萊姆電流互感器的電路

1、萊姆（LEM ）電流互感器的電路1、LEM電流互感器的原理解析在智能化較高的電子設備上，應用最多的是電子式電流互感器，其突出優(yōu)點在于把普通電流傳感器與 霍爾元件、電子電路有機地結(jié)合起來，既沿襲了普通傳感器測量范圍寬的長處，又發(fā)揮了電子電路反應速 度快的優(yōu)勢。而且大拓展了其應用范圍，可用于交流、直流及脈動電流進行測量。該類電子式傳感器，有些為非標產(chǎn)品，系變頻器生產(chǎn)廠家自行制作的，通用性較差。近年來也有一些廠家專門生產(chǎn)通用性較好的電子式電流傳感器，本機例所采用的是萊姆電流傳感器（由瑞士LEM公司推出的產(chǎn)品）。其外型、內(nèi)部電路板和原理框圖如圖1所示。a） LEM電流互感器外型b） LEM電流互感器內(nèi)

2、部結(jié)構(gòu)c） LEM電流互感器內(nèi)部原理框圖圖1 LEM電流互感器外型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理框圖LEM有源電流互感器（以下簡稱LEM電流互感器）為中間有透孔，三引線端的方形塑封器件，中間透孔供穿過變頻器的輸出電流引線，作為電流互感器的原邊，穿繞匝數(shù)一般為1匝；三引線端，其中兩引線為供電電源引入，一引腳為電流檢測信號輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)含帶空隙鐵心（空隙處供放置霍爾元件）、副邊線圈、電子電路板。輸出電流信號在外置負載電阻上，可以轉(zhuǎn)化為表征著輸出電流大小的線性電壓信號。LEM （LA108-P型）電流互感器測繪電路，如圖 9-4所示。+LA108P LEM注：為便于原理分析，圖中元件序號為作者所添加。圖2 LE

3、M （LA108-P型）電流互感器測繪電路圖LEM電流互感器的工作原理（參見圖9-3c）電路與圖9-4電路）：LEM 電流互感器的原理是磁場平衡式的，由閉環(huán)控制完成零磁通檢測的任務。即主電流回路所產(chǎn)生的磁場，通過一個次線線圈L1 （1000匝，直流電阻99 Q）的電流所產(chǎn)生的磁場進行了補償，使霍爾器件U1始終處于檢測零磁通的工作狀態(tài)。當主回路有一大電流Ip流過時，在導體周圍產(chǎn)生相應的電磁場Hp,穿過磁場的磁力線被聚集環(huán)聚集，并作用于霍爾器件，霍爾器件U1產(chǎn)生電流信號輸出；此電流信號經(jīng)信號放大器U2 （差分放大器）放大,輸入至功率放大電路（由 VT1、VT2構(gòu)成的互補放大器），從而產(chǎn)生一 個流經(jīng)

4、L1的補償電流Is。Is流經(jīng)L1 ,產(chǎn)生電磁場Hs,因與Hp大小相等方向相反而互相抵消，可以認為 是補償了原來的磁場，使 U1輸出信號逐漸減小，至 Hs=Hp時，則Is不再增加。電路的動態(tài)控制結(jié)果，使 Is=Ip , Hs=Hp ,使U1檢測到的磁通量為零。這是一個時間極短的動態(tài)平衡過程，即主電路Ip的任何變化都會破壞這一平衡磁場。磁場一旦失衡，U1即產(chǎn)生信號輸出，即有相應電流流過L1進行補償，從宏觀上看，次級補償電流的安匝數(shù)在任何時間，都與主電路的安匝數(shù)一樣，即NpIp+NsIs=0式中，Np為原邊匝數(shù)；Ns為副邊（次級）匝數(shù)；Ip為原邊電流；Is為副邊電流。在實際應用LEM電流互感器時，通

5、過測量負載電阻Rm上的電壓降Vm,從而得到主電路電流值Ip。U4/VU5/W4/U己一LA108P LEMLA108P LEM5/V VV1VV2IGBTf變電路 &6/Wo+ 15V-15V MM+VW1VW2主接線端UVWM*圖3 LEM （ LA108-P型）電流互感器接線圖KV1900型15kW變頻器，僅在 V、W輸出回路中串入 U4/V、U5/W等兩只LEM電流互感器，省掉 了 U相電流互感器，這也是變頻器電流采樣電路經(jīng)常采用的方案一一由后續(xù)電路可以方便地生成U相電流檢測信號。為區(qū)別兩路電流檢測信號，將其信號輸出端分別標記為M和M*。2、LEM電流互感器的故障檢修實際上，在變

6、頻器上廣泛采用的電子式電流互感器，是做為一個“獨立元件”被應用的，并且有些電 子互感器產(chǎn)品，使用較難清除的膠狀物密封，清除困難，以致無法檢修。因而對電子互感器，多以整體代 換為主。但LEM電流互感器，因拆裝方便，在拆下 L1線圈后，測量與代換線路板（見圖9-5）上的損壞元件，都較為方便，對其大部分故障，是可以成功修復的。圖4 LEM （LA108-P型）電流互感器電子電路板電流互感器損壞后典型的故障現(xiàn)象，是在變頻器上電后，即報出過電流、模塊短路故障，禁止接受起動信號，本機型，電流互感器采用+15V、-15V供電，電路中易壞元件為運算放大器U2和VT1、VT2組 成的功率放大器。正常狀態(tài)下，LEM 電流互感器信號輸出腳M 端的靜態(tài)電壓值，相對于信號地（以MCU 主板 +5V 供電的負端為基準 0V）來說，約為0V。當檢測 M端的靜態(tài)輸出電壓不為 0V （達+10V或-10V以上）時，說明 U2 或 VT1 、 VT2 元件之一已經(jīng)損壞，導致其輸出的錯誤的電流檢測信號。如當VT1 擊穿或漏電時