|
智能電網(wǎng)的有效運行依賴(lài)于在高分辨率下測量當前水平和其他參數的能力。智能電網(wǎng)應用程序的另一個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)是增加了小規�？稍偕茉吹氖褂�。這些系統要求使用逆變器將從太陽(yáng)能或風(fēng)能中獲取的電能轉換成與網(wǎng)格分布兼容的交流信號�？刂苹芈分行枰�電流傳感器，以確保滿(mǎn)足這些條件。本文研究了當前傳感的全效技術(shù)，以及如何將其應用于智能電網(wǎng)。 智能電網(wǎng)依靠精確的實(shí)時(shí)數據來(lái)確�？刂齐娏斔偷脑O備和電網(wǎng)的接口保持在最高效率。在網(wǎng)格上傳感器捕獲的數據可以發(fā)現潛在的故障點(diǎn)，并提醒操作員解決問(wèn)題或激活能夠執行補救行動(dòng)的功能。這就導致了電力分配單元(pdu)的安裝，它能準確地測量所交付的功率及其特性。 智能電網(wǎng)應用程序的一個(gè)關(guān)鍵附加功能是增加對小型可再生能源的使用。這些系統要求使用逆變器將從太陽(yáng)能或風(fēng)能中獲取的電能轉換成與網(wǎng)格分布兼容的交流信號。AC必須與電網(wǎng)同步，并具有低的諧波失真，但這是一項具有挑戰性的工作。 在光電的情況下，需要一個(gè)逆變器來(lái)將每個(gè)電池產(chǎn)生的直流轉換成一個(gè)合適的交流電源輸出。為了確保與電網(wǎng)的正確連接，逆變器的控制回路需要電流傳感器。傳感器必須準確測量交流電流和直流電流，并具有良好的動(dòng)態(tài)性能�？焖夙憫獣r(shí)間需要對網(wǎng)格中的任何變化做出快速反應，并在損壞發(fā)生之前關(guān)閉或斷開(kāi)系統。高輸出帶寬使系統能夠測量高頻交流電流和諧波，以確保所傳遞的電力滿(mǎn)足電力供應商施加的嚴格的電能質(zhì)量目標。 識別DC輸出到網(wǎng)格的能力也很重要。各國的規定各不相同，但限制通常很小:按數十到數百毫安的順序。電流傳感也可以支持故障檢測，檢查短路和過(guò)載情況。 雖然存在許多電流感知選項，但基于霍爾效應的傳感器提供了一組非常適合于這些應用的特性，包括電壓暫態(tài)生存、當前的inrush處理、空間限制和模塊性。該技術(shù)可以支持非接觸式傳感，確保對大電壓瞬態(tài)和涌流的內在隔離和保護。 以埃德溫·霍爾(Edwin Hall)的名字命名，他于1879年發(fā)現了這一效應，它是通過(guò)一個(gè)垂直于附近導體中電流的磁場(chǎng)，產(chǎn)生一個(gè)導體或半導體的電壓差。所產(chǎn)生的電壓取決于接收導體和外加磁場(chǎng)中所使用的材料，這本身取決于源導體的總電流。 電壓差是由電荷載體由磁場(chǎng)的直線(xiàn)路徑偏轉而引起的。電子沿接收導體的一個(gè)表面形成一個(gè)可測量的電壓差。由此產(chǎn)生的電場(chǎng)反對進(jìn)一步變化的遷移，這樣只要電荷載體繼續流過(guò)材料，就可以保持穩定的電勢。 在電流傳感應用中，霍爾效應傳感器的一個(gè)缺點(diǎn)是它們的精度限制在零安培輸出電壓和溫度靈敏度的變化上。其他問(wèn)題包括輸出信號帶寬和輸出噪聲。新一代的Hall-effect設備已經(jīng)解決了這些問(wèn)題，提供了更適合于反監控應用程序和一般的電力監控的組件。 快板微系統采用了一種雙mos工藝來(lái)支持精確的放大器設計和數字電路的工廠(chǎng)編程的增益和抵消的溫度�；魻栐头糯笃鞫际菙夭ǚ�定的，以提高精度和偏移漂移性能。 