淺談閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理及在逆變焊機中的應(yīng)用

時間：2020-09-11

【摘要】本文介紹閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理及在逆變焊機中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對逆變焊機輸出電流的隔離測量、控制，解決了逆變焊機輸出電流的限流保護問題。

關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器逆變焊機閉環(huán) 霍爾效應(yīng)

1 問題的提出

逆變焊機(以下簡稱為焊機)的輸出電流的檢測與控制，直接決定了焊機工作的穩(wěn)定性和可靠性。由于焊機的使用條件不同而導(dǎo)致負載變化較大，隨之焊機的輸出功率也將發(fā)生較大變化，若對焊機的輸出電流不加限制，會造成焊機因過載而發(fā)熱，影響其功率輸出，較嚴重情況下會導(dǎo)致焊機失效。

閉環(huán)霍爾電流傳感器(以下簡稱傳感器)在逆變焊機中的應(yīng)用，實現(xiàn)了對焊機輸出電流的隔離測量，即霍爾電流傳感器的輸出信號與焊機的輸出電流電氣隔離，有利于霍爾電流傳感器輸出信號調(diào)整處理，通過調(diào)整、設(shè)定該信號并反饋控制焊機的輸出電流，當焊機的輸出電流接近設(shè)計功率輸出時，輸出電流將不再增加，從而限制了焊機的輸出功率, 保護焊機不會因負載等外部因素的變化而損壞。

2 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

1879年，美國物理學(xué)家EdwinHerhert Hal發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)以來，霍爾技術(shù)越來越多的應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。進入20世紀80年代，隨著元器件工藝技術(shù)的發(fā)展，霍爾器件的性能大大提高，由霍爾器件應(yīng)用開發(fā)的霍爾電流傳感器的性能也有很大提高，特別是閉環(huán)霍爾電流傳感器的研制成功，大大擴展了該項技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。

2.1 霍爾效應(yīng)及霍爾器件

霍爾效應(yīng)是霍爾技術(shù)應(yīng)用的理論基礎(chǔ)，當通有小電流的半導(dǎo)體薄片置于磁場中時(見圖 l)，半導(dǎo)體內(nèi)的載流子受洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生電勢差，該電勢差即為霍爾電壓UH，這個電壓UH與磁感應(yīng)強度B及控制電流IC成正比，經(jīng)過理論推算有如下等式關(guān)系：

UH =(RH /d)×B×IC

式中 :UH為霍爾電壓;B為磁感應(yīng)強度;IC為控制電流;RH為霍爾系數(shù);d為半導(dǎo)體厚度。

上式中，若保持控制電流IC不變，在一定條件下，可通過測量霍爾電壓推算出磁感應(yīng)強度的大小，由此建立了磁場與電壓信號的聯(lián)系。根據(jù)這一關(guān)系式，人們研制了用于測量磁場的半導(dǎo)體器件，即霍爾器件。

圖1 霍爾效應(yīng)原理

2.2 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理

閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為**敏感元件用于隔離檢測電流的模塊化產(chǎn)品,它的工作原理是霍爾磁平衡式的(或稱霍爾磁補償式、霍爾零磁通式)。眾所周知，當電流流過一根長的直導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流大小成正比, 這磁場可以通過軟磁材料來聚集,然后用霍爾器件進行檢測,由于磁場的變化與霍爾器件的輸出電壓信號有良好的線形關(guān)系,因此可利用霍爾器件的測得的輸出信號,直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大小。

3 閉環(huán)霍爾電流傳感器的主要性能

閉環(huán)霍爾電流傳感器是近10年來出現(xiàn)的高技術(shù)模塊化產(chǎn)品，與傳統(tǒng)的分流器或互感器的電流測量方法相比有許多優(yōu)點。閉環(huán)霍爾電流傳感器主要有以下特點：

(1)可以同時測量任意波形電流，如: 直流、交流、脈沖電流 ;

(2)二次(側(cè))測量電流與一次(側(cè))被測電流之間完全電氣隔離，絕緣電壓一般為2-12kV ;

(3)電流測量范圍寬，可測量額定100A～2kA的電流 ;

(4)線性度:** 0.1% IN ;

(5)響應(yīng)時間:小于5us ;

(6)頻率響應(yīng):0-100k Hz 。

4 閉環(huán)霍爾電流傳感器在逆變焊機中的應(yīng)用

4.1 閉環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用

閉環(huán)霍爾電流傳感器的應(yīng)用范圍很廣，目前已成功的應(yīng)用于各種電源、逆變焊機、發(fā)電及輸變電設(shè)備、電氣傳動、數(shù)控機床、*裝備等工業(yè)及*產(chǎn)品上。下面以額定電流為300A的CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器 (見下圖)為例，說明這種傳感器的應(yīng)用。

CHB-300S型閉環(huán)電流霍爾傳感器實物照片

CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器的額定電流為300A，輸出電流為150mA，下表給出了CHB-300S型傳感器的主要性能參數(shù):

CHB-300S型霍爾傳感器的主要性能參數(shù)

4.2 應(yīng)用效果

某型逆變焊機中設(shè)計選用了CHB-300S型閉環(huán)霍爾電流傳感器作為系統(tǒng)電流檢測部件，傳感器的主要作用是隔離檢測焊機的輸出電流，通過對傳感器的輸出信號進行處理，設(shè)定限流工作點，確保焊機的輸出功率不**逆變焊機的額定功率。閉環(huán)霍爾電流傳感器CHB-300S的應(yīng)用，很好地實現(xiàn)了上述應(yīng)用目的。

CHB-300S傳感器的應(yīng)用

5.安科瑞霍爾傳感器介紹

5.1產(chǎn)品概述

AHBC-LTA系列電流傳感器的初、次級之間是絕緣的，可用于測量直流、交流和脈沖電流。

5.2. 技術(shù)參數(shù)及外形尺寸

6 結(jié)語

經(jīng)過以上測試 ,該傳感器的性能能夠滿足逆變焊機對電流檢測的需要，該設(shè)計已在多套逆變焊機中應(yīng)用，并按相關(guān)標準進行了試驗測試，測試結(jié)果受到客戶的信任及肯定。

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