霍爾直流電流傳感器快速實(shí)現(xiàn)直流配電系統(tǒng)智能改造

摘要：根據(jù)開口式霍爾電流傳感器的原理、特點(diǎn)及安裝方式，分析開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造中的應(yīng)用，快速實(shí)現(xiàn)直流配電系統(tǒng)智能改造。

0：概述

直流配電系統(tǒng)通常由高頻開關(guān)電源和蓄電池組成，用于為直流系統(tǒng)中控制、信號(hào)、繼電保護(hù)自動(dòng)裝置、事故照明等提供可靠的直流電流電源，對(duì)其供電的可靠性、穩(wěn)定性以及供電質(zhì)量均有著很高的要求。因此對(duì)一些使用周期長(zhǎng)的直流配電系統(tǒng)的改造顯得十分緊要。

霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，從霍爾元件的控制電流端通入電流Ic，并在霍爾元件平面的法線方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)，那么在垂直于電流和磁場(chǎng)方向(即霍爾輸出端之間)，將產(chǎn)生一個(gè)電勢(shì)VH，稱其為霍爾電勢(shì)，其大小正比于控 制電流I。與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的乘積。即有式中：K為霍爾系數(shù)，由霍爾元件的材料決定;I為控制電流;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度;VH為霍爾電勢(shì)。

霍爾器件是一種采用半導(dǎo)體材料制成的磁電轉(zhuǎn)換器件。如果在輸入端通入控制電流IC，當(dāng)有一磁場(chǎng)B穿過該器件感磁面，則在輸出端出現(xiàn)霍爾電勢(shì)VH。霍爾電勢(shì)VH的大小與控制電流IC和磁通密度B的乘積成正比，即：VH=KHICBsinΘ霍爾電流傳感器是按照霍爾效應(yīng)原理制成，對(duì)安培定律加以應(yīng)用，即在載流導(dǎo)體周圍產(chǎn)生一正比于該電流的磁場(chǎng)，而霍爾器件則用來測(cè)量這一磁場(chǎng)。因此，使電流的非接觸測(cè)量成為可能。通過測(cè)量霍爾電勢(shì)的大小間接測(cè)量載流導(dǎo)體電流的大小。因此，電流傳感器經(jīng)過了電-磁-電的絕緣隔離轉(zhuǎn)換。

1：開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造的應(yīng)用

1.1 改造要求

系統(tǒng)改造要求不停電進(jìn)行直流系統(tǒng)切改，即在不失去直流電源的情況下進(jìn)行負(fù)荷的倒出和倒入，改造工程難度大。針對(duì)此需求，可采用開口式霍爾電流傳感器來解決改造項(xiàng)目中直流電流計(jì)量問題，確保改造過程中直流母線和直流負(fù)載不停電且安全運(yùn)行。

1.2 開口式霍爾電流傳感器的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理

開口式霍爾電流傳感器整體由外殼、鐵芯、采樣線路板及固定樹脂構(gòu)成，具有耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、環(huán)保等特點(diǎn);線路板與外部接線采用綠色可插拔端子，現(xiàn)場(chǎng)接線方便。

開口式霍爾電流傳感器是在傳統(tǒng)的開環(huán)霍爾電流傳感器的基礎(chǔ)上加以改造，根據(jù)霍爾效應(yīng)和電磁感應(yīng)原理，原邊電流IP產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過磁芯聚磁后，用霍爾感應(yīng)芯片在磁芯氣隙處感應(yīng)原邊電流IP的大小和方向?；魻柛袘?yīng)芯片的輸出電壓，經(jīng)過信號(hào)處理電路，使傳感器的輸出可以反映被測(cè)電流的大小。為了提高霍爾開環(huán)傳感器的性能，通常使用硅鋼或者坡莫合金作為磁芯的材料。

開口式霍爾傳感器原理圖

1.3 應(yīng)用實(shí)例

某鐵路機(jī)車改造項(xiàng)目，改造要求在不能拆卸母排前提下接入傳感器來監(jiān)測(cè)母排直流電流，此種情況只能采用開口式霍爾電流傳感器，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便。

現(xiàn)場(chǎng)安裝如下圖所示，如果現(xiàn)場(chǎng)可斷電安裝，可在銅排上按傳感器間距要求開兩個(gè)對(duì)應(yīng)螺紋孔，將傳感器通過后側(cè)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(xiàn)場(chǎng)要求不斷電安裝，可采用配套橡膠墊塊內(nèi)嵌于外殼與銅排之間固定，確保傳感器能在振動(dòng)條件下也能可靠工作，整個(gè)安裝過程比較快速簡(jiǎn)單。

某鐵路機(jī)車改造項(xiàng)目安裝圖

2： 開口式霍爾電流傳感器

2.1 概述

開口式霍爾電流傳感器相較于閉口霍爾電流傳感器，與傳統(tǒng)單鐵芯、單霍爾芯片的設(shè)計(jì)不同，為了設(shè)計(jì)為分體式結(jié)構(gòu)，將鐵芯分離對(duì)稱安裝，硬件采用雙霍爾芯片并聯(lián)互補(bǔ)差分輸入，具有性能穩(wěn)定、機(jī)械強(qiáng)度高、導(dǎo)磁率高等特點(diǎn)，線路板與外部接線采用綠色可插拔端子，現(xiàn)場(chǎng)接線方便。

AHKC系列開口式霍爾電流傳感器

2.2 型號(hào)說明

2.3 技術(shù)參數(shù)

2.4注意事項(xiàng)

1、霍爾傳感器在使用時(shí)，為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，注意原邊線圈和副邊線圈之間的耦合，建議使用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線完全填滿霍爾傳感器模塊過線孔;

2、霍爾傳感器在使用時(shí)，在額定輸入電流值下才能得到測(cè)量精度，當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)，若要獲得精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數(shù)。另外，原邊饋線溫度不應(yīng)超過 80℃;

3、霍爾電流傳感器正常工作時(shí)的輔助電源不應(yīng)超過標(biāo)定值的±20%;

4、霍爾電流傳感器在安裝使用過程中嚴(yán)禁從高處摔落(≥1m);

5、不能調(diào)節(jié)零點(diǎn)、滿度調(diào)節(jié)電位器;

6、輔助電源需要自行配置;

7、電源正負(fù)不能接反。

參數(shù)范例

例 1 AHKC-EKAA 霍爾電流變送器

輔助電源：DC24V

輸入：DC0～200A

輸出：DC4～20mA

精度：1 級(jí)

3：結(jié)束語(yǔ)

從改造成本上看，如采用傳統(tǒng)閉口式霍爾電流傳感器或者分流器方案，施工時(shí)需要先拆除直流母線銅排，然后安裝傳感器，再將母排重新安裝恢復(fù)，整改線路需要停電配合，采用開口式霍爾電流傳感器則更省時(shí)省力;從測(cè)試性能方面，只要安裝時(shí)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(wěn)定性基本一致。綜上所述，開口式霍爾電流傳感器在直流配電改造過程中有著更為廣泛的應(yīng)用。

審核編輯：湯梓紅