安科瑞 崔庭宇

1 概述

    随着现代电力电子技术的发展，电力系统中大量采用大功率晶体管，整流管、晶闸管、并采用了变频调速及脉宽调制技术。这些技术的应用，大大节省了能源。但是，在电路中电流、电压波形多为非正弦波，要用电流，电压传感器检测出来，然后对系统进行控制。近年来，计算机广泛地应用于生产过程的控制或数据的实时采集和处理中，在这些应用中，也要求迅速准确地检测各种波形的电流，电压等参数。霍尔传感器可以传感从直流到数百千周的讯号，用磁补偿原理制作的磁补偿霍尔传感器，则具有现代控制系统基本要求的各种功能。

2 磁补偿霍尔传感器

2.1结构

    磁补偿霍尔传感器是把互感器，磁放大器，霍尔元件和电子线路的优点集中在一起，构成一个具有测量、反馈、保护三种功能的闭环自控检测系统的传感器。它根据磁场补偿原理，使输出电流正比于原电流，且如实反映原边电流波形。磁势的平衡不靠电磁感应来实现，而是采用由霍尔元件感生的电压作为反馈控制信号，由电子线路的电源供给补偿能量。

2.2工作原理

    如图1所示，主电流IP回路所产生的磁场,始终通过一个次级线圈的电流Is所产生的磁场进行补偿，使霍尔元件一直处于零磁通时的工作状态。当主回路有一大电流IP流过时，在导线周围产生一个强磁场，这一磁场被聚磁环聚磁，并感应到霍尔元件，使其产生一个信号输出。这信号经放大器放大，输入到功率放大器中，使相应的功率管导通，从而获得一个补偿电流Is。这一电流通过很多匝绕组，所产生的磁场与主电流所产生的磁场大小相等，方向相反，因而补偿原来的磁场，使霍尔元件的输出逐渐减少。zui后，当Is与匝数相乘所产生的磁场与IP所产生的磁场相等时，霍尔元件就达到了零磁通状态。

　　图1工作原理

    上述平衡过程是在1us时间内建立的，是一个动态平衡过程。一旦磁场失去平衡，霍尔元件就有信号输出;经放大后，立即有相应的电流流过次级线圈进行补偿。因此从宏观上看，副边的安匝数在任何时间都与原边的安匝数相等，时时补偿为零，即： NPIP+NSIS=0

　　其中： NP为原边匝数，IP为原边电流， NS为副边匝数，IS为副边电流。

　　若已知NP NS，测得IS即可得到主电流IP的大小

3 磁补偿霍尔传感器的优点

    (1)传感器不再受频率，波形的限制，测量频率的范围已不限于50Hz，可从0(直流)~lOOkHz,不仅能检50Hz正弦量、有效值、瞬态峰值，并能对任何波形甚至对含直流分量的信号都可做出迅速响应，适应了电力电子技术变频斩波调速向高频发展的需要。

    (2)磁补偿霍尔传感器由于采取了高迁移率的半导体霍尔元件及电子反馈线路，使响应速度可达1 uS。它比电磁元件,快速熔断的动作快了儿1\数量级,可以有效地保护GTR的二次击穿,晶闸管的di/dt损坏,GTO的超可关断电流和IGBT管的超锁定电流的保护,VDMOS管的抗振荡及SITH管的过电流保护。

4 磁补偿霍尔传感器在电子点焊机中的应用

    由于电流电压磁补偿霍尔传感模块响应速度快(1s),可重现电流和电压波形,并反馈回可控整流器中去控制输出,在直流上加一个交流电流以更地控制总焊接电流从而提高焊接质 量和减少电能的消耗.如图2所示. 图2用于电子点焊机焊接部分

5 与计算机联机使用

    磁补偿霍尔传感器在电子点焊机中的应用,既可单独使用,也可和计算机联机使用.图3为其结构图用单片微处理器8051作为核心器件,打印机采用TP一40微型打印机,用于打印检测结果.显示部分采用8位LED数码管构成,用于显示检测结果和显示输入.键盘由数字键,字母键和功能键构成,用来输入操作命令.串行通信接口为标准RS232接口,用于与计算机进行数据通信.由于计算机的功能比单片微处理器的功能强大,储存量大,并且软件丰富,因此,可以输入8路模拟信号,由计算机的CPU直接读取.在软件控制下,分时采样,可同时 检控8个电子点焊机中的磁补偿霍尔传感器,方便地进行规模性生产及数据库管理.

6结束语

    由于磁补偿霍尔传感器具有线性度好,动态响应性能优,测量精度高,范围宽,过载能力强,灵敏度高,抗*力强,补偿后铁心内磁通为零,体积小,重量轻,模块化后装在母线上就可使用等 优点.因此,它在电子点焊机中得到了成功的应用,既可单独应用于一台电子点焊机也可与计算机联网,控制8台电子点焊机,进行规模性生产.不但提高了焊接质量,而且减少了电能的消耗,从而降低了生产成本.随着电力电子技术的发展,磁补偿霍尔传感器在整流,逆变,变频,斩波,交流调压,调速,非正弦周期量的检测以及保护和控制方面应用的会越来越广泛.