1 產(chǎn)品設(shè)計

1.1結(jié)構(gòu)特點

開口式霍爾電流傳感器在傳統(tǒng)閉口霍爾電流傳感器的基礎(chǔ)上進行研發(fā)，結(jié)構(gòu)新穎，外形美觀大方。整體由外殼、鐵芯、采樣線路板及固定樹脂構(gòu)成，外殼材料采用PC/ABS合金，具有耐高溫、機械強度高、環(huán)保等特點；鐵芯采用有取向冷扎硅鋼片，具有性能穩(wěn)定，機械強度高，導(dǎo)磁率極高等特點；線路板與外部接線采用綠色可插拔端子，現(xiàn)場接線方便、可靠。具體結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，產(chǎn)品外觀采用分體式設(shè)計，圖1為圓孔型，適合直流系統(tǒng)一次母線為電纜時穿過。，圖2方孔型，適合直流系統(tǒng)一次母線為銅排時穿過。根據(jù)一次電流的測量范圍及穿孔要求，可選擇相應(yīng)的產(chǎn)品類型。該系列傳感器電流可測范圍為20A～20000A，主要外形有ф20、ф40、ф60、64*16、85*27、104*36、140*50等多種規(guī)格，如圖3所示，適用于不同應(yīng)用場合。

圖1 圓孔型

圖2 方孔型

1.2工作原理

霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)、電磁感應(yīng)原理設(shè)計的一種傳感器，按原理可分為開環(huán)方式（直放式）和閉環(huán)方式（磁平衡式），開口式霍爾電流傳感器是在傳統(tǒng)開環(huán)（直放式）霍爾傳感器的基礎(chǔ)上加以改進，與傳統(tǒng)單鐵芯、單霍爾芯片設(shè)計不同，為了設(shè)計為分體式結(jié)構(gòu)，將鐵芯分離對稱安裝，硬件采用雙霍爾芯片并聯(lián)互補差分輸入，開口式霍爾傳感器原理如圖4所示：

當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中兩個霍爾元件進行測量，兩霍爾元件標(biāo)志面相反置于同一磁場內(nèi)，輸出信號具有互補特征，輸出電壓通過差分放大輸出，不但可抑制共模干擾，也可溫度漂移的影響，輸出電壓VS精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為DC±5V或DC4-20mA。

1.3產(chǎn)品安裝

以方孔產(chǎn)品為例，如圖5所示，將開口式霍爾電流傳感器的安裝螺絲打開，卸下傳感器的下體；將開口式霍爾電流傳感器的上體裝入配電系統(tǒng)的一次母排，合上傳感器的下體，將傳感器的安裝螺絲、墊片穿過上、下體的固定孔，將傳感器的上、下體固定在一起。如果現(xiàn)場可斷電安裝，可在銅牌上按傳感器間距要求開兩個對應(yīng)螺紋孔，將傳感器通過后側(cè)的安裝固定孔固定在母排螺紋孔上，完成傳感器的安裝；如現(xiàn)場要求不斷電安裝，可采用配套橡膠墊塊內(nèi)嵌于外殼與銅牌之間固定，確保傳感器能在振動條件下也能可靠工作，整個安裝過程比較快速簡單。

1.4開口式霍爾傳感器優(yōu)點

與傳統(tǒng)直流電流計量一般采用分流器或互感器測量方法相比，開口式霍爾傳感器具有以下優(yōu)點：

1）原邊副邊絕緣強度高，最高可達AC 12kV隔離；

2）無插入損耗；

3）動態(tài)性能好：響應(yīng)時間小于20us跟蹤速度di/dt高于20A/us

4) 安裝時無需拆卸原邊電纜或母排，特別適用于不允許斷電設(shè)備的改造施工。

2.產(chǎn)品應(yīng)用

開口式霍爾電流傳感器主要應(yīng)用在工廠改造直流配電系統(tǒng)中，如電廠直流電源系統(tǒng)改造、變電站直流系統(tǒng)改造改造、通訊機房改造、鐵路機車改造等項目，它能將系統(tǒng)中原邊直流電流信號轉(zhuǎn)換成為標(biāo)準DC± 5V或4-20mA輸出，起到了監(jiān)測和電氣隔離作用，可與多回路監(jiān)控儀表或其他電氣測量儀表配套使用。

2.1 應(yīng)用實例

從改造成本方面考慮，如采用傳統(tǒng)閉口式霍爾傳感器或者分流器方案，施工時，必須先拆卸直流母線銅排，然后安裝傳感器，再將母排重新安裝恢復(fù)，而整個安裝過程中，至少需要兩名施工人員配合施工，同時整改線路必須停電配合；而如采用開口式霍爾傳感器方案，以1.3所述安裝方法安裝，僅需一名施工人員，同時施工時間預(yù)計僅需傳統(tǒng)方案1/20時間，工廠停電時間也可相應(yīng)減少，甚至某些場合不斷電施工安裝，采用此方案明顯省時、省力、省人工。從傳感器采購價格對比，同種開孔外形開口式霍爾傳感器較閉口式霍爾傳感器采購價略高了10%左右。而從測試性能方面分析，只要安裝時傳感器的上、下體螺絲固定緊密，開口式傳感器與閉口式傳感器的精度、穩(wěn)定性基本一致。

綜上對比，無論是從現(xiàn)場施工的優(yōu)越性還是從項目改造整體采購、施工等方面的綜合成本考慮，使用開口式霍爾電流傳感器無疑是性價比最高的方案。

以國內(nèi)知名企業(yè)的直流配電柜為例，如圖6所示，將多路直流輸入?yún)R總成一路電流輸出，每路都有保護裝置（斷路器、熔斷器等）、防反二極管等，而且可以對每路電壓電流進行監(jiān)控，并可以實現(xiàn)遠程通信。采用8個開口式霍爾電流傳感器來監(jiān)控直流電流，布局美觀，相對于傳統(tǒng)霍爾安裝更方便，與分流器方案相比更安全、實用。

圖7所示為某鐵路機車改造項目，改造要求在不能拆卸母排前提下來監(jiān)測該母排直流電流，此種情況只能采用開口式霍爾電流傳感器方案。

圖6 某企業(yè)直流配電柜

3結(jié)論

綜上所述，開口式霍爾電流傳感器因其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、運行可靠等良好的適用性，在直流系統(tǒng)應(yīng)用中發(fā)揮很大的作用，特別是改造項目中得到了大量應(yīng)用。