Образцы датчиков тока для преобразователей

July 30, 2013 by admin Комментировать »

Конструктивно датчики представляют собой защищенные корпуса произвольной формы с окнами, сквозь которые продевается проводник с измеряемым током. Мы поговорим о конструкциях и технических параметрах типовых датчиков чуть позже, а сейчас обратим внимание читателя на так называемые гибкие датчики тока, появившиеся совсем недавно. Производителем таких датчиков является швейцарская фирма «LEM» [43]. На рис. 2.5.7 показано конструктивное исполнение гибкого датчика.

Рис. 2.5.7. Гибкий датчик тока

Гибкий датчик представляет собой катушку, равномерно намотанную вокруг гибкого цилиндра. Кроме этого, в диаметральном сечении цилиндра проложен центральный проводник. Датчик выполнен разъемным, и вот почему: зачастую шинопроводы мощных преобразователей представляют собой достаточно сложную в конфигурационном отношении конструкцию, и традиционные датчики расположить в таком случае очень и очень трудно. Поэтому гибкий датчик может быть разомкнут и намотан на шинопровод подобно тому, как наматывается обычный провод. Остается только закрепить его с помощью, например, гибких нейлоновых хомутиков, замкнуть и подключить к измерительной электронной схеме. В настоящее время гибкие датчики, впрочем, являются пока экзотикой, поэтому мы далее не будем останавливаться на их технических характеристиках, а перейдем к рассмотрению конкретных исполнений традиционных датчиков, выпускаемых фирмой «LEM» и получивших широчайшее распространение в приборах преобразовательной техники.

Датчик типа LA55-P/SP1 представляет собой стандартный вариант компенсационного датчика и широко используется в составе преобразовательной техники (рис. 2.5.8). Конструктивно он представляет собой пластиковый прямоугольный корпус с размерами 37 x 27 x 15 мм. Через прямоугольное окно продевается шинопровод, в котором протекает измеряемый ток.

Данный датчик имеет исполнение с гибкими выводами, с помощью которых он впаивается в печатную плату. Номинальный диапазон измеряемых токов датчика составляет ±100 А, при этом точность преобразования — не хуже 0,65 % при питании двуполярным источником с напряжением ±15 В. Номинальный выходной ток датчика —мА, частотный диапазон измерения — до 200 кГц.

Особое внимание следует обратить на фазировку измеряемого и измерительного токов датчика. С целью однозначного задания направлений токовых сигналов на корпусе датчика нанесена стрелка. При протекании измеряемого тока в направлении стрелки выходной ток датчика будет положительным.

Подключение датчика выполняется по рис. 2.5.9. Обратите внимание: датчик сам по себе не имеет вывода для подключения «средней» точки двуполярного напряжения питания. Эта «средняя» точка связана только с правым (по схеме)выводом нагрузочного резистора Rm.

Небольшие конструктивные отличия имеет компенсационный датчик типа LA205-S, предназначенный для измерения токов в диапазоне

±300 А (рис. 2.5.10). Габаритные размеры этого датчика — 66x x 57 x 57 мм. Номинальный выходной ток — 100 мА, точность преобразования — не хуже 0,8 %, работа обеспечивается в диапазоне частотдо 100 кГц.

Датчик типа LF2005-S (рис. 2.5.11) позволяет измерятьдостаточно большие токи — до ±3000 А. Соответственно, подросли и габариты датчика по сравнению с двумя предыдущими. В данном случае они составляют 170 x 135 x 61 мм. Номинальный выходной ток датчика — 400 мА, точность преобразования — не хуже 0,3 %, частотный диапазон номинальной работы — до 150 кГц.

Наконец, еще один датчик этой конструкции — LT4000-S — предназначен для измерения токов вдиапазоне ±6000 А (рис. 2.5.12). Как видно из рисунка, этот датчик представляет собой массивную конструкцию, оснащенную ребреными поверхностями для лучшей теплоотдачи, а также имеющую мощные крепежные лапы. Такая конструкция датчика отнюдь не случайна: номинальный выходной сигнал датчика составляет 800 мА, что, конечно, приводит к значительным тепловым потерям на элементах внутренней электронной схемы. Кроме того, силовая техника, в которой протекают столь значительные токи, имеет массивные токоведущие части, что заставляет устанавливать механически защищенное оборудование. Других особенностей этот датчик не имеет.

Другое конструктивное исполнение датчиков тока показано на примере датчика LT200-T/SP96 (рис. 2.5.13), работающего в диапазоне токов ±200 А. Если по электрическим параметрам он соответствует датчикам компенсационного типа, и не требует дополнительных пояснений с этой стороны, то на его внешний вид (конструкцию) следует обратить внимание. Датчик предназначается для объемного монта

жа, поэтому он имеет ламельные контакты питания (под пайку) и контакты подключения нагрузочного резистора. Но — что самое интересное — измерительный шинопровод встроен в корпус датчика и оснащен отверстиями, к которым подключается токоведущая шина (плоская или обычная проводная).

Любая электронная техника, предназначенная для серийного производства, должна отвечать требованиям технологичности, то есть, в числе прочего, содержать в себе как можно меньшее количество элементов, а состав имеющихся элементов должен стремиться к максимальной однотипности, то есть к сокращению их номенклатуры. Кроме этого, применяемые элементы должны быть сконструированы так, чтобы их было удобно устанавливать при серийном производстве — это служит залогом сокращения трудоемкости, а значит, и себестоимости продукции. Датчик в этой цепочке — не исключение, хотя унифицировать его для всех классов задач весьма и весьма сложно. И все же фирмы-разработчики предпринимают определенные шаги в направлении унификации. Примером удачной унифицированной разработки может служить датчик LTS25-NP (рис. 2.5.14), который, ктому же, специально адаптирован для применения в преобразовательной технике, оснащенной микроконтроллерами.