當前傳感器ICs的Allegro ACS756系列采用了這些技術(shù)，結合精密、低偏移的線(xiàn)性霍爾傳感器電路和靠近芯片的銅傳導路徑，提供了較高的精度。應用電流流過(guò)該銅傳導通路，產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)，由集成的霍爾IC感應，并轉換成比例電壓。的響應時(shí)間小于4μs允許在高頻電流傳感開(kāi)關(guān)逆變器。在低頻率工作的應用程序中，如電網(wǎng)監測所需要的，可以通過(guò)過(guò)濾輸出來(lái)降低輸出噪聲，提高分辨率。 的內部阻力130μΩ典型的導電路徑,提供低功率損失。銅導體的厚度允許設備在超過(guò)電流的情況下存活5倍。導電通路的端子與傳感器導線(xiàn)絕緣。這使得ACS756系列傳感器芯片可以用于需要電氣隔離的應用程序，而不需要使用光隔離器或其他昂貴的隔離技術(shù)。 Asahi Kasei的CQ-3301是一種高速電流傳感器，它圍繞著(zhù)一種超薄薄膜銦量子阱技術(shù)和無(wú)芯包提供一個(gè)節省空間的VSOP24選項。旨在讓電流通過(guò)包在逆變器監控等應用程序,設備的隔離電壓3.0 kV / 60秒假設50/60 Hz交流主指揮,和0.5μs的響應時(shí)間。低噪聲輸出1.6 mVRMS, CQ-3301為靈敏度和零電流輸出提供低溫漂移。它符合IEC/UL-60950和UL-508安全標準。 對于非常高電流的應用，Allegro提供A136x系列傳感器。每一個(gè)都封裝在一個(gè)1毫米厚的SIP中，以適應在一個(gè)導體周?chē)腸芯的缺口。這些設備，比如A1363，可以感應到超過(guò)1500的電流。他們提供120 kHz帶寬，適用于高頻逆變器，再一次通過(guò)輸出濾波為較低帶寬提供更好的精度，如預期的網(wǎng)格監測設計。 來(lái)自快板的sip包裝的A136x的圖像。 
圖1:來(lái)自快板的sip包裝的A136x可以安裝在C-core中，用于測量高壓導體的電流。 Melexis開(kāi)發(fā)的三軸電流傳感技術(shù)，在MLX91205等產(chǎn)品中使用，使得該公司可以開(kāi)發(fā)一系列的表面安裝包，這些包可以在PCB或匯流條中嵌入導體，而不是通過(guò)包裹。由于傳統的ht -效應傳感器對垂直于芯片表面的磁場(chǎng)敏感，而不是平行于PCB跡或匯流條上的設備進(jìn)行精確測量，因此該領(lǐng)域需要在局部垂直。這就是Melexis集成磁集中器(IMC)技術(shù)的設計目的。IMC采用高滲透性、低壓力、無(wú)定形鐵磁層，直接連接到霍爾傳感器芯片的表面，將磁場(chǎng)通量線(xiàn)聚焦在約十分之一鐵磁元件大小的霍爾上。IMC的兩個(gè)部分收集和放大平行于芯片表面的小磁通，并將平面組件旋轉到垂直于芯片表面的磁場(chǎng)中。 Melexis IMC技術(shù)的圖像。
傳感器的電流范圍受到導體和屏蔽體幾何形狀的限制。通過(guò)增加母線(xiàn)的橫截面或傳感器和電流導體之間的距離，可以很容易地增加電流范圍。該傳感器可以監測從5a到100a在pcb上的電流，或高達1000 A的母線(xiàn)。有兩種不同的產(chǎn)品版本可供選擇。91205 hb磁場(chǎng)特性的線(xiàn)性范圍的±25噸和91205磅處理±10噸的線(xiàn)性范圍。 因此，Hall-effect設備提供了非接觸傳感的可能性，為智能電網(wǎng)應用的當前監測提供了通用的解決方案，無(wú)論是在可再生能源領(lǐng)域的逆變器，還是配電單元的診斷。 |
