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尹海
（山東山大奧太電氣有限公司，山東 濟南 250101）
摘要：在逆變式弧焊電源中需對電壓電流信號進行采集，實現對輸出量的閉環控制并對電路進行保護。霍爾電流電壓傳感器性能優異，將會得到越來越多的應用。
關鍵詞：霍爾元件；電壓電流傳感器；逆變式弧焊電源
Application of current and voltage transducers in inverter arc welding source
0 引言
在各種電力電子產品如變頻器、逆變電源、開關電源、逆變焊機中，常需要對各種電壓、電流信號進行采集，實現對輸出電量的閉環控制及對設備工作的可靠性保護。近年來，隨著新型大功率高速開關器件和單片機、PLC、DSP等數字化芯片在各種電力電子產品中得到廣泛的應用，人們對電壓電流信號的采集方法也提出了越來越高的要求。基于霍爾原理制成的電流電壓傳感器以其在各方面表現出來的優點得到了大家的重視，本文僅就該類傳感器在逆變式弧焊電源中的應用現狀和前景進行分析及闡述。
1 逆變式弧焊電源中電壓電流信號的作用及采集方式
圖1 逆變式弧焊電源系統框圖
市電經整流濾波由交流電變為一次直流電，PWM逆變器將其變換為20KHZ的交流電，再經整流濾波后得到二次直流電輸出為電弧提供能量。
在該系統一次直流電環節，電壓信號VDC用來實現對電網欠壓、過壓、缺相的保護；電流信號IDC用來實現對由于輸出過流、二次整流元件損壞、變壓器偏磁過流、一次開關器件橋臂直通等原因的過流保護。
電壓信號VDC對于焊機工作而言不是必需的，在國內工業施工和使用環境電網質量較差的情況下，焊機還易出現頻繁保護，用戶不滿意，因此國內許多焊機產品不設該項保護。但據筆者多年的經驗，供電問題往往是造成焊機故障的主要原因之一，對一次主電路器件如輸入濾波電容、IGBT等危害較大，應予以保護。VDC可以用電阻降壓的方式取得，也可以采用霍爾電壓傳感器。
電流信號IDC對于焊機工作而言也不是必需的，但由于過流的情況易于出現，且短時即可造成IGBT的損壞，故各焊機廠家都是很重視的。用霍爾電流傳感器對一次直流母線電流進行檢測是最合理的保護方法，可以防止因為各種原因造成的過流。因為成本的原因，現在常常采取的替代辦法是在變壓器回路串入電流互感器采集信號，但這種方法不能對逆變器橋臂直通進行保護。各種IGBT驅動模塊一般內含過流保護功能，是通過管壓降間接檢測電流，但其靈敏度較低。
在該系統二次直流電環節，電流信號I O用來實現對焊接電流進行閉環控制并顯示；電壓信號VO用來實現對電弧電壓的檢測，手工電弧焊機據此決定是否輸出熱引弧電流或推力電流，CO2氣體保護焊機據此完成平特性控制，并通過電子電抗器實現短路過渡狀態下電流波形的控制，如圖2所示。
電流信號I O和電壓信號VO在逆變式弧焊電源中往往是必需的。以前人們一般采取的方法是用分流器采集輸出電流信號，由于其信號很弱，須經運算放大器放大后才能使用；電壓信號是把輸出電壓用電阻分壓后直接送入控制電路。這種方法的優點是電路簡單，成本低。但由于逆變式弧焊電源的輸出開關噪聲和電弧噪聲都很強，這種直接取得的信號信噪比很低，不能得到較高的控制精度。另外，由于運算放大器存在溫漂，故對小電流的判定和準確控制也很困難。高頻引弧的氬弧焊機在引弧時會產生強烈干擾，即便經過精心設計，在這種情況下也很難避免干擾造成的影響，嚴重時還會損壞控制電路元器件。霍爾電壓電流傳感器由于與焊機輸出電路無電的直接聯系，因而有很強的抗干擾能力，用于焊機輸出反饋是很理想的。
2 電流電壓傳感器的基本分類及特點
常用的霍爾電流傳感器分為開環與閉環兩種。
開環電流傳感器的基本工作原理是：被檢測電流通過傳感器后，該電流產生的磁通集中在傳感器內磁環的磁路中，用霍爾元件在磁環開口氣隙處進行檢測。霍爾元件的輸出經過處理，在傳感器輸出端可得到精確反映原邊電流的電壓信號。其特點是體積小重量輕、低損耗、測量范圍寬、不影響被測電路工作、價格較便宜，但響應速度稍慢。
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