ABB電流傳感器的應用分析

八、傳感器應用計算 [5]

根據(jù)圖 13 ，電流傳感器的主要計算公式如下：

N P I P = N S I S ； 計算原邊或副邊電流

V M = R M I ； 計算測量電壓

V S = R S I S ； 計算副邊電壓

V A = e + V S + V M ； 計算供電電壓

其中， e 是二極管內(nèi)部和晶體管輸出的壓降，不同型號的傳感器有不同的 e 值。這里我們僅以 ES300C 為例，這種傳感器的匝數(shù)比 N P / N S =1/2000 、標準額定電流值 I PN =300A rms 、供電電壓 V A 的范圍為± 12V~ ± 20V （± 5% ）、副邊電阻 R S =30 Ω ，在雙極性（± V A ）供電，其傳感器測量量程 >100A 且無防止供電電源意外倒置的保護二極管的情況下， e =1V 。在上述條件下：

（ 1 ）給定供電電壓 V A ，計算測量電壓 V M 和測量電阻 R M ：

假設：供電電壓 V A = ± 15V

根據(jù)上述公式得：

測量電壓 V M =9.5V ；

測量電阻 R M =V M /I S =63.33 Ω；

副邊電流 I S =0.15A 。

所以當我們選用 63.33 Ω的測量電阻時，在傳感器滿額度測量時，其輸出電流信號為 0.15A ，測量電壓為 9.5V 。

（ 2 ）給定供電電壓和測量電阻，計算欲測量的峰值電流；

假設：供電電壓 V A = ± 15V ，測量電阻 R M =12 Ω，

則： V M + V S = （ R M + R S ）× I S = V A - e =14V

而： R M + R S =12 W +30 W =42 W ，

則最大輸出副邊電流： A

原邊峰值電流： I P max= I S max( N S / N P )=666A

這說明，在上述條件下，傳感器所能測量的最大電流即原邊峰值電流為 666A 。如果原邊電流大于此值，傳感器雖測量不出來，但傳感器不會被損壞。

（ 3 ）測量電阻（負載電阻）能影響傳感器的測量范圍。

測量電阻對傳感器測量范圍也存在影響，所以我們需要精心選擇測量電阻。用下式可計算出測量電阻：

其中， V Amin —扣除誤差后的最小供電電壓；

e —傳感器內(nèi)部晶體管的電壓降；

R S —傳感器副邊線圈的電阻；

I S max —原邊電流 I P 為最大值時的副邊電流值。

另外我們可以通過下式確認所選傳感器的穩(wěn)定性。

如果 V A min 不符合上式，則會造成傳感器的不穩(wěn)定。一旦出現(xiàn)這種情況，我們可以有以下三種方法克服：

1 ）更換電壓更大的供電電源；

2 ）減小測量電阻的值；

3 ）將傳感器更換成 R S 較小的傳感器。

例如，某種型號的電流傳感器，其標準額定電流 I PN =1000A ，匝數(shù)比 N P / N S =1/2000 ， e 值為 1.5V ，副邊電阻 R S =30 Ω，測量電阻 R M =15 W ，用 15V 電源單極性供電。則 V A =30V （單極性供電是雙極性供電的 2 倍）， 而：

I S = I P × N P / N S =0.5A

V S = R S × I S =15V

V M = R M × I S =7.5V

=24V30V

通過以上檢驗，可知這種傳感器在此條件下測量能保證穩(wěn)定性。它所能測量的原邊電流的最大值（即測量范圍）

九、結束語

在城市用電設備增多，農(nóng)村供電設備老化欠修的情況下，城鄉(xiāng)各地經(jīng)常會出現(xiàn)電壓不穩(wěn)、電路短路、過流等現(xiàn)象，結果造成人民生活不便和儀器損毀。在電源技術中使用傳感檢測功能可以使電源設備更加小型化、智能化和安全可靠。

電源技術發(fā)展到今天，已融合了電子、功率集成、自動控制、材料、傳感、計算機、電磁兼容、熱工等諸多技術領域的精華，我們有理由相信，在 21 世紀的電源技術中，傳感器也將發(fā)揮著至關重要的作用，所以對電流傳感器的應用和設計開發(fā)，傳感器工作者應該給予足夠重視。 ABB 公司的傳感器因其型號多，量程寬（電流 5~6000A ；電壓 50~5000V ）、高精度、靈敏度高、線性度好、規(guī)范、易安裝、抗干擾能力強、質(zhì)量可靠、平均無故障時間 MTBF 長等優(yōu)點，在各個領域特別是在機車牽引和工業(yè)應用領域中值得用戶信賴。