Technologie Hallova jevu posouvá hranice
26. 8. 2015 | LEM | www.peed.cz
Inteligentní energetický management pomáhá optimalizovat spotřebu elektřiny a zajišťovat plynulý chod zařízení. Kvalitní a rychlá zpětná vazba může např. v provozu s obráběcími stroji, u nichž dochází během jejich spouštění k prudkému nárůstu proudu, vyřešit problém s rozběhovými proudy. Využitím pohonů s proměnnými otáčkami lze docílit více než 30% úsporu energie a zlepšit dynamiku regulace točivého momentu.
Snižovat kolísání točivého momentu regulovaných pohonů je pro techniky velkou výzvou. Základním předpokladem úspěšného vyřešení tohoto problému je nepřetržité a velice přesné měření okamžitých hodnot proudu ve všech třech fázích. Převodníky proudu LEM LF XX10 dokážou díky své přesnosti snížit kolísání točivého momentu ve velkém rozsahu teplot. To přináší nejen větší komfort, např. ve výtazích, hnacích vozidlech i jiných zařízeních pro přepravu, ale také velkou dynamiku a přesnost při polohování obráběcích strojů, robotů apod.
Obr. 1. Řada převodníků proudu LF XX10
Příklady použití převodníků LEM
Výtahy
V případě výtahů bez strojovny je většina komponent umístěna v šachtě, v níž se pohybuje výtahová kabina. V malé skříni je umístěn regulátor, motory a střídač. Když se otevřou dveře výtahu, musí být podlaha kabiny pokaždé ve stejné poloze, aby při vystupování osob nedošlo k úrazu. Spolehlivé a přesné měření proudu převodníky LEM zajistí, že budou všechny motory při jakékoliv teplotě napájeny požadovaným proudem, takže bude zajištěna vysoká přesnost regulace polohy kabiny výtahu.
Větrné elektrárny
Ve větrných elektrárnách, ze kterých je elektřina dodávána a řízena v rámci elektrizační sítě, má nepřetržité měření proudu na straně sítě při všech teplotách zcela zásadní význam. Nárůst výkonu generátorů s permanentními magnety a zvětšování rozměrů větrných elektráren zvyšují poptávku po kvalitních snímačích velkých proudů.
Řada LEM LF XX10 zahrnuje typy pro pět proudových rozsahů od 100 do 2 000 A, a je tak vhodná pro většinu energetických aplikací. Někteří výrobci realizují střídač spojením několika paralelních modulů. Součástí těchto řešení jsou přípojnice přenášející proud řádově několika tisíc ampérů. Tak velké proudy generují rozptylová pole o velké intenzitě.
Čidla LF 510, LF 1010 a LF 2010 mají částečnou vzduchovou mezeru, která účinek vnějších elektromagnetických polí na jejich funkci významně omezuje. Dalším problémem je vliv chyb v okolí nuly na přesnost měření malých proudů.
Chyba nuly je hodnota na výstupu snímače v dovoleném rozsahu teplot, jestliže vstupem neteče proud. Tento stav snímače ve zpětné vazbě způsobí, že je do regulovaného obvodu vnucován chybový stejnosměrný proud. Díky technologii zákaznických obvodů ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) mají čidla řady LF XX10 malé ztráty a až pětkrát menší chyby v okolí nuly, než je tomu u čidel řady LF XX05.
Technologie ASIC zvyšuje výkon
S řadou čidel LF XX10 (obr. 1) uvádí LEM na trh provedení převodníku s uzavřenou smyčkou na principu Hallova jevu jako alternativu k převodníkům s uzavřenou smyčkou na principu „fluxgate″. Čip s Hallovým členem představuje zákaznický obvod ASIC, který k potlačení zmíněných chyb využívá velmi účinné technologie, jako je např. speciální geometrie integrovaného obvodu. Převodníky založené na principu zákaznických obvodů (obr. 2) jsou konstruovány tak, aby pokryly rozsah jmenovitých proudů od 100 do 2 000 A (LF 210-S, LF 310-S, LF 510-S, LF 1010-S a LF 2010-S).
Obr. 2. Detail zákaznického integrovaného obvodu (ASIC) pro převodníky řady LF XX10
Částečná vzduchová mezera (obr. 3) zajišťuje malou citlivost na vnější střídavá i stejnosměrná pole, takže i přes kompaktní konstrukci se na čidlech neprojevuje vliv velkých proudů tekoucích silovými vodiči v jejich blízkosti.
Obr. 3. Částečná vzduchová mezera v magnetickém jádru
Citlivost čidel LF 1010-S na střídavé nebo stejnosměrné magnetické pole je nejméně pětkrát menší než u čidel LF 1005-S. Např. chyba při použití LF 1010-S je pouze 2 % jmenovitého primárního proudu IPN, zatímco při použití LF 1005-S je to až 10 %. Navíc čidla LF XX10 mají rychlou odezvu na skokovou změnu primárního proudu, hodnoty 90 % z IPN je dosaženo za méně než 0,5 μs.
Princip činnosti
Pro přesné měření stejnosměrného proudu kompenzuje tato technologie primární proudovou vazbu θP vytvořenou primárním proudem IP (obr. 4) takto:
kde
θS je sekundární proudová vazba,
NP počet závitů primárního vinutí,
NS počet závitů sekundárního vinutí,
IS sekundární proud.
Obr. 4. Princip převodníku proudu s uzavřenou smyčkou
K přesné kompenzaci dvou opačných proudových vazeb (θP a θS) potřebuje čidlo naměřit přesnou hodnotu θ = 0. Aby bylo dosaženo co největšího výstupního signálu čidla, musí být tento převodník velmi citlivý k malým hodnotám zbytkového magnetického toku Ψ vytvořeného proudovou vazbou. Cílem tedy je vytvořit převodníky proudu s lineární závislostí výstupního proudu na vstupní proud, s dlouhodobou stabilitou, malým zbytkovým šumem, malou závislostí na teplotě, s odezvou v širokém pásmu frekvencí a velkou spolehlivostí.
Převodníky proudu LEM řady LF XX10 využívající zákaznický obvod ASIC na principu Hallovova jevu posouvají úlohu měření proudů v rozsahu jmenovitých hodnot 100 až 2 000 A (4 000 A vrcholová hodnota) na novou kvalitativní úroveň, a vyhovují tak náročným požadavkům systémů moderní výkonové elektroniky.
PE & ED, spol. s r.o.
Koblovská 101/23
Ostrava
711 00
Obchodní kancelář:
Špálova 6
Ostrava-Přívoz
702 00
tel: +420 596 239 256
e-mail: peedova@peed.cz
www.peed.cz
