LEM電流電壓傳感器模塊及其應(yīng)用

1、iLEM電流電壓傳感器模塊及其應(yīng)用* 42i* 42i吩爾淇工業(yè)大學 徐會羽 佟為明 霍屯江塔專利輸丁込* 42i知蔭刮鍛圮阻I阮鍛或團；rv IU的（Jl>匝）i一氏礦屯氐卩彳1.fc根蜒56場i*+12V摘要 本文介帰了 LEM電流電壓傳感齋模塊 的工作原理、牲能和特曲；給出7 LEM模蟻在 應(yīng)用中的基簾學數(shù)的硝定專法'并說明了它雇 電力工頻諧直令析儀申的應(yīng)用情況打旨岀EM 樓塊是一株丸有用途的電力也子器件.關(guān)fll詞刪獨秦李Z 諾jt莎析儀LEM電流電壓傳感器模塊是瑞士 LEM公 司推出的電力電子器件它可進行直流.交流 牀動電流（電壓）的測量LEM模塊由于攙有一 系列優(yōu)點.

2、因而在電力電子技術(shù)的許多賴城得 到了廣泛的應(yīng)用"一丄EM橫塊的工作原理bEM離塊是種有源電子互感器它的突 出優(yōu)點在于把普通互感器與霍爾器件電子屯 路有機地結(jié)合起來既發(fā)揮了普通互髒器測童 范罔大的優(yōu)勢，又利用了電子電路反應(yīng)湮度快 的氏處.圖1為LEM模塊的原理圖"LEM模塊 由原邊電路、聚磁環(huán).位干空晾中的霍爾器件磯 路、次緞線圈、放大電路等組成.LEM模墳的工作原理是感場平衡式的即 主電流回蠟所產(chǎn)生的磁場逋過一個次級線圈 的電流所產(chǎn)主的應(yīng)場進行補償使霍爾器件始 終處于檢測零盛通的工作狀態(tài)。其具體工作過 程為；當主回路有大電流兒流過時在導(dǎo)體 周圍產(chǎn)生一個強鑑場，這-磁場被聚磁

3、環(huán)聚集， 井作用干霍爾器件便我有個信號輸出*這 信號經(jīng)放大器A放犬輜人到功率放大器中. 這忖相應(yīng)的功率晉的導(dǎo)通壓降改變，從而荻得 牛補償電流h曲干J流過多匝繞紐使多 佩導(dǎo)線產(chǎn)生一磁場弘；而 仇 守主電流作所產(chǎn) 主的磁場H,郴反囲而補償了原來的磁場便 尷爾器件輸出的信號逐漸減小最后當人與匝 數(shù)相乘所產(chǎn)生的磁場與5所產(chǎn)生的雄場相等 時不再增加”這時霍加詩件就達到了零磁通 檢測作用a上述平衡過程是在非常短的時間內(nèi)芫戒 的.其所需時間在t隨之內(nèi)口這是一個動念平衛(wèi) 過程*即王電路電潦“的任何變化都會破壞這 平衡磁場，而一旦磁場失去平衡霍爾器件就 裊有信號輸岀經(jīng)放大霸放大后*止即有相應(yīng)的 電流流過秋級線圈

4、進行補償a因此從邊觀上看* 阮級補償電流的安匝數(shù)在任何時間都與主電流 的安匝數(shù)一樣即_AfP/p+yj<=o 或 h" I= i用愿* I 式中，忘原級匝數(shù)恥次級匝數(shù)升原級電流幾*次級電流從式（"可見*只要知道了 %并測得 就可M求得主電惋h的大小。11在實際砲幣tEM模塊時.我們攔通過測雖電阻心上的電壓I ”榮間接求出;> 的幾= G坪*八從而齊到電流仏從比上命析過理叩以看出為了使塵爾器 件始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)腹級線圈 必須提供足夠的安匝，以補償原圾線圈所產(chǎn)生 的磁勢，實際在原級匝數(shù)耳八吹飯麗數(shù)MIU一定的情況下次級電流的最大值即決定 了原級電流（被測

5、電流）的最大值由F 式表達：J "斤7酥/ o）貳中心:外接電源電壓%£ ：模塊內(nèi)功翠管的飽和壓降人站W(wǎng) 3V, 殷廠劭=0. 5V盡；次級線圈電阻（或稱付邊電阻、內(nèi)部電 阻）外接側(cè)量電阻二丄EM模塊主要性能指標與特點L主要性能指標3）測嵐精度：憂丁 1啊X：（幾為原級額 定電流幾（2）響應(yīng)時間*小于1皿躍蹤建度dy/di；不低于50A/LXS.若原邊 與付邊耦合最佳時*可達lOOA/iiSj,4）頻率響應(yīng)：住0100kHz范圍內(nèi)誤差小 于】,在0-5kHz范圍內(nèi)誤差小于0.5%。15）測量范ffitLEM模塊為系列產(chǎn)品'電漬 測量可達50KA.電壓測量可達6400

