ABB电流传感器应用

ABB电流传感器的应用

一、前言

伴随着城市人口和建设规模的扩大，各种用电设备的增多，用电量越来越大，城市的供电设备经常超负荷运转，用电环境变得越来越恶劣，对电源的“考验”越来越严重。据统计，每天，用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来自电源[7]。因此，电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角，资金投入较少的电源越来越受到厂商和研究人员的重视，电源技术遂发展成为一门崭新的技术。

而今，小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者的青睐，本文主要介绍ABB公司的电流传感器。

二、电流传感器的工作原理[1]

ABB公司的电流传感器可以测量各种类型的电流，从直流电到几十千赫兹的交流电，其所依据的工作原理主要是霍尔效应，如图1所示。

当原边导线经过电流传感器时，原边电流IP会产生磁力线①，原边磁力线集中在磁芯②周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电极③可产生和原边磁力线①成正比的大小仅几毫伏的电压，电子电路④可把这个微小的信号转变成副边电流IS⑤，并存在以下关系式

其中，IS—副边电流；

IP—原边电流；

NP—原边线圈匝数；

NS—副边线圈匝数；

NP/NS—匝数比，一般取NP=1。

电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS一般很小，只有100~400MA。如果输出电流经过测量电阻RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的输出电压信号。

三、电流传感器主要特性参数[1][2][3][4]

1、标准额定值IPN和额定输出电流ISN

IPN指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A. r.m.s），IPN的大小与传感器产品的型号有关。

ISN指电流传感器额定输出电流，一般为100~400MA，某些型号可能会有所不同。

2、传感器供电电压VA

VA指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压V A-。

3、测量范围Ipmax

测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值IPN。测量范围可用下式计算

要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要高于双相供电的传感器。

4、过载

电流传感器的过载能力参见图2。发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。

5、精度

霍尔效应传感器的精度取决于标准额定电流IPN。在+25℃时，传感器测量精度受原边电流影响的曲线如图3所示，使用下面公式可计算出精度

其中，K=NS/NP。

计算精度时必须考虑偏移电流、线性度、温度漂移的影响。

(1).偏移电流ISO

偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。

(2).线性度

参见图4，线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输

入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度，ABB公司的电流传感器线性度要优于0.1%。

(3).温度漂移

偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的，这可以通过下式计算

其中，CV（CatalogueVALUE）是指电流传感器性能表中的温度漂移值，例如：对CS2000BR型来说，CV为0.5×10-4/℃，最大温度Tmax为-40℃，额定输出电流为400MA，则偏移电流的最大变化。

四、传感器型号、结构和安装方法

ABB公司的传感器产品说明一般由“传感器产品型号”和“生产日期”两部分构成[5]。“传感器产品型号”用于标明传感器的型号、额定测量值、标准型或非标准型。“传感器生产日期”则是由8位数字构成，表明传感器的生产年份、日期（一年中的第几日）及传感器序列号。

ABB公司的传感器产品很多，每种传感器的外形结构、尺寸大小等都有所不同，下面介绍几种典型的外形结构及安装接线方法。

1、MP25P1电流传感器

MP25P1电流传感器是ABB公司中一种量程很小的传感器，所能测量的额定电流为5、6、8、12、25A，原边管脚的不同接法可确定额定测量电流为多少，参见图5。

2、ES300C电流传感器

如MP25P1一样，一般传感器都有正极（+）、负极（-）、测量端（M）三个管脚，但ES300C则没有此三个管脚，而是有红、黑、绿三根引线，分别对应于正极、负极及测量端。同时在ES30 0C型传感器中有一内孔，测量原边电流时要将导线穿过该内孔。

不管是MP25P1还是ES300C型等电流传感器，安装时管脚的接线应根据测量情况进行相应连线。

（1）在测量交流电时，必须强制使用双极性供电电源。即传感器的正极（+）接供电电源“+VA”端，负极接电源的“-VA”端，这种接法叫双极性供电电源。同时测量端（M）通过电阻接电源“0V”端。

（2）在测量直流电流时，可使用单极性或单相供电电源，即将正极或负极与“0V”端短接，从而形成只有一个电极相接的情况，其接法共有四种（见图6和图7）。