|
智能電網的有效運行依賴于在高分辨率下測量當前水平和其他參數的能力。智能電網應用程序的另一個關鍵特點是增加了小規模可再生能源的使用。這些系統要求使用逆變器將從太陽能或風能中獲取的電能轉換成與網格分布兼容的交流信號。控制回路中需要電流傳感器，以確保滿足這些條件。本文研究了當前傳感的全效技術，以及如何將其應用于智能電網。 智能電網依靠精確的實時數據來確保控制電力輸送的設備和電網的接口保持在最高效率。在網格上傳感器捕獲的數據可以發現潛在的故障點，并提醒操作員解決問題或激活能夠執行補救行動的功能。這就導致了電力分配單元(pdu)的安裝，它能準確地測量所交付的功率及其特性。 智能電網應用程序的一個關鍵附加功能是增加對小型可再生能源的使用。這些系統要求使用逆變器將從太陽能或風能中獲取的電能轉換成與網格分布兼容的交流信號。AC必須與電網同步，并具有低的諧波失真，但這是一項具有挑戰性的工作。 在光電的情況下，需要一個逆變器來將每個電池產生的直流轉換成一個合適的交流電源輸出。為了確保與電網的正確連接，逆變器的控制回路需要電流傳感器。傳感器必須準確測量交流電流和直流電流，并具有良好的動態性能。快速響應時間需要對網格中的任何變化做出快速反應，并在損壞發生之前關閉或斷開系統。高輸出帶寬使系統能夠測量高頻交流電流和諧波，以確保所傳遞的電力滿足電力供應商施加的嚴格的電能質量目標。 識別DC輸出到網格的能力也很重要。各國的規定各不相同，但限制通常很小:按數十到數百毫安的順序。電流傳感也可以支持故障檢測，檢查短路和過載情況。 雖然存在許多電流感知選項，但基于霍爾效應的傳感器提供了一組非常適合于這些應用的特性，包括電壓暫態生存、當前的inrush處理、空間限制和模塊性。該技術可以支持非接觸式傳感，確保對大電壓瞬態和涌流的內在隔離和保護。 以埃德溫·霍爾(Edwin Hall)的名字命名，他于1879年發現了這一效應，它是通過一個垂直于附近導體中電流的磁場，產生一個導體或半導體的電壓差。所產生的電壓取決于接收導體和外加磁場中所使用的材料，這本身取決于源導體的總電流。 電壓差是由電荷載體由磁場的直線路徑偏轉而引起的。電子沿接收導體的一個表面形成一個可測量的電壓差。由此產生的電場反對進一步變化的遷移，這樣只要電荷載體繼續流過材料，就可以保持穩定的電勢。 在電流傳感應用中，霍爾效應傳感器的一個缺點是它們的精度限制在零安培輸出電壓和溫度靈敏度的變化上。其他問題包括輸出信號帶寬和輸出噪聲。新一代的Hall-effect設備已經解決了這些問題，提供了更適合于反監控應用程序和一般的電力監控的組件。 快板微系統采用了一種雙mos工藝來支持精確的放大器設計和數字電路的工廠編程的增益和抵消的溫度。霍爾元件和放大器都是斬波穩定的，以提高精度和偏移漂移性能。 當前傳感器ICs的Allegro ACS756系列采用了這些技術，結合精密、低偏移的線性霍爾傳感器電路和靠近芯片的銅傳導路徑，提供了較高的精度。應用電流流過該銅傳導通路，產生一個磁場，由集成的霍爾IC感應，并轉換成比例電壓。的響應時間小于4μs允許在高頻電流傳感開關逆變器。在低頻率工作的應用程序中，如電網監測所需要的，可以通過過濾輸出來降低輸出噪聲，提高分辨率。 的內部阻力130μΩ典型的導電路徑,提供低功率損失。銅導體的厚度允許設備在超過電流的情況下存活5倍。導電通路的端子與傳感器導線絕緣。這使得ACS756系列傳感器芯片可以用于需要電氣隔離的應用程序，而不需要使用光隔離器或其他昂貴的隔離技術。 Asahi Kasei的CQ-3301是一種高速電流傳感器，它圍繞著一種超薄薄膜銦量子阱技術和無芯包提供一個節省空間的VSOP24選項。旨在讓電流通過包在逆變器監控等應用程序,設備的隔離電壓3.0 kV / 60秒假設50/60 Hz交流主指揮,和0.5μs的響應時間。低噪聲輸出1.6 mVRMS, CQ-3301為靈敏度和零電流輸出提供低溫漂移。它符合IEC/UL-60950和UL-508安全標準。 對于非常高電流的應用，Allegro提供A136x系列傳感器。每一個都封裝在一個1毫米厚的SIP中，以適應在一個導體周圍的c芯的缺口。這些設備，比如A1363，可以感應到超過1500的電流。他們提供120 kHz帶寬，適用于高頻逆變器，再一次通過輸出濾波為較低帶寬提供更好的精度，如預期的網格監測設計。 來自快板的sip包裝的A136x的圖像。 
圖1:來自快板的sip包裝的A136x可以安裝在C-core中，用于測量高壓導體的電流。 Melexis開發的三軸電流傳感技術，在MLX91205等產品中使用，使得該公司可以開發一系列的表面安裝包，這些包可以在PCB或匯流條中嵌入導體，而不是通過包裹。由于傳統的ht -效應傳感器對垂直于芯片表面的磁場敏感，而不是平行于PCB跡或匯流條上的設備進行精確測量，因此該領域需要在局部垂直。這就是Melexis集成磁集中器(IMC)技術的設計目的。IMC采用高滲透性、低壓力、無定形鐵磁層，直接連接到霍爾傳感器芯片的表面，將磁場通量線聚焦在約十分之一鐵磁元件大小的霍爾上。IMC的兩個部分收集和放大平行于芯片表面的小磁通，并將平面組件旋轉到垂直于芯片表面的磁場中。 Melexis IMC技術的圖像。
傳感器的電流范圍受到導體和屏蔽體幾何形狀的限制。通過增加母線的橫截面或傳感器和電流導體之間的距離，可以很容易地增加電流范圍。該傳感器可以監測從5a到100a在pcb上的電流，或高達1000 A的母線。有兩種不同的產品版本可供選擇。91205 hb磁場特性的線性范圍的±25噸和91205磅處理±10噸的線性范圍。 因此，Hall-effect設備提供了非接觸傳感的可能性，為智能電網應用的當前監測提供了通用的解決方案，無論是在可再生能源領域的逆變器，還是配電單元的診斷。 |
