要約：

     
           

ホール効果について解説し、閉ループホール電流センサの動作原理、主な特徴、製品特性、および選定方法を分析する。周波数変換器におけるホール電流センサの典型的な応用例と、周波数変換器における典型的な電流検出回路について検討・分析し、周波数変換器における典型的な応用例について簡単に考察する。

はじめに

     
           

現代の産業技術の継続的な発展に伴い、電流検出は産業制御分野で広く利用されるようになりました。産業制御では、電流検出の精度と応答速度に高い要求が課せられます。同時に、検出対象物からの完全な絶縁も求められます。ホール電流センサはこれらの問題をうまく解決します。優れた性能と精巧な構造を持つホール電流センサは、産業制御分野における電流絶縁測定のソリューションとして確立され、駆動装置、周波数変換器、モータ巻線、高周波大電流測定などに幅広く使用されています。

2。 働く原則

     
           

ホール電流センサは、ホール効果を利用した磁場センサです。動作モードは、オープンループ（直接増幅型）とクローズドループ（磁気バランス型）の2種類があります。直接増幅型ホールセンサの利点は、回路構成がシンプルで比較的低コストであることです。欠点は、精度と直線性が低く、応答速度が遅く、温度ドリフトが大きいことです。これらの欠点を克服するために、クローズドループ（磁気バランス型）ホール電流センサが登場しました。

図1に示すように、閉ループホール電流センサはゼロフラックスホール電流センサとも呼ばれます。これは、一次回路、磁気リング、ホール素子二次コイル、増幅器などで構成されています。一次電流IPによって生成された磁束が高品質の磁気コアを介して磁気回路に集中すると、エアギャップに固定されたホール素子が磁束を検出し、磁気コアに巻かれた多巻コイルを介して逆補償電流を出力します。この電流は一次IPによって生成された磁束を相殺するために使用され、磁気回路内の磁束が常にゼロに保たれます。特殊な回路で処理された後、センサの出力端は一次電流を正確に反映した電流変化を出力できます。

   

図1

3.製品紹介

     
         

3.1 製品の選択

             

閉ループホール電流センサは、応答時間が短い、動作周波数が高い、過負荷耐性が高い、絶縁性が高いなど、多くの利点があります。一般的に、ホール電流センサは、入力信号、外観、内径に基づいて選択されます。センサ業界において、江蘇安科利ホール電流センサは、JB/T 7490-2007「ホール電流トランス工業規格」に規定された要件を厳格に遵守しています。ピンタイプの配線を使用する他社製品とは異なり、すべて緑色のプラグイン端子を使用しているため、現場での配線が簡単で信頼性があります。一般的なブランド製品を図2に示します。

   

図2

     
         

3.2 製品の外観

             

モデル:AHBC-LTA

   

図3

     
         

3.3 テクニカル指標

             

応答時間：≤1マイクロ秒

帯域幅：100kHz

オフセット電流：0.1mA

動作温度：-25～70℃

保管温度：-40～80℃

出力負荷：補助電源、入力信号、出力信号によって異なります。

入力過負荷機能：範囲値の2倍を入力すると、通常動作に戻ります。

耐電圧：3.5kV/50Hz/1分

4. Application

     
         

4.1 周波数変換速度制御回路で使用されるセンサ

                 

図4 周波数変換速度制御回路 Yはホール電流センサである

図4の①は、バスの直流電流を検出するために使用されます。主回路で異常なパルスが検出された場合、または実効値が基準値を超えた場合、インバータトリガ回路のトリガパルスが速やかに遮断され、インバータおよび整流モジュールが保護されます。

図4の②は、2つのブリッジアーム間の電流差を検出するために使用されます。転流失敗により、1相の上下ブリッジアームのIBGTモジュールが過電流によって損傷を受けやすくなります。このとき、短絡電流保護は、短絡が検出されてから10μs以内にゲート駆動回路を遮断する必要があります。この種のインバータは、高速過電流保護デバイスを使用する必要があります。ホール電流センサを使用して、各ブリッジアームの電流を検出できます。転流失敗により上下ブリッジアームが同時に導通すると、対応する2つのセンサが同時に電流信号を検出します。基準電圧と比較され、方形波に変換された後、すべてのインバータトリガパルスはゲート回路制御によってブロックされ、短絡経路が遮断され、高価なIBGTモジュールが保護されます。

図4の③は、出力電流の波形を検出するために使用されます。インバータの出力回路に接続され、周波​​数によって変化する交流電流を検出します。これにより、トリガーパルスをより適切に制御できるだけでなく、電気機器への過負荷信号も提供できます。

     
         

4.2使用上の注意

             

4.2.1 より優れた動特性と感度を得るためには、一次コイルと二次コイルの結合に注意を払う必要があります。良好な結合を実現するには、1本のワイヤを使用し、ワイヤがホールセンサモジュールの開口部を完全に満たすようにします。

4.2.2 使用中にセンサの一次コイルに大きな直流電流が流れ、二次回路が電源／電圧レギュレータに接続されていないか、二次側が開いている場合、磁気回路が磁化され、残留磁気が発生し、測定精度に影響します（そのため、使用前に電源と測定端子Mを最初に接続する必要があります）。このような場合は、まず消磁を行う必要があります。その方法は、二次回路に電力を追加せず、同じレベルの交流電流を一次コイルに流して徐々にその値を下げます。

4.2.3 ほとんどの場合、ホールセンサは外部磁場干渉に対して強い耐性を持っています。一般的に、モジュールから5～10cm離れた場所で動作電流Ipの2倍の電流によって発生する磁場干渉は無視できます。しかし、より強い磁場干渉がある場合は、適切な対策を講じて解決する必要があります。一般的な方法は次のとおりです。

① 外部磁場がモジュールに与える影響が少なくなるように、モジュールの向きを調整する。

②モジュールに磁場に抵抗する金属シールドを追加する。

③ ホール素子が2つまたは複数あるモジュールを選択してください。

④測定精度は定格値で得られます。測定電流が定格値よりはるかに低い場合、精度を得るために一次側に複数の巻線を使用できます。つまり、IpNp = 定格アンペアターンです。また、一次フィーダーの温度は80℃を超えてはなりません。

5。結論

     
         

             

ホール電流センサには多くの利点があります。大電流を正確に検出・制御することで、インバータ製品の安全かつ信頼性の高い動作を保証し、異常事態にも迅速に対応しながら正常な出力を維持できるため、インバータの信頼性と安全性が向上します。したがって、周波数変換器におけるホール電流センサの利点はますます顕著になり、周波数変換器業界に欠かせないものとなっています。

【参照】

     
         

             

[1] アンカーイエンタープライズマイクログリッド設計・応用マニュアル 2019.11版

[2] 謝文和. センサーとその応用 [M]. 北京: 高等教育出版社, 2003.

[3] Yuan Junwu. Application of Hall current sensor in frequency converter

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