В корпус датчика встроены три независимых шинопровода, которые впаиваются в печатную плату и могут быть соединены токоведущими дорожками таким образом, чтобы обеспечить необходимый измерительный диа

пазон. Традиционное окно, через которое пропускают токоведущий проводник, здесь выполняет роль дополнительного. С помощью этого окна, при необходимости, сузить диапазон измеряемых токов.

Электрическая структурная схема датчика LTS25-NP приведена на рис. 2.5.15, а на рис. 2.5.16 — выходная характеристика. Нетрудно заметить, что выходной сигнал датчика представляет собой напряжение, величина которого составляет 2,5 В при отсутствии измеряемого тока. Почему этот вариант удобен для обработки сигнала встроенным АЦП микроконтроллера? Ответ предельно прост: большинство микроконтроллеров имеет в своем составе именно однополярные АЦП с опорным напряжением порядка 5 В. Поэтому для измерения двуполярных токов выходной сигнал необходимо сдвигать ровно на половину измерительного диапазона. В данном случае этот сдвиг обеспечивается автоматически.

Рис. 2.5.15. Структурная схема датчика LTS25-NP

А теперь настало время рассказать о самой интересной особенности датчика, то есть о принципах коммутации его измерительных шинопро-

водов. На рис. 2.5.17 показаны варианты разводки печатных токоведущих проводников для разных режимов использования датчиков. Вариант «а» — для измерения токов в диапазоне ±24 А, вариант «б» — для токов ±12 А, вариант «в» — для токов ±8 А. В варианте «г» используется дополнительный проводник, три витка которого пропущены через вспомогательное окно датчика, таким образом, в варианте «т» диапазон измеряемых токов сужается до ±4 А. И последний вариант, представленный на рис. 2.5.17, — вариант «д» — предназначен для измерения дифференциального тока, то есть разницы между втекающим по шинопроводу и вытекающим по дополнительному проводнику тока.

Рис. 2.5.17. Варианты использования датчика LTS25-NP

На рис. 2.5.18 показан пример использования датчиков LTS25-NP в составе статического преобразователя для частотного управления электродвигателем. В этом примере один и тот же датчик тока используется в трех различных режимах включения: для защиты от токов короткого замыкания на входе преобразователя, для измерения фазных токов электродвигателя и для измерения дифференциальных токов в шинопроводе постоянного тока.

Как вариант датчика тока с расщепленной первичной шиной можно привести типономинал LAH50-P (рис. 2.5.19) с диапазоном измеряемого тока от 0 до 50 А. Это — обычный датчик тока компенсационного типа с двуполярным питанием и нулевым выходным током при отсутствии измеряемого тока. Более того, датчик не имеет дополнительного окна, через которое можно пропустить вспомогательные витки токоведущих проводов. Однако его шинопровод расщеплен на три части, что все-таки позволяет снижать коэффициент преобразования в 2 и 3 раза.

Упомянем мы и датчики напряжения, выпускаемые фирмой «LEM», в основе которых лежит использование все того же эффекта Холла. На самом деле преобразовать датчик тока в датчик напряжения очень просто: достаточно первичную измерительную цепь датчика тока соединить последовательно с активным сопротивлением известной величины. Понятно, что ток в этой цепи будет определяться приложенным к ней напряжением, поэтому вычислить коэффициент для прямого пересчета тока в напряжение никакого труда не составит. Единственная неприятность, с которой мы столкнемся, если захотим использовать датчик тока в качестве основы датчика напряжения, — это необходимость иметь значительный ток в первичной (измерительной) цепи, чтобы на выходе датчика получить номинальный сигнал. Поэтому первичная (измерительная) обмотка датчиков напряжения выполняется с большим количеством витков — таким вот образом снижается номинальный входной ток.

Рис. 2.5.20. Внешний вид датчика напряжения типа LV25-P/SP20

Рис. 2.5.19. Внешний вид датчика типа LAH50-P

На рис. 2.5.20 показан внешний вид датчика напряжения типа LV25-P/SP20. Как следует из рисунка, датчик напряжения внешне очень похож на датчик тока, разве что он не имеет окна для протяжки шинопровода.

К слову, как мы убедились ранее, некоторые исполнения датчиков тока вообще невозможно по внешнему виду отличить от датчиков напряжения, поскольку в них встроены токоведущие шины. Номинальный входной сигнал упомянутого датчика напряжения составляет всего 10 мА. При этом выходной токдатчикадостигает 25 мА. Питание датчика осуществляется двуполярным напряжением ±15 В, ошибка преобразования составляет 0,8 %.

На рис. 2.5.21 приведена типовая схема подключения датчика LV25-P/SP20. Резистор R1 выбирается с учетом номинального тока измерительной обмотки и величины измеряемого напряжения. Допустимая величина измеряемого напряжения у данного датчика составляет 500 В. Это ограничение связано с его конструктивным исполнением (датчик монтируется на печатную плату).

Близкими характеристиками обладает датчик типа LV100/SP83 (рис. 2.5.22), но допускаемое значение измерительного напряжения для него гораздо больше: оно составляет 2500 В.

Рис. 2.5.21. Подключение датчика LV25-P/SP20

Источник: Семенов Б. Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. — М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. — 416 c.: ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты