sommaire:

     
           

L'effet Hall est présenté, le principe de fonctionnement du capteur de courant à effet Hall en boucle fermée ainsi que ses principales caractéristiques, ses spécifications et les critères de sélection sont analysés. L'application typique du capteur de courant à effet Hall dans un convertisseur de fréquence et le circuit de détection de courant typique de ce convertisseur sont étudiés et analysés, et son application concrète dans un convertisseur de fréquence est brièvement abordée.

1. Introduction

     
           

Avec le développement continu des technologies industrielles modernes, la détection de courant est largement utilisée dans le domaine du contrôle industriel. Ce dernier exige une grande précision et une rapidité de réponse élevée pour la détection de courant, tout en visant une isolation complète avec l'objet mesuré. Les capteurs de courant à effet Hall répondent parfaitement à ces exigences. Grâce à leurs excellentes performances et à leur conception optimisée, ils constituent une solution de choix pour la mesure de courant isolé dans le domaine du contrôle industriel et sont largement utilisés dans les variateurs, les convertisseurs de fréquence, les enroulements de moteurs et les mesures de courants élevés à haute fréquence.

2. Principe de fonctionnement

     
           

Le capteur de courant à effet Hall est un capteur de champ magnétique basé sur l'effet Hall. Il possède deux modes de fonctionnement : en boucle ouverte (type direct) et en boucle fermée (type à équilibrage magnétique). Les avantages du capteur à effet Hall à amplification directe résident dans la simplicité de son circuit et son coût relativement faible ; ses inconvénients sont une précision et une linéarité médiocres, un temps de réponse lent et une forte dérive thermique. Afin de pallier ces défauts, les capteurs de courant à effet Hall en boucle fermée (à équilibrage magnétique) ont été développés.

Le capteur de courant à effet Hall en boucle fermée, également appelé capteur de courant à effet Hall à flux nul (voir figure 1), est composé d'un circuit primaire, d'un anneau magnétique, d'une bobine secondaire contenant un élément Hall, d'un amplificateur, etc. Lorsque le flux magnétique généré par le courant primaire IP est concentré dans le circuit magnétique par l'intermédiaire du noyau magnétique de haute qualité, l'élément Hall, fixé dans l'entrefer, détecte ce flux et génère un courant de compensation inverse via la bobine à plusieurs spires enroulée sur le noyau magnétique. Ce courant de compensation compense le flux magnétique généré par le courant primaire IP, de sorte que le flux magnétique dans le circuit magnétique reste toujours nul. Après traitement par un circuit spécifique, la sortie du capteur fournit des variations de courant reflétant fidèlement le courant primaire.

   

Figure 1

3. Présentation du produit

     
         

3.1 Sélection des produits

             

Les capteurs de courant à effet Hall en boucle fermée présentent de nombreux avantages, tels qu'un temps de réponse court, une fréquence de fonctionnement élevée, une forte capacité de surcharge et une isolation élevée. Le choix du capteur dépend généralement du signal d'entrée, de son apparence et du diamètre de son orifice interne. Dans le secteur des capteurs, les capteurs de courant à effet Hall de Jiangsu Ankeri sont strictement conformes aux exigences de la norme JB/T 7490-2007 « Norme industrielle relative aux transformateurs de courant à effet Hall ». Contrairement aux capteurs à broches, ils sont tous équipés de bornes enfichables vertes, ce qui simplifie et fiabilise le câblage sur site. Les produits de marques courantes sont illustrés sur la figure 2.

   

Figure 2

     
         

3.2 Aspect du produit

             

Modèle : AHBC-LTA

   

Figure 3

     
         

3.3 Indicateurs techniques

             

Temps de réponse : ≤ 1 µs

Bande passante: 100 kHz

Courant de décalage : 0.1 mA

Température de fonctionnement : -25～70℃

Température de stockage : -40～80℃

Charge de sortie : dépend des différentes alimentations auxiliaires, des signaux d’entrée et des signaux de sortie.

Capacité de surcharge d'entrée : saisissez deux fois la valeur de la plage pour reprendre le fonctionnement normal.

