萊姆電流互感器的電路

1、萊姆（LEM ）電流互感器的電路1、LEM電流互感器的原理解析在智能化較高的電子設(shè)備上，應(yīng)用最多的是電子式電流互感器，其突出優(yōu)點(diǎn)在于把普通電流傳感器與 霍爾元件、電子電路有機(jī)地結(jié)合起來，既沿襲了普通傳感器測(cè)量范圍寬的長(zhǎng)處，又發(fā)揮了電子電路反應(yīng)速 度快的優(yōu)勢(shì)。而且大拓展了其應(yīng)用范圍，可用于交流、直流及脈動(dòng)電流進(jìn)行測(cè)量。該類電子式傳感器，有些為非標(biāo)產(chǎn)品，系變頻器生產(chǎn)廠家自行制作的，通用性較差。近年來也有一些廠家專門生產(chǎn)通用性較好的電子式電流傳感器，本機(jī)例所采用的是萊姆電流傳感器（由瑞士LEM公司推出的產(chǎn)品）。其外型、內(nèi)部電路板和原理框圖如圖1所示。a） LEM電流互感器外型b） LEM電流互感器內(nèi)

2、部結(jié)構(gòu)c） LEM電流互感器內(nèi)部原理框圖圖1 LEM電流互感器外型、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理框圖LEM有源電流互感器（以下簡(jiǎn)稱LEM電流互感器）為中間有透孔，三引線端的方形塑封器件，中間透孔供穿過變頻器的輸出電流引線，作為電流互感器的原邊，穿繞匝數(shù)一般為1匝；三引線端，其中兩引線為供電電源引入，一引腳為電流檢測(cè)信號(hào)輸出。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)含帶空隙鐵心（空隙處供放置霍爾元件）、副邊線圈、電子電路板。輸出電流信號(hào)在外置負(fù)載電阻上，可以轉(zhuǎn)化為表征著輸出電流大小的線性電壓信號(hào)。LEM （LA108-P型）電流互感器測(cè)繪電路，如圖 9-4所示。+LA108P LEM注：為便于原理分析，圖中元件序號(hào)為作者所添加。圖2 LE

3、M （LA108-P型）電流互感器測(cè)繪電路圖LEM電流互感器的工作原理（參見圖9-3c）電路與圖9-4電路）：LEM 電流互感器的原理是磁場(chǎng)平衡式的，由閉環(huán)控制完成零磁通檢測(cè)的任務(wù)。即主電流回路所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過一個(gè)次線線圈L1 （1000匝，直流電阻99 Q）的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行了補(bǔ)償，使霍爾器件U1始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)主回路有一大電流Ip流過時(shí)，在導(dǎo)體周圍產(chǎn)生相應(yīng)的電磁場(chǎng)Hp,穿過磁場(chǎng)的磁力線被聚集環(huán)聚集，并作用于霍爾器件，霍爾器件U1產(chǎn)生電流信號(hào)輸出；此電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)放大器U2 （差分放大器）放大,輸入至功率放大電路（由 VT1、VT2構(gòu)成的互補(bǔ)放大器），從而產(chǎn)生一 個(gè)流經(jīng)

4、L1的補(bǔ)償電流Is。Is流經(jīng)L1 ,產(chǎn)生電磁場(chǎng)Hs,因與Hp大小相等方向相反而互相抵消，可以認(rèn)為 是補(bǔ)償了原來的磁場(chǎng)，使 U1輸出信號(hào)逐漸減小，至 Hs=Hp時(shí)，則Is不再增加。電路的動(dòng)態(tài)控制結(jié)果，使 Is=Ip , Hs=Hp ,使U1檢測(cè)到的磁通量為零。這是一個(gè)時(shí)間極短的動(dòng)態(tài)平衡過程，即主電路Ip的任何變化都會(huì)破壞這一平衡磁場(chǎng)。磁場(chǎng)一旦失衡，U1即產(chǎn)生信號(hào)輸出，即有相應(yīng)電流流過L1進(jìn)行補(bǔ)償，從宏觀上看，次級(jí)補(bǔ)償電流的安匝數(shù)在任何時(shí)間，都與主電路的安匝數(shù)一樣，即NpIp+NsIs=0式中，Np為原邊匝數(shù)；Ns為副邊（次級(jí)）匝數(shù)；Ip為原邊電流；Is為副邊電流。在實(shí)際應(yīng)用LEM電流互感器時(shí)，通

5、過測(cè)量負(fù)載電阻Rm上的電壓降Vm,從而得到主電路電流值Ip。U4/VU5/W4/U己一LA108P LEMLA108P LEM5/V VV1VV2IGBTf變電路 &6/Wo+ 15V-15V MM+VW1VW2主接線端UVWM*圖3 LEM （ LA108-P型）電流互感器接線圖KV1900型15kW變頻器，僅在 V、W輸出回路中串入 U4/V、U5/W等兩只LEM電流互感器，省掉 了 U相電流互感器，這也是變頻器電流采樣電路經(jīng)常采用的方案一一由后續(xù)電路可以方便地生成U相電流檢測(cè)信號(hào)。為區(qū)別兩路電流檢測(cè)信號(hào)，將其信號(hào)輸出端分別標(biāo)記為M和M*。2、LEM電流互感器的故障檢修實(shí)際上，在變

6、頻器上廣泛采用的電子式電流互感器，是做為一個(gè)“獨(dú)立元件”被應(yīng)用的，并且有些電 子互感器產(chǎn)品，使用較難清除的膠狀物密封，清除困難，以致無法檢修。因而對(duì)電子互感器，多以整體代 換為主。但LEM電流互感器，因拆裝方便，在拆下 L1線圈后，測(cè)量與代換線路板（見圖9-5）上的損壞元件，都較為方便，對(duì)其大部分故障，是可以成功修復(fù)的。圖4 LEM （LA108-P型）電流互感器電子電路板電流互感器損壞后典型的故障現(xiàn)象，是在變頻器上電后，即報(bào)出過電流、模塊短路故障，禁止接受起動(dòng)信號(hào)，本機(jī)型，電流互感器采用+15V、-15V供電，電路中易壞元件為運(yùn)算放大器U2和VT1、VT2組 成的功率放大器。正常狀態(tài)下，LEM 電流互感器信號(hào)輸出腳M 端的靜態(tài)電壓值，相對(duì)于信號(hào)地（以MCU 主板 +5V 供電的負(fù)端為基準(zhǔn) 0V）來說，約為0V。當(dāng)檢測(cè) M端的靜態(tài)輸出電壓不為 0V （達(dá)+10V或-10V以上）時(shí)，說明 U2 或 VT1 、 VT2 元件之一已經(jīng)損壞，導(dǎo)致其輸出的錯(cuò)誤的電流檢測(cè)信號(hào)。如當(dāng)VT1 擊穿或漏電時(shí)