交流電機變頻調速,在世界各發達國家已普遍使用,且有取代直流調速的趨勢。用變頻器控制電機實現調速,可節省10%以上的電能。而在電梯變頻器行業中,節能和效率也是zui重要的因素,除此之外,變頻調速優異的起制動性能,也給電梯乘客帶來無盡的舒適感。
LEM傳感器在電梯變頻器的應用主要有三方面:
在電梯變頻器的控制中,電流環作為內環,電流控制是zui基礎的電磁過程控制,電流環控制的好壞直接影響到輸出轉矩的精度,而作為電流閉環的輸入反饋值,電流傳感器的采樣信號的精度自然是不可忽視的因素,我司開發的變頻器對逆變器三相輸出分別通過三個電流傳感器采樣,如下圖所示:
一、在變頻器中,電流傳感器的基本作用是保護昂貴的大功率晶體管。由于電流傳感器的響應時間短于1μs,因此,出現過載短路時,在晶體管未達到極限溫度之前即可切斷電源,使晶體管得到可靠的保護,我司采用的是IPM模塊,各系列對應的150%過載時間10s, 200%過載時間0.5s, 電梯驅動是恒轉矩負載,額定狀況啟動需要短時的120%~150%啟動電流,電流傳感器良好的動態性能和快速的響應時間,保證變頻器正常輸出的同時,能對異常狀況及時保護。
二、電流傳感器和相應的供電電源、調理電路構成電流采樣模塊,該模塊將三相定子電流轉化為基本的二進制代碼,提供電流的適時信息,完成電流環的調節。本系統采用三個LEM模塊分別檢測a、b、c相電流。并通過采樣電阻將電流信息轉化為電壓信息,然后由變頻器的主控芯片中的AD變換模塊轉化為數字信號。再經過數字濾波和定標處理,為電流環調節提供電流反饋信息。檢測電路的硬件原理圖如下所示:
LEM元件將電流信息轉化為電壓信息,此外還要將LEM檢測回來的信號轉化為適合控制芯片的電壓范圍,首先,將電壓信號變換為對稱的正負電壓,然后提供相應的偏移,轉化到適合控制芯片的電壓范圍。LEM元件對a、b、c三相電流均采樣,經檢測模塊后存放在相應的寄存器中供主控系統采用。
三、電梯配電多采用三線制,電機定子三相電流和等于零,LEM元件對a、b、c三相電流均采樣,經檢測模塊后的轉換結果作為檢測三相電流不平衡率的依據;另外,在逆變器切斷輸出后可通過LEM元件對a、b、c三相電流流動情況進行檢測,以判斷功率模塊是否可靠關斷,消除安全隱患。
在應用中,LEM傳感器體現其極多特點:
它可以測量任意波形的電流,如直流、交流、脈沖波形等,甚至可測出瞬態峰值;
原邊電路與副邊電路之間*高度絕緣,絕緣耐壓一般3~6kV,特殊要求可達到6~50kV;
測量精度高:在工作溫度范圍內精度優于10%,該精度適用于任何波形的測量;
線性度好:優于0.1%;
動態性能好:響應時間小于1μs,跟蹤速度di/dt高于50A/μs;
工作頻帶寬:在0(直流)~100kHZ范圍內精度能達到1%,0~5kHZ范圍內精度提高到0.5%;
過載能力強:當原邊電流超載時,可以自動保護,即使過載電流為額定值的二十倍時傳感器也不會損壞;
原邊與副邊之間的電容量是很弱的,在很多應用中共模電壓的各種影響可忽略;
靈敏度高:能區分在高分量上的弱小信號,如在幾百安培的直流上能區分幾毫安的交流分量;
可靠性高:失效率λ=0.43×10-6/h;抗外磁場能力強:經實驗在距離傳感器5~10cm處的一個兩倍工作電流所產生的磁場干擾而引起自身的誤差≤0.5%。
實踐證明,由LEM電流傳感器、調理電路構成的電流檢測環節,*可以滿足電梯變頻器閉環控制時的電流檢測要求。
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