LEM電流傳感器在電梯專用變頻器中的應(yīng)用

  引言

　　交流電機(jī)變頻調(diào)速，在世界各發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用，且有取代直流調(diào)速的趨勢(shì)。用變頻器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，可節(jié)省10%以上的電能。而在電梯專用變頻器行業(yè)中，節(jié)能和效率也是最重要的因素，除此之外，變頻調(diào)速優(yōu)異的起制動(dòng)性能，也給電梯乘客帶來(lái)無(wú)盡的舒適感。

　　LEM傳感器在電梯專用變頻器的應(yīng)用主要有三方面：

　　在電梯專用變頻器的控制中，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，電流控制是最基礎(chǔ)的電磁過程控制，電流環(huán)控制的好壞直接影響到輸出轉(zhuǎn)矩的精度，而作為電流閉環(huán)的輸入反饋值，電流傳感器的采樣信號(hào)的精度自然是不可忽視的因素，我司開發(fā)的專用變頻器對(duì)逆變器三相輸出分別通過三個(gè)電流傳感器采樣，如下圖所示：

　　一、在變頻器中，電流傳感器的基本作用是保護(hù)昂貴的大功率晶體管。由于電流傳感器的響應(yīng)時(shí)間短于1μs，因此，出現(xiàn)過載短路時(shí)，在晶體管未達(dá)到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護(hù)，我司采用的是IPM模塊，各系列對(duì)應(yīng)的150%過載時(shí)間10s, 200%過載時(shí)間0.5s, 電梯驅(qū)動(dòng)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，額定狀況啟動(dòng)需要短時(shí)的120%~150%啟動(dòng)電流，電流傳感器良好的動(dòng)態(tài)性能和快速的響應(yīng)時(shí)間，保證變頻器正常輸出的同時(shí)，能對(duì)異常狀況及時(shí)保護(hù)。

　　二、電流傳感器和相應(yīng)的供電電源、調(diào)理電路構(gòu)成電流采樣模塊，該模塊將三相定子電流轉(zhuǎn)化為基本的二進(jìn)制代碼，提供電流的適時(shí)信息，完成電流環(huán)的調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)采用三個(gè)LEM模塊分別檢測(cè)a、b、c相電流。并通過采樣電阻將電流信息轉(zhuǎn)化為電壓信息，然后由變頻器的主控芯片中的AD變換模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。再經(jīng)過數(shù)字濾波和定標(biāo)處理，為電流環(huán)調(diào)節(jié)提供電流反饋信息。檢測(cè)電路的硬件原理圖如下所示：

　　LEM元件將電流信息轉(zhuǎn)化為電壓信息，此外還要將LEM檢測(cè)回來(lái)的信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合控制芯片的電壓范圍，首先，將電壓信號(hào)變換為對(duì)稱的正負(fù)電壓，然后提供相應(yīng)的偏移，轉(zhuǎn)化到適合控制芯片的電壓范圍。LEM元件對(duì)a、b、c三相電流均采樣，經(jīng)檢測(cè)模塊后存放在相應(yīng)的寄存器中供主控系統(tǒng)采用。

　　三、電梯配電多采用三線制，電機(jī)定子三相電流和等于零，LEM元件對(duì)a、b、c三相電流均采樣，經(jīng)檢測(cè)模塊后的轉(zhuǎn)換結(jié)果作為檢測(cè)三相電流不平衡率的依據(jù)；另外，在逆變器切斷輸出后可通過LEM元件對(duì)a、b、c三相電流流動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，以判斷功率模塊是否可靠關(guān)斷，消除安全隱患。

　　在應(yīng)用中，LEM傳感器體現(xiàn)其極多特點(diǎn)：

　　它可以測(cè)量任意波形的電流，如直流、交流、脈沖波形等，甚至可測(cè)出瞬態(tài)峰值；

　　原邊電路與副邊電路之間完全高度絕緣，絕緣耐壓一般3～6kV，特殊要求可達(dá)到6～50kV；

　　測(cè)量精度高：在工作溫度范圍內(nèi)精度優(yōu)于10%，該精度適用于任何波形的測(cè)量；

　　線性度好：優(yōu)于0.1%；

　　動(dòng)態(tài)性能好：響應(yīng)時(shí)間小于1μs，跟蹤速度di/dt高于50A/μs；

　　工作頻帶寬：在0(直流)～100kHZ范圍內(nèi)精度能達(dá)到1%，0～5kHZ范圍內(nèi)精度提高到0.5%；

　　過載能力強(qiáng)：當(dāng)原邊電流超載時(shí)，可以自動(dòng)保護(hù)，即使過載電流為額定值的二十倍時(shí)傳感器也不會(huì)損壞；

　　原邊與副邊之間的電容量是很弱的，在很多應(yīng)用*模電壓的各種影響可忽略；

　　靈敏度高：能區(qū)分在高分量上的弱小信號(hào)，如在幾百安培的直流上能區(qū)分幾毫安的交流分量；

　　可靠性高：失效率λ＝0.43×10-6/h；抗外磁場(chǎng)能力強(qiáng)：經(jīng)實(shí)驗(yàn)在距離傳感器5～10cm處的一個(gè)兩倍工作電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)干擾而引起自身的誤差≤0.5%。

　　實(shí)踐證明，由LEM電流傳感器、調(diào)理電路構(gòu)成的電流檢測(cè)環(huán)節(jié)，完全可以滿足電梯專用變頻器閉環(huán)控制時(shí)的電流檢測(cè)要求。