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摘要：本文介紹了LEM電流傳感器在電梯專用變頻器中的應用，分析了電流傳感器在電流檢測和控制中的作用，并提供了相應傳感器的性能參數。并給出了傳感器的檢測電路原理圖。
關鍵詞：電流傳感器 變頻器
引言
交流電機變頻調速，在世界各發達國家已普遍使用，且有取代直流調速的趨勢。用變頻器控制電機實現調速，可節省10%以上的電能。而在電梯專用變頻器行業中，節能和效率也是最重要的因素，除此之外，變頻調速優異的起制動性能，也給電梯乘客帶來無盡的舒適感。
LEM傳感器在電梯專用變頻器的應用主要有三方面：
在電梯專用變頻器的控制中，電流環作為內環，電流控制是最基礎的電磁過程控制，電流環控制的好壞直接影響到輸出轉矩的精度，而作為電流閉環的輸入反饋值，電流傳感器的采樣信號的精度自然是不可忽視的因素，我司開發的專用變頻器對逆變器三相輸出分別通過三個電流傳感器采樣，如下圖所示： 
一、在變頻器中，電流傳感器的基本作用是保護昂貴的大功率晶體管。由于電流傳感器的響應時間短于1μs，因此，出現過載短路時，在晶體管未達到極限溫度之前即可切斷電源，使晶體管得到可靠的保護，我司采用的是IPM模塊，各系列對應的150%過載時間10s, 200%過載時間0.5s, 電梯驅動是恒轉矩負載，額定狀況啟動需要短時的120%~150%啟動電流，電流傳感器良好的動態性能和快速的響應時間，保證變頻器正常輸出的同時，能對異常狀況及時保護。
二、電流傳感器和相應的供電電源、調理電路構成電流采樣模塊，該模塊將三相定子電流轉化為基本的二進制代碼，提供電流的適時信息，完成電流環的調節。本系統采用三個LEM模塊分別檢測a、b、c相電流。并通過采樣電阻將電流信息轉化為電壓信息，然后由變頻器的主控芯片中的AD變換模塊轉化為數字信號。再經過數字濾波和定標處理，為電流環調節提供電流反饋信息。檢測電路的硬件原理圖如下所示： 
LEM元件將電流信息轉化為電壓信息，此外還要將LEM檢測回來的信號轉化為適合控制芯片的電壓范圍，首先，將電壓信號變換為對稱的正負電壓，然后提供相應的偏移，轉化到適合控制芯片的電壓范圍。LEM元件對a、b、c三相電流均采樣，經檢測模塊后存放在相應的寄存器中供主控系統采用。
三、電梯配電多采用三線制，電機定子三相電流和等于零，LEM元件對a、b、c三相電流均采樣，經檢測模塊后的轉換結果作為檢測三相電流不平衡率的依據；另外，在逆變器切斷輸出后可通過LEM元件對a、b、c三相電流流動情況進行檢測，以判斷功率模塊是否可靠關斷，消除安全隱患。
在應用中，LEM傳感器體現其極多特點：
它可以測量任意波形的電流，如直流、交流、脈沖波形等，甚至可測出瞬態峰值；
原邊電路與副邊電路之間完全高度絕緣，絕緣耐壓一般3～6kV，特殊要求可達到6～50kV；
測量精度高：在工作溫度范圍內精度優于10%，該精度適用于任何波形的測量；
線性度好：優于0.1%；
動態性能好：響應時間小于1μs，跟蹤速度di/dt高于50A/μs；
工作頻帶寬：在0(直流)～100kHZ范圍內精度能達到1%，0～5kHZ范圍內精度提高到0.5%；
過載能力強：當原邊電流超載時，可以自動保護，即使過載電流為額定值的二十倍時傳感器也不會損壞；
原邊與副邊之間的電容量是很弱的，在很多應用中共模電壓的各種影響可忽略；
靈敏度高：能區分在高分量上的弱小信號，如在幾百安培的直流上能區分幾毫安的交流分量；
可靠性高：失效率λ＝0.43×10-6/h；抗外磁場能力強：經實驗在距離傳感器5～10cm處的一個兩倍工作電流所產生的磁場干擾而引起自身的誤差≤0.5%。
實踐證明，由LEM電流傳感器、調理電路構成的電流檢測環節，完全可以滿足電梯專用變頻器閉環控制時的電流檢測要求。
作者簡介
葉青，上海新時達電氣有限公司助理工程師，從事電梯變頻器的開發應用。Email:yeqing@stepelevator.com
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