주파수 변환기에 폐루프 홀 전류 센서 적용

2022-03-16 244

요약:

홀 효과를 소개하고, 폐루프 홀 전류 센서의 작동 원리와 주요 특징, 제품 특성 및 선정 방법을 분석합니다. 주파수 변환기에서 홀 전류 센서의 일반적인 적용 사례와 주파수 변환기 내 전류 검출 회로를 연구 및 분석하고, 주파수 변환기에서의 일반적인 적용에 대해 간략하게 논의합니다.

1. 소개

현대 산업 기술의 지속적인 발전과 함께 전류 검출은 산업 제어 분야에서 널리 활용되고 있습니다. 산업 제어는 전류 검출의 정확성과 응답 속도에 대한 높은 요구 조건을 갖고 있으며, 동시에 검출 대상과의 완벽한 절연을 필요로 합니다. 홀 전류 센서는 이러한 요구 조건을 효과적으로 충족합니다. 뛰어난 성능과 정교한 구조를 갖춘 홀 전류 센서는 산업 제어 분야에서 전류 절연 측정의 핵심 솔루션으로 자리 잡았으며, 드라이브, 주파수 변환기, 모터 권선 및 고주파 대전류 측정 분야에 널리 사용되고 있습니다.

2. 작동 원리

홀 전류 센서는 홀 효과를 기반으로 하는 자기장 센서입니다. 개방 루프(직접 증폭형)와 폐쇄 루프(자기 평형형) 두 가지 작동 모드가 있습니다. 직접 증폭형 홀 센서의 장점은 회로 구조가 간단하고 비용이 비교적 저렴하다는 점입니다. 단점으로는 정확도와 선형성이 떨어지고 응답 속도가 느리며 온도 변화에 따른 드리프트가 크다는 점입니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 폐쇄 루프(자기 평형형) 홀 전류 센서가 개발되었습니다.

폐루프 홀 전류 센서는 그림 1과 같이 제로 플럭스 홀 전류 센서라고도 합니다. 이 센서는 1차 회로, 자기 링, 홀 소자 2차 코일, 증폭기 등으로 구성됩니다. 1차 전류 IP에 의해 생성된 자속이 고품질 자성 코어를 통해 자기 회로에 집중되면, 홀 소자는 공극에 고정되어 자속을 감지하고, 자성 코어에 감긴 다회전 코일을 통해 역보상 전류를 출력합니다. 이 역보상 전류는 1차 IP에 의해 생성된 자속을 상쇄하여 자기 회로 내의 자속이 항상 0으로 유지되도록 합니다. 특수 회로를 거친 후, 센서 출력단은 1차 전류를 정확하게 반영하는 전류 변화를 출력합니다.

그림 1

3. 제품 소개

3.1 제품 선택

폐루프 홀 전류 센서는 짧은 응답 시간, 높은 동작 주파수, 강력한 과부하 내성, 높은 절연성 등 여러 장점을 가지고 있습니다. 일반적으로 홀 전류 센서는 입력 신호, 외관, 내부 구멍 크기 등을 기준으로 선정됩니다. 센서 업계에서 장쑤 안케리(Jiangsu Ankeri)의 홀 전류 센서는 JB/T 7490-2007 "홀 전류 변압기 산업 표준"에 명시된 요구 사항을 엄격히 준수합니다. 핀 타입 배선을 사용하는 다른 제품들과 달리, 장쑤 안케리의 홀 전류 센서는 모두 녹색 플러그형 단자를 사용하여 현장 배선이 편리하고 안정적입니다. 일반적인 브랜드 제품은 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2

3.2 제품 외관

모델:AHBC-LTA

그림 3

3.3 기술 지표

응답 시간: ≤1마이크로초

대역폭: 100kHz

오프셋 전류: 0.1mA

작동 온도 : -25～70℃

보관 온도: -40~80℃

출력 부하: 보조 전원 공급 장치, 입력 신호 및 출력 신호에 따라 달라집니다.

입력 과부하 방지 기능: 정상 작동을 재개하려면 범위 값의 2배를 입력해야 합니다.

내전압: 3.5kV/50Hz/1분

4. 신청

4.1 Sensors used in frequency conversion speed regulation circuits

그림 4는 주파수 변환 속도 조절 회로이며, Y는 홀 전류 센서입니다.

그림 4의 ①은 버스의 직류 전류를 감지하는 데 사용됩니다. 주 회로에서 비정상적인 펄스가 감지되거나 유효값이 기준값을 초과하면 인버터 트리거 회로의 트리거 펄스가 빠르게 차단되어 인버터 및 정류기 모듈을 보호합니다.

