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(duì)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(duì)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(cè)光伏匯流箱實(shí)時(shí)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(chǎng)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(duì)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(lái)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(guò)一根長(zhǎng)導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過(guò)磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測(cè)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。
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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：
- 分類方案帶寬范圍隔離性響應(yīng)時(shí)間1霍爾電流傳感器0～20kHZ3.5kV10us2互感器+儀表50Hz工頻測(cè)量3.5kV200ms3分流器+儀表直流不隔離200ms
表1 霍爾電流傳感器優(yōu)點(diǎn)對(duì)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(duì)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(chǎng)接線方便、可靠。一般情況下，可以根據(jù)輸入信號(hào)、內(nèi)孔尺寸來(lái)選擇霍爾電流傳感器 。開環(huán)霍爾電流傳感器型號(hào)選型如表2所示：
- 型號(hào)輸入信號(hào)輸出信號(hào)內(nèi)孔（mm）精度輔助電源AHKC-E50～500A5VΦ211級(jí)±15VAHKC-LT200～2000A5VΦ321級(jí)±15VAHKC-BS50～500A5V20.5×10.51級(jí)±15VAHKC-F200～1500A5V41×121級(jí)±15V
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：
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圖2 開環(huán)霍爾電流傳感器實(shí)物圖
3.3 技術(shù)指標(biāo)
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(duì)8路光伏匯流箱輸出電流電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)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(gè)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(jì)算出前級(jí)8路匯流箱的實(shí)時(shí)輸出電流，同時(shí)可 配合1個(gè)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(cè)量。
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圖3 圖4
4.2 使用注意事項(xiàng)
1、為了得到較好的動(dòng)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(guò)傳感器原邊線圈，且次級(jí)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(cè)量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測(cè)量端M），發(fā)生這種情況時(shí)，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(guò)同樣等級(jí)大小的交流電流并逐漸減小其值；
3、在大多數(shù)場(chǎng)合，霍爾傳感器都具有很強(qiáng)的抗外磁場(chǎng)干擾能力，一般在距離模塊5-10cm之間存在一個(gè)兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾是可以忽略的，但當(dāng)有更強(qiáng)的磁場(chǎng)干擾時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決。通常方法有：
① 調(diào)整模塊方向，使外磁場(chǎng)對(duì)模塊的影響最小；
② 在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)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(cè)量的最佳精度是在額定值下得到的，當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)，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(guò)８０℃。
5 結(jié)束語(yǔ)
隨著社會(huì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電流傳感器、分流計(jì)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(gè)領(lǐng)域，在各種需要電流檢測(cè)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(cè),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.