Tension de tenue : 3.5 kV/50 Hz/1 min

4. Demande

     
         

4.1 Capteurs utilisés dans les circuits de régulation de vitesse par conversion de fréquence

                 

Figure 4 Circuit de régulation de vitesse par conversion de fréquence Y est le capteur de courant à effet Hall

① dans la figure 4 est utilisé pour détecter le courant continu du bus. Lorsque des impulsions anormales sont détectées dans le circuit principal, ou que la valeur effective dépasse la norme, l'impulsion de déclenchement du circuit de déclenchement de l'onduleur est rapidement coupée pour protéger les modules d'onduleur et de redresseur ;

Le dispositif ② de la figure 4 sert à détecter la différence de courant entre les deux bras du pont. En cas de défaut de commutation, les modules IBGT des bras supérieur et inférieur d'une phase peuvent être endommagés par une surintensité. Dans ce cas, une protection contre les courts-circuits est nécessaire pour couper le circuit de commande de grille dans les 10 µs suivant la détection du court-circuit. Ce type d'onduleur requiert un dispositif de protection rapide contre les surintensités. Un capteur de courant à effet Hall peut être utilisé pour détecter le courant dans chaque bras du pont. Si les bras supérieur et inférieur sont conducteurs simultanément en raison d'un défaut de commutation, les deux capteurs correspondants détectent simultanément le signal de courant. Après comparaison avec la tension de référence et conversion en un signal carré, toutes les impulsions de déclenchement de l'onduleur sont bloquées par la commande du circuit de grille, interrompant ainsi le court-circuit et protégeant le module IBGT, composant coûteux.

Le dispositif ③ de la figure 4 sert à détecter la forme d'onde du courant de sortie. Connecté au circuit de sortie de l'onduleur, il détecte le courant alternatif dont la fréquence varie. Il permet un meilleur contrôle de l'impulsion de déclenchement et fournit également des signaux de surcharge pour les équipements électriques.

     
         

4.2 Précautions d'emploi

             

4.2.1 Afin d'obtenir de meilleures caractéristiques dynamiques et une meilleure sensibilité, il convient de prêter attention au couplage de la bobine primaire et de la bobine secondaire. Pour obtenir un bon couplage, un seul fil peut être utilisé et ce fil remplit complètement l'ouverture du module du capteur à effet Hall ;

4.2.2 Lorsqu'un courant continu important traverse la bobine primaire du capteur pendant son utilisation, et que le circuit secondaire n'est pas connecté à l'alimentation/au régulateur de tension ou que son côté secondaire est ouvert, le circuit magnétique se magnétise, générant un magnétisme résiduel qui affecte la précision de la mesure (il est donc impératif de connecter l'alimentation et la borne de mesure M avant utilisation). Dans ce cas, une démagnétisation doit être effectuée au préalable. La méthode consiste à ne pas alimenter le circuit secondaire, mais à faire passer un courant alternatif de même intensité dans la bobine primaire et à réduire progressivement son amplitude.

4.2.3 Dans la plupart des cas, les capteurs à effet Hall présentent une forte résistance aux interférences des champs magnétiques externes. Généralement, les interférences générées par un courant deux fois supérieur au courant de fonctionnement Ip à une distance de 5 à 10 cm du module sont négligeables. Toutefois, en présence d'interférences plus importantes, des mesures appropriées doivent être prises pour les éliminer. Les méthodes habituelles sont les suivantes :

① Ajustez la direction du module afin que le champ magnétique externe ait moins d'impact sur le module ;

② Ajouter un blindage métallique qui résiste aux champs magnétiques sur le module ;

③ Sélectionnez des modules avec des éléments Hall doubles ou des éléments Hall multiples ;

④ La précision de la mesure est obtenue à la valeur nominale. Lorsque le courant mesuré est nettement inférieur à la valeur nominale, pour obtenir une précision optimale, il est possible d'utiliser plusieurs spires côté primaire, soit : IpNp = ampères-tours nominaux. De plus, la température du départ primaire ne doit pas dépasser 80 °C.

5.Conclusion

     
         

             

Les capteurs de courant à effet Hall présentent de nombreux avantages. En détectant et en contrôlant avec précision les courants élevés, ils garantissent le fonctionnement sûr et fiable des onduleurs, permettant à ces derniers de gérer rapidement les anomalies tout en maintenant un fonctionnement normal. Ceci améliore la fiabilité et la sécurité des onduleurs. Par conséquent, les avantages des capteurs de courant à effet Hall dans les convertisseurs de fréquence sont de plus en plus évidents, et ils sont devenus un élément indispensable de l'industrie des convertisseurs de fréquence.

【Référence】

     
         

             

[1] Manuel de conception et d'application des micro-réseaux d'entreprise Ankerui, édition de novembre 2019.11

[2] Xie Wenhe. Capteurs et leurs applications [M]. Pékin : Presses de l'enseignement supérieur, 2003.

[3] Yuan Junwu. Application du capteur de courant à effet Hall dans le convertisseur de fréquence

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