鄭方遠

(寧波錦澄電子科技有限公司，浙江 寧波. 315578)

摘要：主要分析國內光伏逆變器現在所用電流電壓傳感器的方式，同時介紹傳感器的作用。

關鍵詞：霍爾電流傳感器，霍爾電壓傳感器，光伏傳感器

1、引言

光伏發電是根據光生伏特效應原理，利用太陽電池將太陽光能直接轉化為電能。不論是獨立使用還是并網發電，光伏發電系統主要由太陽電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，它們主要由電子元器件構成，不涉及機械部件。

目前，國內光伏產業鏈各個環節相當完整，參與其中的廠家眾多，光伏市場市場過于飽和,競爭激烈的的形勢下，降低產品的生產成本成為每個廠家搶占市場占有率的唯一方式,甲方以及各系統集成商對于光伏發電的各個系統環節都需要具有高穩定性的產品，保障整個發電并網環節暢通。霍爾電流傳感器作為光伏并網逆變器中的核心檢測元件，要求產品穩定性的同時，兼顧高精確的電量計量工作。寧波錦澄電子作為國內優秀的電流傳感器供應商，銷售工程師鄭方遠為您介紹傳感器的原理及選擇方式。

2、霍爾電流傳感器的原理及分類

霍爾電流傳感器分為開環和閉環，關于這個問題，大多數的技術人員都認為是開口閉口，其實不然，開環和閉環的指的傳感器的原理，開口閉口指的是產品本身的測量安裝方式。簡單的對相關內容做個介紹：

1）、傳感器的開環和閉環原理

閉環霍爾電流傳感器基于磁平衡式霍爾原理，即閉環原理（也稱磁平衡式霍爾），當原邊電流IP產生的磁通通過高品質磁芯集中在磁路中，霍爾元件固定在氣隙中檢測磁通，通過繞在磁芯上的多匝線圈輸出反向的補償電流，用于抵消原邊IP產生的磁通，使得磁路中磁通始終保持為零。經過特殊電路的處理，傳感器的輸出端能夠輸出精確反映原邊電流的電流變化。具體可以參考JCE1005-FS的技術參數，原理圖及外形如下：

開環霍爾電流傳感器基于直測式霍爾原理，即開環原理（也稱只測試霍爾），原邊電流IP產生的磁通被高品質磁芯聚集在磁路中，霍爾元件固定在很小的氣隙中，對磁通進行線性檢測，霍爾器件輸出的霍爾電壓經過特殊電路處理后，副邊輸出與原邊波形一致的跟隨輸出電壓，此電壓能夠精確反映原邊電流的變化。具體可以參考JCE200-ASS的技術參數，原理圖及外形如下：

2）、傳感器的開口和閉口安裝方式

傳感器按照安裝方式分為開口和閉口，這個一般按照客戶的安裝方式、現場條件、后續維護、產品成本以及產品的各項技術要求來決定的。目前傳感器市場，閉環電流傳感器都是閉口的（PCB板載產品除外），而開環傳感器有閉口也有開口的（PCB板載產品除外）。閉口的傳感器精度、線性度整體來說比開口傳感器的性能要好，開口傳感器的唯一優點就是更換維護方便（基于不斷開電纜或者銅排的條件下），如下圖：

以上對于霍爾電流傳感器做了一個簡單的介紹，針對目前光伏現在的市場狀況，針對不同的光伏逆變器，推薦多種直流,交流兩側進行監測的電流傳感器，應用的廠家較多,每個廠家的設計方式也有很大差別,我們給您一一列舉(不分單機還是并機),如下：

3、直流側電流傳感器的選擇(機側)

直流側電流傳感器目前可供選擇的種類比較多，主要取決于銅排或者電纜尺寸的大小選擇不用孔徑的產品，同時根據廠家的成本要求，主要分為以下幾種:

1）、直流側用閉環電流傳感器

在直流側用閉環電流傳感器是最初逆變器設計的一個初始選擇,從精度角度來說是閉環傳感器更高，可以達到0.3%-0.8%,但在外界環境變化的同時，精度、零點溫飄，線性度等硬性技術參數自然會有所下降，但絕對要好于開環電流傳感器，目前有部分廠家采用此種方式對直流側進行測量，如下圖:

