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全面詳解開口式霍爾電流傳感器——安科瑞 陸琳钰

作者:安科瑞 陸琳钰

一、開口式霍爾電流傳感器的設計

全面詳解開口式霍爾電流傳感器——安科瑞 陸琳钰
全面詳解開口式霍爾電流傳感器——安科瑞 陸琳钰

1.1結構特點

開口式霍爾電流傳感器在傳統閉口霍爾電流傳感器的基礎上進行研發,結構新穎,外形美觀大方。整體由外殼、鐵芯、采樣線路闆及固定樹脂構成,外殼材料采用PC/ABS合金,具有耐高溫、機械強度高、環保等特點;鐵芯采用有取向冷紮矽鋼片,具有性能穩定,機械強度高,導磁率極高等特點;線路闆與外部接線采用綠色可插拔端子,現場接線友善、可靠。

1.2工作原理

霍爾電流傳感器是根據霍爾效應、電磁感應原理設計的一種傳感器,按原理可分為開環方式(直放式)和閉環方式(磁平衡式),開口式霍爾電流傳感器是在傳統開環(直放式)霍爾傳感器的基礎上加以改進,與傳統單鐵芯、單霍爾晶片設計不同,為了設計為分體式結構,将鐵芯分離對稱安裝,硬體采用雙霍爾晶片并聯互補差分輸入。

當原邊電流IP流過一根長導線時,在導線周圍将産生磁場,磁場的大小與流過導線的電流成正比,産生的磁場聚集在磁環内,通過磁環氣隙中兩個霍爾元件進行測量,兩霍爾元件标志面相反置于同一磁場内,輸出信号具有互補特征,輸出電壓通過差分放大輸出,不但可抑制共模幹擾,也可溫度漂移的影響,輸出電壓VS精确的反映原邊電流IP。一般的額定輸出标定為DC±5V或DC4-20mA。

1.3産品安裝

以方孔産品為例,将開口式霍爾電流傳感器的安裝螺絲打開,卸下傳感器的下體;将開口式霍爾電流傳感器的上體裝入配電系統的一次母排,合上傳感器的下體,将傳感器的安裝螺絲、墊片穿過上、下體的固定孔,将傳感器的上、下體固定在一起。如果現場可斷電安裝,可在銅牌上按傳感器間距要求開兩個對應螺紋孔,将傳感器通過後側的安裝固定孔固定在母排螺紋孔上,完成傳感器的安裝;如現場要求不斷電安裝,可采用配套橡膠墊塊内嵌于外殼與銅牌之間固定,確定傳感器能在振動條件下也能可靠工作,整個安裝過程比較快速簡單。

1.4開口式霍爾傳感器的優點

與傳統直流電流計量一般采用分流器或互感器測量方法相比,開口式霍爾傳感器具有以下優點:

1)原邊副邊絕緣強度高,最高可達AC12kV隔離;

2)無插入損耗;

3)動态性能好:響應時間小于20us跟蹤速度di/dt高于20A/us;

4)安裝時無需拆卸原邊電纜或母排,特别适用于不允許斷電裝置的改造施工。

二、開口式霍爾電流傳感器的應用

開口式霍爾電流傳感器主要應用在工廠改造直流配電系統中,如電廠直流電源系統改造、變電站直流系統改造改造、通訊機房改造、鐵路機車改造等項目,它能将系統中原邊直流電流信号轉換成為标準DC±5V或4-20mA輸出,起到了監測和電氣隔離作用,可與多回路監控儀表或其他電氣測量儀表配套使用。

2.1應用執行個體

從改造成本方面考慮,如采用傳統閉口式霍爾傳感器或者分流器方案,施工時,必須先拆卸直流母線銅排,然後安裝傳感器,再将母排重新安裝恢複,而整個安裝過程中,至少需要兩名施勞工員配合施工,同時整改線路必須停電配合;而如采用開口式霍爾傳感器方案,以1.3所述安裝方法安裝,僅需一名施勞工員,同時施工時間預計僅需傳統方案1/20時間,工廠停電時間也可相應減少,甚至某些場合不斷電施工安裝,采用此方案明顯省時、省力、省人工。從傳感器采購價格對比,同種開孔外形開口式霍爾傳感器較閉口式霍爾傳感器采購價略高了10%左右。而從測試性能方面分析,隻要安裝時傳感器的上、下體螺絲固定緊密,開口式傳感器與閉口式傳感器的精度、穩定性基本一緻。

綜上對比,無論是從現場施工的優越性還是從項目改造整體采購、施工等方面的綜合成本考慮,使用開口式霍爾電流傳感器無疑是成本效益最高的方案。

以國内知名企業的直流配電櫃為例,将多路直流輸入彙總成一路電流輸出,每路都有保護裝置(斷路器、熔斷器等)、防反二極管等,而且可以對每路電壓電流進行監控,并可以實作遠端通信。采用8個開口式霍爾電流傳感器來監控直流電流,布局美觀,相對于傳統霍爾安裝更友善,與分流器方案相比更安全、實用。

直流配電系統通常由高頻開關電源和蓄電池組成,用于為直流系統中控制、信号、繼電保護及自動裝置、事故照明等提供可靠的直流電源,對其供電的可靠性、穩定性以及供電品質均有着很高的要求。是以對某些服役已久的直流系統進行相應的改造已顯的十分迫切。且直流系統改造時不停電,工程改造難度大,而采用傳統的閉口霍爾電流傳感器或者分流器也無法解決,故而采用開口式霍爾電流傳感器來解決改造項目中直流電流計量問題,以確定改造過程中不停電且安全運作。

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