霍尔式无功功率变送器的研究文献综述
摘要：用霍尔传感器测无功功率。先用霍尔电压传感器测量电压，再用霍尔电流传感器测量电流，电压和电流的瞬时值和cosphi;的乘积的平均值就是无功功率。利用这个特性可以测量单相电路的无功功率。霍尔电流电压传感器/变送器模块具有优越的电性能,是一种先进的 、能隔离主电路回路和电子控制电路的电检测元件 。它综合了互感器和分流器的 所有优点,同时又克服了互感器和分流器的不足(互 感器只适用于 50Hz 工频测量;分流器无法进行隔 离测量 )。利用同一只霍尔电流电压传感器/变送器 模块检测元件既可以检测交流也可以检测直流 , 甚至可以检测瞬态峰值, 因而是替代互感器和分流器的新一代产品。 Use Hall sensor to measure reactive power. First use the Hall voltage sensor to measure the voltage, and then use the Hall current sensor to measure the current. The average value of the product of the instantaneous value of the voltage and current and the cosphi; is the reactive power. Use this feature to measure the reactive power of a single-phase circuit. The Hall current and voltage sensor/transmitter module has superior electrical performance and is an advanced electrical detection element that can isolate the main circuit loop and the electronic control circuit. It combines all the advantages of transformers and shunts, and at the same time overcomes the shortcomings of transformers and shunts (instruments are only suitable for 50Hz power frequency measurement; shunts cannot be isolated measurement). Using the same Hall current and voltage sensor/transmitter module detection element can detect both AC and DC, even transient peaks, so it is a new generation product that replaces transformers and shunts.
关键词：霍尔传感器 无功功率 滤波电路 采样电路 Hall effect Hall current sensor
1研究背景和意义
随着时代的发展，电力系统网络日益复杂，有些微不足道的故障往往会引发一系列重大事故，这就需要我们能够快速、准确的测量电力网的参数，与其正常工作范围进行比较。就亟需一种既方便又迅速还精准的测量方式。近年来，传感器发展迅速，这就对我们测量功率提供了非常有效的部件，即利用霍尔传感器测无功功率。他的优点如下:测量范围广：它可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲、三角波形等，甚至对瞬态峰值电流、电压信号也能忠实地进行反映。2、响应速度快，快者响应时间只为1us。3、测量精度高：其测量精度优于1%，该精度适合于对任何波形的测量。普通互感器是感性元件，接入后影响被测信号波形，其一般精度为3%~5%，且只适合于50Hz正弦波形。4、线性度好：优于0.2%。5、动态性能好：响应时间快，可小于1us;普通互感器的响应时间为10~20ms。6、工作频带宽：在0~100KHz频率范围内的信号均可以测量。 7、可靠性高，平均无故障工作时间长：平均无故障时间》510小时。8、过载能力强、测量范围大：0---几十安培~上万安培。9、体积小、重量轻、易于安装。
2霍尔电流、电压传感器
作为一种非接触磁传感器，霍尔电流传感器具有灵敏度高、精度高、温度漂移小、工作寿命长、可靠性、安全性高等优点［1］，能够准确捕捉电路中磁场的变化，从而对电流变化进行实时的监控。被广泛的应用于逆变装置、电动汽 车 控 制 和 需 要隔离检测电流电压的各个领域中［2-5］。霍尔电流传感器分为开环式和闭环式两种。相较于开环式霍尔电流传感器漏磁大、精度低且存在磁饱和等缺点，闭环式霍尔电流传感器由于其零磁通的工作原理，具有漏磁小、精度和线性度高、响应速度快且不存在磁饱和等优点。通常，闭环霍尔电流传感器采用分立元件设计［6-7］，但其制作复杂、功耗大、体积大且抗干扰能力较差。相较于利用分立元件设计的闭环霍尔电流传感器，集成式闭环霍尔电流传感器将所有分立元件集成在一个芯片上，其制造工艺简单且成本低，功耗小、体积小且可靠性高。
- 闭环霍尔电流传感器又称为磁平衡式霍尔电流传感器［8］，其工作原理如图 1 所示。一次侧的待测电流 i1 在导线周围产生磁场 B1，被聚磁环聚集，处于聚磁环气隙中的霍尔器件感应到磁场，输出霍尔信号，该信号经线性放大、比例积分等处理后驱动功率放大电路产生二次侧的补偿电流 i2。这一电流通过绕在聚磁环上的二次侧高匝数绕组，产生与 B1 方向相反的磁场 B2，使得气隙中的总磁场减小，从而导致霍尔器件输出的霍尔信号减小，直到 B2 = B1，气隙中的霍尔器件处于零磁通状态，此时有:
N1 i1 = N2 i2 ( 1)
式中: N1 为一次侧导体匝数; i1 为一次侧电流; N2 为二次侧绕组匝数; i2 为二次侧电流。在 N1、N2 已知的情况下，只要测得二次侧电流 i2 即可得到一次侧电流 i1 的大小。
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