2）、直流側用開環電流傳感器

目前,很多廠家都在直流側選擇用開環電流傳感器,因為絕大多數廠家的直流側的檢測只是做測量,不參與保護,所以對于精度要求不高,1%--3%的精度足矣,而且,開環電流傳感器的成本比閉環電流傳感器的成本低不少,所以現在選擇開環傳感器的還是比較多的，至于零點溫飄和精度等硬性參數，其實是可以通過軟件的修正補償做彌補的，這就要求電流傳感器在使用時的一致性要好.如下圖:

同時還出現一種新的設計方式,把光伏直流柜做以模塊的模式，直接嵌入至光伏逆變器直流側，這樣可以省去2個直流側的總開以，一個直流柜的柜體，同樣可以節省一個直流側的總輸入霍爾電流傳感器（機側），節省成本約1-2萬元，匯流箱輸出端直接接入光伏逆變器,所以,逆變器的直流側就是光伏直流柜,目前這樣應用的方式較多，也是一個比較大的設計趨勢，如下圖:

4、交流側電流傳感器的選擇(網側)

交流側基本上大多數廠家都是使用電流傳感器的,很少有不用的,一般都是根據成本及甲方的要求來選擇的,如下:

1）、交流側用閉環電流傳感器

這個應用方式在國內絕大多數廠家中都是如此應用的,因為閉環傳感器的精度高,交流側傳感器的輸出一般是要參與控制的,所以精度不能太低,這樣應用的廠家很多,如下圖

2）、交流側用開環電流傳感器

目前在交流側加開環電流傳感器的廠家也不少,因為開環電流傳感器的精度稍差,線性度,溫漂,零點漂移等參數都沒有閉環的好,從精度角度來說,和閉環的差別不是太大,只要保證產品的一致性，這些不足是可以通過軟件來進行補償的，目前大多數廠家都是采用這樣的方式進行測量,畢竟成本的要求越來越低,如下圖:

5、霍爾電壓傳感器的選擇

電壓檢測其實和電流傳感器的選擇差不多，只是電壓傳感器可選擇的種類很少，逆變器的最初設計時，選擇的都是一次成型的，不需要逆變器廠家做處理電路，做隔離處理；在市場的壓力下，很多廠家也都采取了自己做電路的方式來進行測量，但需要做隔離處理。一般直流側用一個傳感器即可，當然也有部分廠家在直流側不測量的，交流測也可以用三個電壓傳感器，也可以假設三項平衡，測量其中的2路電壓，第三路經過計算得出。如下圖：

6、傳感器使用時需要注意的事項

以上是目前國內部分廠家配套的使用現狀,并且大部分廠家已經使用使用很長時間，有一定的應用經驗,且在現場經過很長時間的測試等等,目前現場使用情況很好,在選擇電流傳感器的同時，我們建議您在使用的過程中注意以下一些事項：

1）、盡量讓被測量電纜或者銅排等導體充滿傳感器中間的穿孔，如果不能充滿中間的穿孔，請讓被測量導體盡量處于傳感器的正中心，這樣可以減小位置誤差造成的輸出差異。

2）、避免在選擇傳感器時因為溫度變化而產生成本的增加，因為逆變器與匯流箱的使用環境有差異，匯流箱應用于室外，逆變器應用于室內，且逆變器在工作當中其他元器件會有散熱（冬天時，只有在早上啟動前半小時溫度低），所以對于低溫要求做到零下25°C即可，對于高溫則因區域而異。

3）、如果應用在具有潮濕環境，請注意選擇傳感器時咨詢廠家對于凝露以及高潮濕環境是否有影響。

4）、使用產品時需要盡量避免接錯線造成產品內部電路損壞。

5）、傳感器使用的線纜需要具有屏蔽層，同時開環傳感器的傳輸距離最好不超過2米，主要看干擾程度。

6）、傳感器的接線端子盡量具有抗震功能，避免在運輸途中有端子脫落的現象發生。

7、結束語

隨著市場發展的不斷變化，不同種類的傳感器可以適用于不同場合的測量現場，成為電流電壓檢測保護系統中不可或缺的一個重要器件。

參考資料：（1）寧波錦澄電子科技有限公司. 霍爾電流傳感器選型手冊. 2014版

（2）謝文和.傳感器及其應用[M].北京：高等教育出版社，2003

作者簡介：鄭方遠，男，本科，寧波錦澄電子科技有限公司銷售工程師，從事霍爾電流傳感器銷售9年

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