安科瑞 崔庭宇

1 概述

    隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)中大量采用大功率晶體管，整流管、晶閘管、并采用了變頻調(diào)速及脈寬調(diào)制技術(shù)。這些技術(shù)的應(yīng)用，大大節(jié)省了能源。但是，在電路中電流、電壓波形多為非正弦波，要用電流，電壓傳感器檢測(cè)出來(lái)，然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。近年來(lái)，計(jì)算機(jī)廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程的控制或數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和處理中，在這些應(yīng)用中，也要求迅速準(zhǔn)確地檢測(cè)各種波形的電流，電壓等參數(shù)?；魻杺鞲衅骺梢詡鞲袕闹绷鞯綌?shù)百千周的訊號(hào)，用磁補(bǔ)償原理制作的磁補(bǔ)償霍爾傳感器，則具有現(xiàn)代控制系統(tǒng)基本要求的各種功能。

2 磁補(bǔ)償霍爾傳感器

2.1結(jié)構(gòu)

    磁補(bǔ)償霍爾傳感器是把互感器，磁放大器，霍爾元件和電子線路的優(yōu)點(diǎn)集中在一起，構(gòu)成一個(gè)具有測(cè)量、反饋、保護(hù)三種功能的閉環(huán)自控檢測(cè)系統(tǒng)的傳感器。它根據(jù)磁場(chǎng)補(bǔ)償原理，使輸出電流正比于原電流，且如實(shí)反映原邊電流波形。磁勢(shì)的平衡不靠電磁感應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而是采用由霍爾元件感生的電壓作為反饋控制信號(hào)，由電子線路的電源供給補(bǔ)償能量。

2.2工作原理

    如圖1所示，主電流IP回路所產(chǎn)生的磁場(chǎng),始終通過(guò)一個(gè)次級(jí)線圈的電流Is所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾元件一直處于零磁通時(shí)的工作狀態(tài)。當(dāng)主回路有一大電流IP流過(guò)時(shí)，在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)，這一磁場(chǎng)被聚磁環(huán)聚磁，并感應(yīng)到霍爾元件，使其產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)輸出。這信號(hào)經(jīng)放大器放大，輸入到功率放大器中，使相應(yīng)的功率管導(dǎo)通，從而獲得一個(gè)補(bǔ)償電流Is。這一電流通過(guò)很多匝繞組，所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小相等，方向相反，因而補(bǔ)償原來(lái)的磁場(chǎng)，使霍爾元件的輸出逐漸減少。zui后，當(dāng)Is與匝數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與IP所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相等時(shí)，霍爾元件就達(dá)到了零磁通狀態(tài)。

　　圖1工作原理

    上述平衡過(guò)程是在1us時(shí)間內(nèi)建立的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾元件就有信號(hào)輸出;經(jīng)放大后，立即有相應(yīng)的電流流過(guò)次級(jí)線圈進(jìn)行補(bǔ)償。因此從宏觀上看，副邊的安匝數(shù)在任何時(shí)間都與原邊的安匝數(shù)相等，時(shí)時(shí)補(bǔ)償為零，即： NPIP+NSIS=0

　　其中： NP為原邊匝數(shù)，IP為原邊電流， NS為副邊匝數(shù)，IS為副邊電流。

　　若已知NP NS，測(cè)得IS即可得到主電流IP的大小

3 磁補(bǔ)償霍爾傳感器的優(yōu)點(diǎn)

    (1)傳感器不再受頻率，波形的限制，測(cè)量頻率的范圍已不限于50Hz，可從0(直流)~lOOkHz,不僅能檢50Hz正弦量、有效值、瞬態(tài)峰值，并能對(duì)任何波形甚至對(duì)含直流分量的信號(hào)都可做出迅速響應(yīng)，適應(yīng)了電力電子技術(shù)變頻斬波調(diào)速向高頻發(fā)展的需要。

    (2)磁補(bǔ)償霍爾傳感器由于采取了高遷移率的半導(dǎo)體霍爾元件及電子反饋線路，使響應(yīng)速度可達(dá)1 uS。它比電磁元件,快速熔斷的動(dòng)作快了兒1\數(shù)量級(jí),可以有效地保護(hù)GTR的二次擊穿,晶閘管的di/dt損壞,GTO的超可關(guān)斷電流和IGBT管的超鎖定電流的保護(hù),VDMOS管的抗振蕩及SITH管的過(guò)電流保護(hù)。

4 磁補(bǔ)償霍爾傳感器在電子點(diǎn)焊機(jī)中的應(yīng)用

    由于電流電壓磁補(bǔ)償霍爾傳感模塊響應(yīng)速度快(1s),可重現(xiàn)電流和電壓波形,并反饋回可控整流器中去控制輸出,在直流上加一個(gè)交流電流以更地控制總焊接電流從而提高焊接質(zhì) 量和減少電能的消耗.如圖2所示. 圖2用于電子點(diǎn)焊機(jī)焊接部分

5 與計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)使用

    磁補(bǔ)償霍爾傳感器在電子點(diǎn)焊機(jī)中的應(yīng)用,既可單獨(dú)使用,也可和計(jì)算機(jī)聯(lián)機(jī)使用.圖3為其結(jié)構(gòu)圖用單片微處理器8051作為核心器件,打印機(jī)采用TP一40微型打印機(jī),用于打印檢測(cè)結(jié)果.顯示部分采用8位LED數(shù)碼管構(gòu)成,用于顯示檢測(cè)結(jié)果和顯示輸入.鍵盤由數(shù)字鍵,字母鍵和功能鍵構(gòu)成,用來(lái)輸入操作命令.串行通信接口為標(biāo)準(zhǔn)RS232接口,用于與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信.由于計(jì)算機(jī)的功能比單片微處理器的功能強(qiáng)大,儲(chǔ)存量大,并且軟件豐富,因此,可以輸入8路模擬信號(hào),由計(jì)算機(jī)的CPU直接讀取.在軟件控制下,分時(shí)采樣,可同時(shí) 檢控8個(gè)電子點(diǎn)焊機(jī)中的磁補(bǔ)償霍爾傳感器,方便地進(jìn)行規(guī)模性生產(chǎn)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理.

6結(jié)束語(yǔ)

    由于磁補(bǔ)償霍爾傳感器具有線性度好,動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能優(yōu),測(cè)量精度高,范圍寬,過(guò)載能力強(qiáng),靈敏度高,抗*力強(qiáng),補(bǔ)償后鐵心內(nèi)磁通為零,體積小,重量輕,模塊化后裝在母線上就可使用等 優(yōu)點(diǎn).因此,它在電子點(diǎn)焊機(jī)中得到了成功的應(yīng)用,既可單獨(dú)應(yīng)用于一臺(tái)電子點(diǎn)焊機(jī)也可與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),控制8臺(tái)電子點(diǎn)焊機(jī),進(jìn)行規(guī)模性生產(chǎn).不但提高了焊接質(zhì)量,而且減少了電能的消耗,從而降低了生產(chǎn)成本.隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展,磁補(bǔ)償霍爾傳感器在整流,逆變,變頻,斬波,交流調(diào)壓,調(diào)速,非正弦周期量的檢測(cè)以及保護(hù)和控制方面應(yīng)用的會(huì)越來(lái)越廣泛.