6、VC2.特點U）LEM塊可兇測量枉意波璉的電流和 電壓如交流、宜流、詠動電流波形等、甚至對瞬 態(tài)峰值也能測量。線性度好:優(yōu)于Q.1腎想）驚邊電路與付邊電路之間完全電絕緣. 絶緣電生亠般S 2kV至1弘¥,持珠要求可達 20RV 至 50kV,心）過載能力強：原邊短路也不會損壞 LEM模塊。甘）在應(yīng)用LEM塊時一般在R*上得到 的電壓心不需放大即可送給汁算機等設(shè)備進 疔處理與兮析"聲=1iov）cW】LEM慷塊底扌小更量輕.易于安裝. 例如；LA25 NP LFM電流擁塊額定電流八 為 氏從有效值八體積為29. 22615.9Cmm）,重量便為18克、可直接安裝崔印刷電路 板

7、上。（7JLEM模塊安裝在至統(tǒng)中不會帶來插人 描耗a飛）可靠性高：失效率為013X107小時" （9）LEM模塊町承覺電源電壓極性接反。三丄EM棋塊的應(yīng)用1. LEM橫塊應(yīng)用中的基本拿毀的確定 '< 1）LEM電涼模塊基本參數(shù)的確定對于LEM電流模塊在型號選定之后在 應(yīng)用中要確定的基本參數(shù)就是外接的測量電阻 心及電源電壓【X 般地，叫由用戶提供 即仇是事先選好的兒這樣要確定的參數(shù)就只 剩Fd 了。例L用戶要測塑的電流的特性為：鋼定電 流Z,= ±25A（有效'值，連續(xù)的最大電流峰值 Ti=±mOA” 可用 kfc®n-±1

8、2V<±10?）c 用 戶要求、當fP = Z5A時"在測量電阻加上得到 的測蜃電壓F¥=5Vd R:應(yīng)選用件么型號的 LEM模塊？矗=?用戶的要求能否得到滿足？選擇聖號的原則一般基根據(jù)被測電流的額 室值來逬行。因此.我們選用LA25NP.其前 定電流= 25A （ 效值八匝比NP : A = 1 : 1000x73 100QC11些參數(shù)都是在產(chǎn)品手冊中給 出的人要求心=25A時3=5V;因Q = 25a 時"故 R* =【l">=5/U 025=200Q現(xiàn)在找力需要校核在這個弘下能否測 fiSOA的電流"】*”=12（1

9、一10%）= 10 8V厶可能達到的最大值10, 8-C>5200-J-100=0* 031a/?杯+斤* 42| 維普資訊 h ttp:/可測什的最丸值1= 34A<50A所以丫測量50A的峰值電流是不町能的。何題何在了只雄兇為找們根據(jù)用戶要求的F桿 所選擇的也值太K 了(h=34A時*晶體管已 飽和了事冥上要測量/=EOA.應(yīng)用兩二辛了吟匸山05AT-,I in!h 【fX# RJmaM rtf，-k,= - j= 10oU最后選定屜=100ft.則在Ip-2SA時乙 =2, 5VC因此用戶的Zf=26A時心的要求是不能得到滿足的如果用戶一定要便自C 的要求得到滿圧那么只有重新

10、選擇電源電壓 叫了人應(yīng)用LA25NP電浸模塊的連接示意2- LEM電壓模殘基本養(yǎng)救的碉文LEM電壓傳感養(yǎng)模塊的工悴原理與電流 模塊相同它與電流模炊的區(qū)別在于2電壓模 塊的原邊匝教一般不是I匝.而是多匝F氏在應(yīng) 用電址權(quán)塊時為了測量電壓要在其原邊繞組 上串聯(lián)一個電阻町以便在囲邊繞組上毋到合 適的電流。它要確定的參數(shù)有二卜“L和丹例2:用戶要測鍛的電壓的持性為*額定電 壓【7=±1DOOV(有效值.連續(xù)的忘電壓最大峰 值廠=士 2000V,可用電源 匚=± 15V ( ± 5蚪人用戶要求當幾=I OOOV時”汕上的電壓 問！應(yīng)選用什么型號的LFM模塊？局 =? =?用

11、戶的囈求陡否得到滿足學我們選用LVJOO電壓模塊其原邊額卑電 流為10mA(推薦工作范開為LOO-2BOOV額定 電壓打匝比庁：矗=1000(1 : 3000(=60Qa1DOOV1 OmA= lCOkQ0確定鳳的值：對于LVWO來說因其額 足電流/F=】OmA.所以為測量1000V連續(xù)電 壓應(yīng)育/?i的額定功率=100X000() = 10W.但 是論的功率應(yīng)由最大耗哉功率和最高匚作囁 度來確定"乩確定跖的值；= CArr/A)ZF=( 10000/200010mA =50mAR” 丹 Vv/Is 豐 2V/50mA - 4 OQ下面的任務(wù)就是校核-下當= 40Q 時能否測最OOO

