.2.12.9在接地故障检测中的应用

在配电和各种用电设备中,可靠的接地是保证配电和用电设备安全的重要措施。采用霍尔电流传感器来进行接地故障的自动监测,可保证用电安全。图45示出一种霍尔接地故障监测装置。

3.2.12.10在电网无功功率自动补偿中的应用

电力系统无功功率的自动补偿,是指补偿容量随负荷和电压波动而变化,及时准确地投入和切除电容器,避免补偿过程中出现过补偿和欠补偿的不合理和不经济,使电网的功率因数始终保持最佳。无功功率的自动采样若用霍尔电流、电压传感器来进行,在保证“及时、准确”上具有显著的优点。因为它们的响应速度快,且无相位差,如图46所示。

图46电网无功功率自动补偿控制器的原理框图

3.2.12.14霍尔钳形电流表

将磁芯做成张合结构,在磁芯开口处放置霍尔器件,将环形磁芯夹在被测电流流过的导线外,即可测出其中流过的电流。这种钳形表既可测交流也可测直流。图48示出一种数字钳形交流电流表的线路。

用钳形表可对各种供电和用电设备进行随机电流检测。

3.2.13电功率测量

使负载电压变换,令其与霍尔器件的工作电流成比例,将负载电流通入磁芯绕组中,作为霍尔电流传感器的被测电流,即可构成霍尔功率计。由霍尔器件输出的霍尔电压来指示功率,其工作原理如图49所示。

3.2.12.11在电力工频谐波分析仪中的应用

在电力系统中,电网的谐波含量用电力工频谐波仪来进行测试。为了将被测电压和电流变换成适合计算机A/D采样的电压,将各种电力工频谐波分析仪的取样装置,如电流互感器、电压互感器、电阻取样与光隔离耦合电路等和霍尔电流传感取样测试对比,结果表明霍尔电流传感器最为适用。对比结果如表8所示。

表8电力工频谐波分析仪中使用的3种接口部件

的比较(LEM模块是一种霍尔零磁通电流传感器)

线性度

CT和PT 电阻取样与光耦隔离电路-

<0.5%

LEM模块 <0.1%

频率范围 较窄 0~30kHz

很小,可以忽略

二组 恒温电路

大 轻 不便 较难

0~100kHz

很小,可以忽略

一组 无 小 轻 方便 容易

对各次谐波幅度有否衰减及衰减一致性 有,不一致对各次谐波有否相移及相移一致性 有,不一致

所需电源 辅助电路 体积 重量 安装是否方便 调试难易程度

不需要 无 大 重 不便 容易

接口部件

性能、特点3.2.12.12在开关电源中的应用

近代出现的开关电源,是将电网的非稳定的交流电压变换成稳定的直流电压输出的功率变换装置。无论是电压控制型还是电流控制型开关电源,均采用脉冲宽度调制,借助驱动脉冲宽度与输出电压幅值之间存在的某种比例关系来维持恒压输出。其中,宽度变化的脉冲电压或电流的采样、传感等均需用电流、电压传感器来完成。霍尔电流、电压传感器以其频带宽、响应时间快以及安装简便而成为首选的电流、电压传感器。

3.2.12.13在大电流检测中的应用

在冶金、化工、超导体的应用以及高能物理(例如可控核聚变)试验装置中都有许多超大型电流用电设备。用多霍尔探头制成的电流传感器来进行大电流的测量和控制,既可满足测量准确的要求,又不引入插入损耗,还免除了像使用罗果勘斯基线圈法中需用的昂贵的测试装置。图47示出一种用于DⅢ-D托卡马克中的霍尔电流传感器装置。采用这种霍尔电流传感器,可检测高达到300kA的电流。

图47(a)为G-10安装结构,中心为电流汇流排,(b)为电缆型多霍尔探头,(c)为霍尔电压放大电路。

(a)G 10安装结构(b)电缆型多霍尔探头(c)霍尔电压放大电路

图47多霍尔探头大电流传感器

图48霍尔钳形数字电流表线路示意图

图49霍尔功率计原理图

霍尔传感器原理以及应用

图43在变频调速电机中的应用(I,R,S,T均为霍尔电流传感器)图44用于电能管理的霍尔电流传感器图45霍尔接地故障检测器的原理和结构于图42。图中,SCR1是主串联晶闸管,SCR2为辅助晶闸管,Lo、Co组成输入
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