霍尔电流传感器在光伏直流柜中的应用

1 引言

    光伏直流柜是对光伏汇流箱汇流后的直流电进行汇总、监控、保护的功能柜（一般指汇总直流负荷的电柜），直流防雷柜可以将多路直流输入汇总成一路电流输出，每路都有保护装置（断路器、熔断器等）、防反二极管等，而且可以对每路电压电流进行监控，并可以实现远程通信，而霍尔电流传感器主要起到监测光伏汇流箱实时输出电流的作用。

2 工作原理

   霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，按原理可分为开环（直放式）和闭环（磁平衡式），基于实际应用中开环（直放式）原理传感器结构相对紧凑、功耗小且成本较低，光伏直流柜中普遍使用开环（直放式）原理霍尔电流传感器来配合光伏直流柜汇流采集装置。

霍尔电流传感器开环（直放式）原理：如图1所示，当原边电流IP流过一根长导线时，在导线周围将产生磁场，磁场的大小与流过导线的电流成正比，产生的磁场聚集在磁环内，通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出，其输出电压VS精确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为4V/5V。

图1

3 选型

3.1 产品介绍

霍尔电流传感器结合了电流互感器和分流器的所有优点，克服了互感器和分流器的不足，如表1所示：

表1  霍尔电流传感器优点对比表

   在传感器行业内，江苏安科瑞严格按照JB/T 7490-2007《霍尔电流互感器》行业标准规定的各项要求，相对于同行采用插针式接线不同， 一律采用绿色可插拔端子现场接线方便、可靠。一般情况下，可以根据输入信号、内孔尺寸来选择霍尔电流传感器 。开环霍尔电流传感器型号选型如表2所示：          

表2  开环霍尔电流传感器选型表

3.2 产品外形

常见开环霍尔电流传感器如图2所示：

图2 开环霍尔电流传感器实物图

3.3 技术指标

响应时间：≤10us

频宽：20kHz

失调电压：±15mV

工作温度：-25～70℃

存储温度：-40～80℃

输出负载：根据不同辅助电源、输入信号、输出信号而定

输入过载能力：输入量程最大值2倍可恢复正常工作

耐压：3.5kV/50Hz/1min

4 应用

4.1 应用案例

   在实际应用中，以光伏直流柜需要对8路光伏汇流箱输出电流电压进行监测为例，鉴于光伏直流柜中一般汇流采用铜牌接入且柜体空间有限制，可推荐采用8个体积较小的AHKC-BS  200A/5V霍尔开环电流传感器（如图3、图4所示）配合安科瑞直流柜汇流采集装置AGF-D，可计算出前级8路汇流箱的实时输出电流，同时可 配合1个直流高压电压传感器ACTDS-DV/V（输入范围DC 0-1500V）实现功率及电能测量。

4.2 使用注意事项

   1、为了得到较好的动态特性和灵敏度，必须注意原边线圈和副边线圈的耦合，要耦合得好，最好用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块孔径；

   2、使用中当大的直流电流流过传感器原边线圈，且次级电路没有接通电源|稳压器或副边开路，则其磁路被磁化，而产生剩磁，影响测量精度（故使用时要先接通电源和测量端M），发生这种情况时，要先进行退磁处理。其方法是次边电路不加电源，而在原边线圈中通过同样等级大小的交流电流并逐渐减小其值；

   3、在大多数场合，霍尔传感器都具有很强的抗外磁场干扰能力，一般在距离模块5-10cm之间存在一个两倍于工作电流Ip的电流所产生的磁场干扰是可以忽略的，但当有更强的磁场干扰时，要采取适当的措施来解决。通常方法有：

   ① 调整模块方向，使外磁场对模块的影响最小；

   ② 在模块上加罩一个抗磁场的金属屏蔽罩；

   ③ 选用带双霍尔元件或多霍尔元件的模块；

   ④ 测量的最佳精度是在额定值下得到的，当被测电流远低于额定值时，要获得最佳精度，原边可使用多匝，即：IpNp=额定安匝数。另外，原边馈线温度不应超过８０℃。

5 结束语

   随着社会的发展，传统的电流传感器、分流计等产品已经不能胜任更多的工作，在此条件下，霍尔电流传感器的产生可以使更多的行业设备在监控下正常工作，减少人员及设备维护的投入成本。霍尔电流传感器因其众多优点，被广泛应用于各个领域，在各种需要电流检测的系统中，已成为不可缺少的一部分。

参考资料：

（1）安科瑞电气股份有限公司.电量传感器选型手册,201407版

（2）谢文和.传感器及其应用[M].北京：高等教育出版社，2003.

作者简介：张小莉，女，本科，安科瑞电气股份有限公司，主要研究方向为电量传感器设计，手机：18702111813，座机：021-59104852，QQ:2880157855