12、V的電壓口®可能達到的毘大值v 心*酹_ 14.25D.5論十汕40+60"U，1 j A則 心吩等F*=； 丄 137 27. 5mA所乩可測的珥的最大值【：3=丿洛= 2750V.h因此濟皐2000V的峰值電壓是沒問題 的用戶的要求也能備足*圖3結(jié)岀了應(yīng)用 LVIO0電壓模塊的連接示意圖u-ffr國33LEM模塊在電力工嘖諧直令析饑中的 應(yīng)用電力工頻諧波域是用來測試電力系統(tǒng)中電 網(wǎng)的諧波含雖的“一般地*被測電網(wǎng)電壓的也用 為幾卜伏至幾百伏：被測電網(wǎng)電流為幾安培到 幾安培，有的甚至為幾十安培或更商"為了將 披測電壓和電流變換為適合計算機A/D采樣 的電壓所有電力

13、工頻諧波儀中均會有輸入接 口部件。日前電力-匚頻諧波分析儀的輸入接rr 部件主要有三種匕電流苴感器ct和電壓互感 器PT,電阻取樣與光耦隔離電路山EM電臨電 壓傳感器模塊*表1給出了這三種接口部件應(yīng) 用在諧波儀中的性能和特點從表中可以看出” 與其他二種接口部件相比，匸EM模塊具有較大 的優(yōu)勢，因而最適合作電力工頻諧波儀中的輸 入接口部件“* 43 -| 維普資訊 h ttp:/-部件 性能、特乳 - rCT ffl PT'電阻龍樣導(dǎo)光 綢隔離電踮LEM蟆塊線性度一<0. S%V0” 1 %頻率范閘D-3iikHz0"-lftOkH2對各次諧渡帽度有否 衰喊艮謙減致性有衣

14、一逋%無對夸灰諧縫有否梧樓 空相移一致性有不嗷很小"可山怎硝很r卜.可以怎科所需電:勲-蛆輔射電蹈恒羈也路無小磴輕f便方便容黏較唯丄LEM模塊妁惟用注意事砌"LEM模塊的最佳精度是在額定值下得四、結(jié)東語以上介紹了 LEM棋塊的工作原理、性能和到的因此當粧測電流低于額定值時+原邊可旦 使用多渡、即要使宀額定安匝數(shù)°對為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度”應(yīng) 注意原、付邊線圈的稱合*要耦合得好,最好用 單根導(dǎo)線填滿LEM權(quán)塊孔徑。3使用中當大的亙流電流適過線圈而次級 電路沒有接電源或次級開路時'則磁路被磁化. 產(chǎn)生剩磁影響測量精度；發(fā)生這種情況時要 肯先進廳退嵐其方

15、法是：次級電路不加電腕. 原邊電路通一交疏電流并逐漸減小苴值d兒EM模塊的外接電源電壓心必須能提 供足夠的電流"，即在選擇叫時其電壓和電 流要-并考慮， （上接16頁、小時.其中對穩(wěn)定度要求最高的物 鎮(zhèn)電源達到5X10-V4小吋.噪聲測量使用為 站_】型高靈敏度收線示波器.其最高靈敏度 10uV/div.檢測結(jié)果表明，紋波小于lx。-'該電流源系統(tǒng)由于釆用了閉環(huán)控制故對 系統(tǒng)內(nèi)所有關(guān)鍵元件性能雯求降低只要基準 和電流采樣電阻達到穗定度要求級即可滿足電 謊輸出達到要求。隨著VFC功能器件性能的不 斷提高.它己成為AD技術(shù)的一牛重要方1T叫 VFC與計算機結(jié)合構(gòu)成的ADC,性議價

16、格比在 低連數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中屬最優(yōu)的°再加上苴本身 特有的抗千擾能力強，傳輸距離遠的特點，必將 4M持點分析和闡迷了 LEM橈塊在應(yīng)用中的-些 基本問題-實際上'凡是需要測量宜流、交流和 脈動電流電壓、及用這些測量值進行控制的系 統(tǒng)均可使用LEM模塊。因此.LEM欖塊能夠廣 泛地應(yīng)用于變換器、逆變器、螯流器、電機控制 系統(tǒng)、安全電源以盤各種檢測裝置中是一種很 有應(yīng)用前途的新型器件。鬢孝文獻J張筑生主華.電器理論基礎(chǔ)機幟工址出版社陽的年 10同2當詩白主編播擬膽子技術(shù)基砒1下冊人人民教育出胎 社.151年1月3堪策光主編.傳聽器披術(shù)手冊國防工業(yè)岀版社曲酗 年比月（晏玉紅編發(fā)）在許多應(yīng)用場臺覽揮其優(yōu)勢。舉孝文itt1 SEBL-J 53亞徽龕府子?xùn)c址刻機工膽擺擾總址設(shè)計 與井齡統(tǒng)論證報皆證康米電子束聯(lián)含論證組.】跑1、P8斗一 £52 ZhcHij Whs! Own- Study piui iJweIgpm