顧沖

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801)

摘要：分析了霍爾電流傳感器的工作原理以及產(chǎn)品選型，淺談其在光伏直流柜中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器  工作原理 選型 光伏直流柜

1 引言

     光伏直流柜是對光伏匯流箱匯流后的直流電進(jìn)行匯總、監(jiān)控、保護(hù)的功能柜（一般指匯總直流負(fù)荷的電柜），直流防雷柜可以將多路直流輸入?yún)R總成一路電流輸出，每路都有保護(hù)裝置（斷路器、熔斷器等）、防反二極管等，而且可以對每路電壓電流進(jìn)行監(jiān)控，并可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，而霍爾電流傳感器主要起到監(jiān)測光伏匯流箱實(shí)時輸出電流的作用。

2 工作原理

    霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器，按原理可分為開環(huán)（直放式）和閉環(huán)（磁平衡式），基于實(shí)際應(yīng)用中開環(huán)（直放式）原理傳感器結(jié)構(gòu)相對緊湊、功耗小且成本較低，光伏直流柜中普遍使用開環(huán)（直放式）原理霍爾電流傳感器來配合光伏直流柜匯流采集裝置。

霍爾電流傳感器開環(huán)（直放式）原理：如圖1所示，當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出，其輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為4V/5V。

圖1

3 選型

3.1 產(chǎn)品介紹

霍爾電流傳感器結(jié)合了電流互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)，克服了互感器和分流器的不足，如表1所示：

表1  霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)對比表

    在傳感器行業(yè)內(nèi)，江蘇安科瑞嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 7490-2007《霍爾電流互感器》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項(xiàng)要求，相對于同行采用插針式接線不同， 一律采用綠色可插拔端子現(xiàn)場接線方便、可靠。一般情況下，可以根據(jù)輸入信號、內(nèi)孔尺寸來選擇霍爾電流傳感器 。開環(huán)霍爾電流傳感器型號選型如表2所示：          

 表2  開環(huán)霍爾電流傳感器選型表

3.2 產(chǎn)品外形

常見開環(huán)霍爾電流傳感器如圖2所示：

圖2 開環(huán)霍爾電流傳感器實(shí)物圖

3.3 技術(shù)指標(biāo)

• 響應(yīng)時間：≤10us

• 頻寬：20kHz

• 失調(diào)電壓：±15mV

• 工作溫度：-25～70℃

• 存儲溫度：-40～80℃

• 輸出負(fù)載：根據(jù)不同輔助電源、輸入信號、輸出信號而定

• 輸入過載能力：輸入量程最大值2倍可恢復(fù)正常工作

• 耐壓：3.5kV/50Hz/1min

4 應(yīng)用

4.1 應(yīng)用案例

    在實(shí)際應(yīng)用中，以光伏直流柜需要對8路光伏匯流箱輸出電流電壓進(jìn)行監(jiān)測為例，鑒于光伏直流柜中一般匯流采用銅牌接入且柜體空間有限制，可推薦采用8個體積較小的AHKC-BS  200A/5V霍爾開環(huán)電流傳感器（如圖3、圖4所示）配合安科瑞直流柜匯流采集裝置AGF-D，可計算出前級8路匯流箱的實(shí)時輸出電流，同時可 配合1個直流高壓電壓傳感器ACTDS-DV/V（輸入范圍DC 0-1500V）實(shí)現(xiàn)功率及電能測量。 

 圖3                              圖4

4.2 使用注意事項(xiàng)

    1、為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度，必須注意原邊線圈和副邊線圈的耦合，要耦合得好，最好用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑；

    2、使用中當(dāng)大的直流電流流過傳感器原邊線圈，且次級電路沒有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測量精度（故使用時要先接通電源和測量端M），發(fā)生這種情況時，要先進(jìn)行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源，而在原邊線圈中通過同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值；

    3、在大多數(shù)場合，霍爾傳感器都具有很強(qiáng)的抗外磁場干擾能力，一般在距離模塊5-10cm之間存在一個兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場干擾是可以忽略的，但當(dāng)有更強(qiáng)的磁場干擾時，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q。通常方法有：

    ① 調(diào)整模塊方向，使外磁場對模塊的影響最小；

    ② 在模塊上加罩一個抗磁場的金屬屏蔽罩；

    ③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊；

    ④ 測量的最佳精度是在額定值下得到的，當(dāng)被測電流遠(yuǎn)低于額定值時，要獲得最佳精度，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℃。

5 結(jié)束語

    隨著社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的電流傳感器、分流計等產(chǎn)品已經(jīng)不能勝任更多的工作，在此條件下，霍爾電流傳感器的產(chǎn)生可以使更多的行業(yè)設(shè)備在監(jiān)控下正常工作，減少人員及設(shè)備維護(hù)的投入成本。霍爾電流傳感器因其眾多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，在各種需要電流檢測的系統(tǒng)中，已成為不可缺少的一部分。

參考資料：

（1）安科瑞電氣股份有限公司.電量傳感器選型手冊,201407版

（2）謝文和.傳感器及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.