Application of LEM Sensors In an Inverter 上海新時達電氣有限公司 成愛軍 201802 摘要： 本文介紹了一個變頻器電流傳感器的方案，分析了傳感器的類型、位置、目的和需求，并提供了相應傳感器的類型和參數。最后給出了傳感器的信號接收回路的簡圖。
關鍵詞： 電流傳感器 PWM變頻器
引言
能源工業作為國民經濟的基礎，對于社會、經濟的發展和人民生活水平的提高都極為重要。有資料表明，受資金、技術、能源價格的影響，中國能源利用效率比發達國家低很多。特別是作為能源消耗大戶之一的電機在節能方面是大有潛力可挖的。我國電機的總裝機容量已達4億千瓦，年耗電量達6000億千瓦時，約占工業耗電量的80%。我國各類在用電機中，80%以上為0.55-220kW以下的中小型異步電動機。我國在用電機拖動系統的總體裝備水平僅相當于發達國家50年代水平。因此，在國家“十一五”計劃中，電機系統節能方面的投入將高達500億元左右，所以變頻調速系統在我國將有非常巨大的市場需求。
PWM變頻器檢測點具體分析和設置
我們設計的變頻器其主回路如圖1所示：
圖1 變頻器主回路示意圖
圖中三個橢圓環表示檢測位置，因此在這個變頻器中一共需要三個電流傳感器，分別稱它們為U,V,W，是為精確控制電機而設置的。之所以不采用兩個傳感器的方法，是為了對一些特殊的情況而設計的。這些傳感器的主要作用是：檢測變頻器的輸出電流，這些電流用于精確控制電動機。傳感器給出的電流值送入電機閉環控制系統，用來檢測當前電機的運行狀況，同時控制系統根據該電流值對系統進行修正，以更好的控制電機。
當系統檢測到任意一個傳感器的電流超出設定范圍時，這種情況通常是電機過載或輸出短路造成的，這時候三個電流電流傳感器的電流值相加往往不為零，所以我們使用了三個傳感器。出現電流異常時，變頻器的控制回路馬上停止PWM波的輸出，關斷IGBT，從而保護IGBT和電機不受損壞。
這三個傳感器在安裝位置上可以遠離IGBT等發熱量較大的部件。這樣我們可以對該傳感器提出以下要求：
（1）高精度
要精確控制電動機，電流的反饋信號應該足夠準確。
（2）高速度
速度也應該足夠快，至少能讓控制系統采樣時能夠得到足夠的采樣信號。
（3）低溫度漂移。
電梯可能被安裝在世界各地，工作環境大不相同，因此傳感器應在不同的工作溫度情況下都能提供較高的精度。
（4）允許在較高的溫度下正常運行
逆變器是一個發熱量較高的部件。出于安裝和制造方便，該傳感器會被安裝在離IGBT模塊、電容、散熱器很近的溫度較高的部位，當外界環境溫度在40℃以上時溫度會更高，傳感器應能在這樣惡劣的環境下正常工作。
傳感器的應用電路
和開環傳感器相比，閉環電流傳感器有精度高、響應時間短、溫度漂移低、線性度好等優點，其缺點是成本較高。為提高控制精度，我們采用的電流傳感器均為閉環電流傳感器。電流傳感器的選擇跟變頻器的IGBT模塊選擇有關。假設我們選擇100A的IGBT模塊，可以把過流設置在100A至120A之間。根據要求選擇LEM LA 200-P電流傳感器。該傳感器可以測量200A的電流，采用±15V雙電源供電，測量200A電流時輸出100mA的電流，25℃時的誤差為±0.4%，撿測90A電流的時候其響應速度被控制在了1μs之內，如果控制回路響應速度足夠快就能夠避免IGBT模塊因長時間過流而燒毀。該傳感器需在印刷電路板安裝，可工作于-40~85℃的環境。LA 200-P是閉環電流傳感器，其輸出是電流，且輸出有正有負，不能被控制芯片DSP識別，故采用如下的電路，其原理圖如圖2所示：
圖2 電流傳感器的應用電路
先將電流變換成電壓信號，后跟一個跟隨器使輸出電壓不隨負載的變化而改變，再使用絕對值電路將正負電壓變成DSP的識別電壓（0~3.3V），最后將得到的信號送到DSP。
正常時DSP的信號在0~1.5V之間，當不正常時，DSP的輸入信號有可能達到3V或以上，這時DSP就關斷IGBT輸出信號，保護IGBT和負載。
本方案選用的傳感器均為LEM公司的產品。該公司在傳感器行業遙遙領先，幾乎處于一個半壟斷的地位。LEM公司為全世界傳感器市場提供了各種各樣的傳感器，被廣泛應用于電力電子、機器人、電梯、醫療等行業，相比其他傳感器公司的產品有技術領先成本低廉種類多樣等優勢。這是我們在本方案中選擇LEM傳感器的原因。目前本方案仍處于開發階段。由于安裝位置的不同，設置在A點的兩個傳感器工作溫度大致在30~80℃之間，而設置在B、C點的傳感器工作溫度在10~60℃之間，從試驗的情況來看各個傳感器工作良好，為系統可靠而良好運行提供了快速準確的電壓電流信息。
參考文獻
[1] 吳金宏、倪向陽、吳昊，霍爾電流電壓傳感器/變送器模塊的性能及應用，國外電子元器件，2001 No.01
作者簡介
成愛軍，上海新時達電氣有限公司工程師，從事變頻器系統開發。通信方式：上海新時達電氣有限公司研發二部 郵編201802 電話(021)39127564。Email:
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