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閉環(huán)電流傳感器的基本工作原理是：與開環(huán)電流傳感器不同，在磁環(huán)上饒有副邊補(bǔ)償繞組。霍爾元件與輔助電路產(chǎn)生的磁補(bǔ)償電流流過該繞組，與被測電流產(chǎn)生的磁場相平衡，使氣隙處磁通始終為零。該磁補(bǔ)償電流同時(shí)從傳感器輸出，可精確反映原邊電流。外接采樣電阻后，可以把電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴Ｆ涮攸c(diǎn)是頻帶寬、精確度和線性度好、低溫漂、響應(yīng)快，但價(jià)格稍貴。由于是電流型輸出，故在噪聲強(qiáng)的場合抗擾性能較好。
常用的霍爾電壓傳感器是閉環(huán)式的，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理與閉環(huán)電流傳感器類似。不同之處是磁環(huán)上還饒有原邊線圈，使用時(shí)串接限流電阻后接在被測電壓上，被測電壓由此變?yōu)殡娏餍盘栠M(jìn)入傳感器內(nèi)。根據(jù)限流電阻是外串還是內(nèi)置，傳感器也分為兩種。傳感器輸出電流可精確反映被測電壓，外接采樣電阻后，可以把輸出電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枴Ｆ涮攸c(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)高壓檢測，其它與閉環(huán)電流傳感器類似，但由于其原邊線圈匝數(shù)較多，故響應(yīng)速度低于閉環(huán)電流傳感器。
幾種北京萊姆電子有限公司傳感器的主要參數(shù)如表1、表2所示。
表1 電流傳感器參數(shù)
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型號 |
類型 |
原邊額定電流 |
副邊輸出 |
總體精度 |
響應(yīng)時(shí)間 |
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LA100-S |
閉環(huán) |
100A |
100mA |
±0.5% |
＜1μs |
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HAL400-S |
開環(huán) |
400A |
4V |
±1% |
＜3μs |
表2 電壓傳感器參數(shù)
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型號 |
類型 |
原邊額定電壓 |
副邊輸出 |
總體精度 |
響應(yīng)時(shí)間 |
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LV25-200 |
閉環(huán) |
200V |
25mA |
±0.8% |
＜15μs |
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LV100-600 |
閉環(huán) |
600V |
50mA |
±0.7% |
＜90μs |
如前所述，逆變弧焊電源中一次側(cè)電流的檢測要求速度快，電壓較高，因此可以選用LV100-600和 LA100-S進(jìn)行電壓電流的信號采集；而二次輸出側(cè)的濾波時(shí)間常數(shù)一般較大，電流變化速度較低，輸出電壓一般只有幾十伏，因此可以選用LV25-200和 HAL400-S進(jìn)行電壓電流的信號采集。
3 新技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)對信號采集方式的要求
隨著技術(shù)的快速發(fā)展，各種單片機(jī)、PLC、DSP等數(shù)字化芯片在各種逆變式弧焊電源中得到了越來越多的應(yīng)用，提高了產(chǎn)品的各種使用和控制性能。但是這些芯片工作電壓低、工作頻率高，對噪聲敏感，必須采取多重抗干擾措施才能正常工作。其中輸出電壓電流信號的采集宜采用霍爾傳感器，否則很難滿足要求。
電磁環(huán)境問題日益突出，引起世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的重視。1989年歐共體頒布了89/336/EEC指令，明確規(guī)定自1996年1月1日起，所有電子、電器產(chǎn)品須通過EMC檢測方可進(jìn)入歐洲市場。為了盡快與國際接軌，我國也將在兩年內(nèi)出臺電焊機(jī)電磁兼容性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。屆時(shí)，不能通過認(rèn)證的產(chǎn)品將不得生產(chǎn)及銷售，這將是一個非常嚴(yán)峻的問題，必須從現(xiàn)在起就要有所準(zhǔn)備。在電焊機(jī)的抗擾性試驗(yàn)中，有靜電放電、射頻輻射電磁場等多項(xiàng)試驗(yàn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)考慮不嚴(yán)密，在試驗(yàn)中很可能造成焊機(jī)工作不正常，甚至造成器件的損壞。為了避免這種情況的出現(xiàn)，采用電隔離型的電壓電流傳感器是明智的。
4 傳感器應(yīng)用中需注意的若干問題
除了要根據(jù)使用場合正確選擇傳感器的類型和參數(shù)外，在使用中要注意傳感器不應(yīng)置于強(qiáng)磁場中，信號線應(yīng)避開強(qiáng)干擾源，通過電流傳感器的導(dǎo)體溫度不得高于90℃。采樣電阻阻值的選擇要考慮傳感器的輸出能力，否則可能會造成焊機(jī)輸出電流的失控。
為進(jìn)入國際市場，應(yīng)采用通過國際安全認(rèn)證的產(chǎn)品。另外，還應(yīng)采用滿足ROHS指令的產(chǎn)品，這都將是不可回避的問題。
傳感器質(zhì)量對保證焊機(jī)正常工作關(guān)系很大，切不可只追求便宜。筆者就多次遇到因傳感器損壞、線性度差、廠家隨意改變參數(shù)引起傳感器輸出飽和造成的整機(jī)質(zhì)量問題。
5 結(jié)束語
電壓電流傳感器在各方面都具有明顯的優(yōu)越性，近年來在價(jià)格上也有了較大的下降，為了提高我國機(jī)電產(chǎn)品的性能和可靠性，有必要進(jìn)行大力的推廣。
參考文獻(xiàn)：
[1] 電壓電流傳感器[EB/OL].北京萊姆電子有限公司
http://www.lem.com.cn/about/index.htm
[2] 陳樹君.電焊機(jī)的電磁兼容性測試[J].電焊機(jī)資訊專欄，2006，225（2）：9-13.
[3] 錢振宇.開關(guān)電源的電磁兼容性設(shè)計(jì)與測試[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.
作者簡介:尹海（1956-）男，浙江臨海人，副教授，碩士，主要從事逆變焊機(jī)的研發(fā)工作，發(fā)表論文10余篇，曾獲國家科技進(jìn)步二等獎等多項(xiàng)獎勵，現(xiàn)任山東山大奧太電氣有限公司研發(fā)中心總經(jīng)理。
工作單位：山東山大奧太電氣有限公司
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