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霍尔电流传感器在光伏直流柜中的应用

  摘要:分析了霍尔电流传感器的工作原理以及产品选型,浅谈其在光伏直流柜中的应用

  关键词:霍尔电流传感器 工作原理 选型 光伏直流柜

  1 引言

  光伏直流柜是对光伏汇流箱汇流后的直流电进行汇总、监控、保护的功能柜(一般指汇总直流负荷的电柜),直流防雷柜可以将多路直流输入汇总成一路电流输出,每路都有保护装置(断路器、熔断器等)、防反二极管等,而且可以对每路电压电流进行监控,并可以实现远程通信,而霍尔电流传感器主要起到监测光伏汇流箱实时输出电流的作用。

  2 工作原理

  霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,按原理可分为开环(直放式)和闭环(磁平衡式),基于实际应用中开环(直放式)原理传感器结构相对紧凑、功耗小且成本较低,光伏直流柜中普遍使用开环(直放式)原理霍尔电流传感器来配合光伏直流柜汇流采集装置。

  霍尔电流传感器开环(直放式)原理:如图1所示,当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出,其输出电压VS准确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V/5V。

 

图1

  3 选型

  3.1 产品介绍

  霍尔电流传感器结合了电流互感器和分流器的所有优点,克服了互感器和分流器的不足,如表1所示:

  表1 霍尔电流传感器优点对比表

  在传感器行业内,江苏安科瑞严格按照JB/T 7490-2007《霍尔电流互感器》行业标准规定的各项要求,相对于同行采用插针式接线不同, 一律采用绿色可插拔端子现场接线方便、可靠。一般情况下,可以根据输入信号、内孔尺寸来选择霍尔电流传感器 。开环霍尔电流传感器型号选型如表2所示:

  表2 开环霍尔电流传感器选型表

  3.2 产品外形

  常见开环霍尔电流传感器如图2所示:

 

图2 开环霍尔电流传感器实物图

  3.3 技术指标

  ● 响应时间:≤10us

  ● 频宽:20kHz

  ● 失调电压:±15mV

  ● 工作温度:-25~70℃

  ● 存储温度:-40~80℃

  ● 输出负载:根据不同辅助电源、输入信号、输出信号而定

  ● 输入过载能力:输入量程最大值2倍可恢复正常工作

  ● 耐压:3.5kV/50Hz/1min

  4 应用

  4.1 应用案例

  在实际应用中,以光伏直流柜需要对8路光伏汇流箱输出电流电压进行监测为例,鉴于光伏直流柜中一般汇流采用铜牌接入且柜体空间有限制,可推荐采用8个体积较小的AHKC-BS 200A/5V霍尔开环电流传感器(如图3、图4所示)配合安科瑞直流柜汇流采集装置AGF-D,可计算出前级8路汇流箱的实时输出电流,同时可 配合1个直流高压电压传感器ACTDS-DV/V(输入范围DC 0-1500V)实现功率及电能测量。

 

图3                                                           图4

  4.2 使用注意事项

  1)、为了得到较好的动态特性和灵敏度,必须注意原边线圈和副边线圈的耦合,要耦合得好,尽量用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径;

  2)、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈,且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路,则其磁路被磁化,而产生剩磁,影响测量精度(故使用时要先接通电源和测量端M),发生这种情况时,要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源,而在原边线圈中通过同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值;

  3)、在大多数场合,霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力,一般在距离模块5-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的,但当有更强的磁场干扰时,要采取适当的措施来解决。通常方法有:

  ① 调整模块方向,使外磁场对模块的影响最小;

  ② 在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩;

  ③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块;

  ④ 测量的精度是在额定值下得到的,当被测电流远低于额定值时,要获得准确精度,原边可使用多匝,即:IpNp=额定安匝数。另外,原边馈线温度不应超过80℃。

  5 结束语

  随着社会的发展,传统的电流传感器、分流计等产品已经不能胜任更多的工作,在此条件下,霍尔电流传感器的产生可以使更多的行业设备在监控下正常工作,减少人员及设备维护的投入成本。霍尔电流传感器因其众多优点,被广泛应用于各个领域,在各种需要电流检测的系统中,已成为不可缺少的一部分。

  参考资料:

  (1)安科瑞电气股份有限公司.电量传感器选型手册,201407版

  (2)谢文和.传感器及其应用[M].北京:高等教育出版社,2003.