安科瑞 崔庭宇

1 概述

    隨著現代電力電子技術的發展，電力系統中大量采用大功率晶體管，整流管、晶閘管、并采用了變頻調速及脈寬調制技術。這些技術的應用，大大節省了能源。但是，在電路中電流、電壓波形多為非正弦波，要用電流，電壓傳感器檢測出來，然后對系統進行控制。近年來，計算機廣泛地應用于生產過程的控制或數據的實時采集和處理中，在這些應用中，也要求迅速準確地檢測各種波形的電流，電壓等參數。霍爾傳感器可以傳感從直流到數百千周的訊號，用磁補償原理制作的磁補償霍爾傳感器，則具有現代控制系統基本要求的各種功能。

2 磁補償霍爾傳感器

2.1結構

    磁補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點集中在一起，構成一個具有測量、反饋、保護三種功能的閉環自控檢測系統的傳感器。它根據磁場補償原理，使輸出電流正比于原電流，且如實反映原邊電流波形。磁勢的平衡不靠電磁感應來實現，而是采用由霍爾元件感生的電壓作為反饋控制信號，由電子線路的電源供給補償能量。

2.2工作原理

    如圖1所示，主電流IP回路所產生的磁場,始終通過一個次級線圈的電流Is所產生的磁場進行補償，使霍爾元件一直處于零磁通時的工作狀態。當主回路有一大電流IP流過時，在導線周圍產生一個強磁場，這一磁場被聚磁環聚磁，并感應到霍爾元件，使其產生一個信號輸出。這信號經放大器放大，輸入到功率放大器中，使相應的功率管導通，從而獲得一個補償電流Is。這一電流通過很多匝繞組，所產生的磁場與主電流所產生的磁場大小相等，方向相反，因而補償原來的磁場，使霍爾元件的輸出逐漸減少。zui后，當Is與匝數相乘所產生的磁場與IP所產生的磁場相等時，霍爾元件就達到了零磁通狀態。

　　圖1工作原理

    上述平衡過程是在1us時間內建立的，是一個動態平衡過程。一旦磁場失去平衡，霍爾元件就有信號輸出;經放大后，立即有相應的電流流過次級線圈進行補償。因此從宏觀上看，副邊的安匝數在任何時間都與原邊的安匝數相等，時時補償為零，即： NPIP+NSIS=0

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

　　若已知NP NS，測得IS即可得到主電流IP的大小

3 磁補償霍爾傳感器的優點

    (1)傳感器不再受頻率，波形的限制，測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、瞬態峰值，并能對任何波形甚至對含直流分量的信號都可做出迅速響應，適應了電力電子技術變頻斬波調速向高頻發展的需要。

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

4 磁補償霍爾傳感器在電子點焊機中的應用

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

5 與計算機聯機使用

    磁補償霍爾傳感器在電子點焊機中的應用,既可單獨使用,也可和計算機聯機使用.圖3為其結構圖用單片微處理器8051作為核心器件,打印機采用TP一40微型打印機,用于打印檢測結果.顯示部分采用8位LED數碼管構成,用于顯示檢測結果和顯示輸入.鍵盤由數字鍵,字母鍵和功能鍵構成,用來輸入操作命令.串行通信接口為標準RS232接口,用于與計算機進行數據通信.由于計算機的功能比單片微處理器的功能強大,儲存量大,并且軟件豐富,因此,可以輸入8路模擬信號,由計算機的CPU直接讀取.在軟件控制下,分時采樣,可同時 檢控8個電子點焊機中的磁補償霍爾傳感器,方便地進行規模性生產及數據庫管理.

6結束語

    由于磁補償霍爾傳感器具有線性度好,動態響應性能優,測量精度高,范圍寬,過載能力強,靈敏度高,抗*力強,補償后鐵心內磁通為零,體積小,重量輕,模塊化后裝在母線上就可使用等 優點.因此,它在電子點焊機中得到了成功的應用,既可單獨應用于一臺電子點焊機也可與計算機聯網,控制8臺電子點焊機,進行規模性生產.不但提高了焊接質量,而且減少了電能的消耗,從而降低了生產成本.隨著電力電子技術的發展,磁補償霍爾傳感器在整流,逆變,變頻,斬波,交流調壓,調速,非正弦周期量的檢測以及保護和控制方面應用的會越來越廣泛.