그림 4의 ②는 두 브리지 암 사이의 전류 차이를 감지하는 데 사용됩니다. 정류 불량으로 인해 한 상의 상부 및 하부 브리지 암에 있는 IBGT 모듈이 과전류로 손상되기 쉽습니다. 이때 단락 전류 보호 장치가 필요하며, 단락이 감지된 후 10μs 이내에 게이트 구동 회로를 차단해야 합니다. 이러한 종류의 인버터에는 빠른 과전류 보호 장치가 필수적입니다. 홀 전류 센서를 사용하여 각 브리지 암의 전류를 감지할 수 있습니다. 정류 불량으로 인해 상부 및 하부 브리지 암이 동시에 도통되면 해당 두 센서가 동시에 전류 신호를 감지합니다. 이 신호는 기준 전압과 비교하여 구형파로 변환된 후, 게이트 회로 제어를 통해 모든 인버터 트리거 펄스를 차단하여 단락 경로를 막고 고가의 IBGT 모듈을 보호합니다.

③ in Figure 4 is used to detect the waveform of the output current. It is connected to the output circuit of the inverter to detect the AC current that changes with frequency. It can better control the trigger pulse and also provide overload signals for electrical equipment.

4.2 사용상의 주의

4.2.1 더 나은 동적 특성과 감도를 얻기 위해서는 1차 코일과 2차 코일의 결합에 주의를 기울여야 합니다. 양호한 결합을 위해서는 단일 와이어를 사용할 수 있으며, 이 와이어는 홀 센서 모듈의 개구부를 완전히 채워야 합니다.

4.2.2 사용 중 센서의 1차 코일에 큰 직류 전류가 흐를 때, 2차 회로가 전원 공급 장치/전압 조정기에 연결되지 않았거나 2차 측이 개방된 경우, 자기 회로가 자화되어 잔류 자성이 발생하고 이는 측정 정확도에 영향을 미칩니다(따라서 사용 전에 전원 공급 장치와 측정 단자 M을 먼저 연결해야 합니다). 이러한 경우에는 먼저 탈자 작업을 수행해야 합니다. 탈자 방법은 2차 회로에 전원을 공급하지 않고, 동일한 레벨의 교류 전류를 1차 코일에 흘려보내면서 그 값을 점진적으로 감소시키는 것입니다.

4.2.3 대부분의 경우 홀 센서는 외부 자기장 간섭에 대한 저항력이 강합니다. 일반적으로 모듈에서 5~10cm 떨어진 거리에서 동작 전류 Ip의 두 배에 해당하는 전류가 흐르는 자기장은 간섭을 무시할 수 있습니다. 그러나 더 강한 자기장 간섭이 발생하는 경우에는 이를 해결하기 위한 적절한 조치를 취해야 합니다. 일반적인 방법은 다음과 같습니다.

① 외부 자기장이 모듈에 미치는 영향을 최소화하도록 모듈의 방향을 조정하십시오.

② 모듈에 자기장을 차단하는 금속 차폐막을 추가하십시오.

③ 이중 홀 소자 또는 다중 홀 소자가 있는 모듈을 선택하십시오.

④ 측정 정확도는 정격값에서 얻어집니다. 측정 전류가 정격값보다 훨씬 낮을 경우, 정확도를 확보하기 위해 1차측에 여러 권선을 사용할 수 있습니다. 즉, IpNp = 정격 암페어 턴입니다. 또한, 1차측 공급 장치의 온도는 80°C를 초과해서는 안 됩니다.

5.Conclusion

홀 전류 센서는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 높은 전류를 정확하게 감지하고 제어함으로써 인버터 제품의 안전하고 신뢰할 수 있는 작동을 보장하고, 인버터가 정상 출력을 유지하면서 비정상적인 상황에 적시에 대처할 수 있도록 하여 인버터의 신뢰성과 안전성을 향상시킵니다. 따라서 주파수 변환기 분야에서 홀 전류 센서의 장점은 점점 더 분명해지고 있으며, 주파수 변환기 산업에서 없어서는 안 될 필수 부품으로 자리 잡고 있습니다.

【참조】

[1] Ankerui Enterprise Microgrid Design and Application Manual 2019.11 Edition

[2] Xie Wenhe. 센서와 그 응용 [M]. 베이징: 고등교육출판사, 2003.

[3] 위안쥔우. 주파수 변환기에 홀 전류 센서를 적용한 사례

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