有图真相-光伏逆变器中全系列霍尔电流传感器

有图真相 - 光伏逆变器中全系列霍尔电流传感器摘要：主要分析国内光伏逆变器现在所用电流电压传感器的方式，同时介绍传感器的作用。关键词： 霍尔电流传感器，霍尔电压传感器，光伏传感器1 、引言光伏发电是根据光生伏特效应原理，利用太阳电池将太阳光能直接转化为电能。不论是独立使用还是并网发电，光伏发电系统主要由太阳电池板（组件） 、控制器和逆变器三大部分组成，它们主要由电子元器件构成，不涉及机械部件。目前，国内光伏产业链各个环节相当完整，参与其中的厂家众多，光伏市场市场过于饱和 ,竞争激烈的的形势下，降低产品的生产成本成为每个厂家抢占市场占有率的唯一方式 , 甲方以及各系统集成商对于光伏发电的各个系统环节都需要具有高稳定性的产品，保障整个发电并网环节畅通。霍尔电流传感器作为光伏并网逆变器中的核心检测元件，要求产品稳定性的同时，兼顾高精确的电量计量工作。宁波锦澄电子作为国内优秀的电流传感器供应商，销售工程师郑方远为您介绍传感器的原理及选择方式。2 、霍尔电流传感器的原理及分类霍尔电流传感器分为开环和闭环，关于这个问题，大多数的技术人员都认为是开口闭口，其实不然，开环和闭环的指的传感器的原理，开口闭口指的是产品本身的测量安装方式。简单的对相关内容做个介绍：1 ） 、传感器的开环和闭环原理闭环霍尔电流传感器 基于磁平衡式霍尔原理，即闭环原理（也称磁平衡式霍尔） ，当原边电流 IP 产生的磁通通过高品质磁芯集中在磁路中，霍尔元件固定在气隙中检测磁通，通过绕在磁芯上的多匝线圈输出反向的补偿电流，用于抵消原边 IP 产生的磁通，使得磁路中磁通始终保持为零。经过特殊电路的处理，传感器的输出端能够输出精确反映原边电流的电流变化。具体可以参考 JCE1005-FS的技术参数，原理图及外形如下：开环霍尔电流传感器 基于直测式霍尔原理，即开环原理（也称只测试霍尔） ，原边电流 IP 产生的磁通被高品质磁芯聚集在磁路中，霍尔元件固定在很小的气隙中，对磁通进行线性检测，霍尔器件输出的霍尔电压经过特殊电路处理后，副边输出与原边波形一致的跟随输出电压，此电压能够精确反映原边电流的变化。具体可以参考 JCE200-ASS的技术参数，原理图及外形如下：2） 、传感器的开口和闭口安装方式传感器按照安装方式分为开口和闭口，这个一般按照客户的安装方式、现场条件、后续维护、产品成本以及产品的各项技术要求来决定的。目前传感器市场，闭环电流传感器都是闭口的（ PCB板载产品除外） ，而开环传感器有闭口也有开口的（ PCB板载产品除外） 。闭口的传感器精度、线性度整体来说比开口传感器的性能要好，开口传感器的唯一优点就是更换维护方便（基于不断开电缆或者铜排的条件下） ，如下图：以上对于霍尔电流传感器做了一个简单的介绍，针对目前光伏现在的市场状况，针对不同的光伏逆变器，推荐多种直流 ,交流两侧进行监测的电流传感器， 应用的厂家较多 , 每个厂家的设计方式也有很大差别 ,我们给您一一列举 (不分单机还是并机 ), 如下：3 、直流侧电流传感器的选择 ( 机侧 ) 直流侧电流传感器目前可供选择的种类比较多，主要取决于铜排或者电缆尺寸的大小选择不用孔径的产品，同时根据厂家的成本要求，主要分为以下几种 : 1) 直流侧用 闭环 电流传感器在直流侧用闭环电流传感器是最初逆变器设计的一个初始选择 ,从精度角度来说是闭环传感器更高，可以达到0.3%-0.8%, 但在外界环境变化的同时，精度、零点温飘，线性度等硬性技术参数自然会有所下降，但绝对要好于开环电流传感器，目前有部分厂家采用此种方式对直流侧进行测量，如下图 : 2) 直流侧用 开环 电流传感器目前 ,很多厂家都在直流侧选择用开环电流传感器 , 因为绝大多数厂家的直流侧的检测只是做测量 ,不参与保护 ,所以对于精度要求不高 ,1%--3% 的精度足矣 ,而且 ,开环电流传感器的成本比闭环电流传感器的成本低不少 ,所以现在选择开环传感器的还是比较多的， 至于零点温飘和精度等硬性参数， 其实是可以通过软件的修正补偿做弥补的，这就要求电流传感器在使用时的一致性要好 . 如下图 : 同时还出现一种新的设计方式 ,把光伏直流柜做以模块的模式， 直接嵌入至光伏逆变器直流侧， 这样可以省去 2个直流侧的总开以，一个直流柜的柜体，同样可以节省一个直流侧的总输入霍尔电流传感器（机侧） ，节省成本约 1-2 万元，汇流箱输出端直接接入光伏逆变器 , 所以 , 逆变器的直流侧就是光伏直流柜 ,目前这样应用的方式较多，也是一个比较大的设计趋势，如下图 : 4 、交流侧电流传感器的选择 ( 网侧 ) 交流侧基本上大多数厂家都是使用电流传感器的 ,很少有不用的 , 一般都是根据成本及甲方的要求来选择的 , 如下 : 1) 交流侧用 闭环 电流传感器这个应用方式在国内绝大多数厂家中都是如此应用的 ,因为闭环传感器的精度高 ,交流侧传感器的输出一般是要参与控制的 ,所以精度不能太低 , 这样应用的厂家很多 , 如下图2) 交流侧用 开环 电流传感器目前在交流侧加开环电流传感器的厂家也不少 ,因为开环电流传感器的精度稍差 , 线性度 , 温漂 ,零点漂移等参数都没有闭环的好 ,从精度角度来说 , 和闭环的差别不是太大 ,只要保证产品的一致性，这些不足是可以通过软件来进行补偿的，目前大多数厂家都是采用这样的方式进行测量 ,毕竟成本的要求越来越低 ,如下图 : 5 、霍尔电压传感器的选择电压检测其实和电流传感器的选择差不多，只是电压传感器可选择的种类很少，逆变器的最初设计时，选择的都是一次成型的，不需要逆变器厂家做处理电路，做隔离处理；在市场的压力下，很多厂家也都采取了自己做电路的方式来进行测量，但需要做隔离处理。一般直流侧用一个传感器即可，当然也有部分厂家在直流侧不测量的，交流测也可以用三个电压传感器，也可以假设三项平衡，测量其中的 2 路电压，第三路经过计算得出。如下图：6 、传感器使用时需要注意的事项以上是目前国内部分厂家配套的使用现状 , 并且大部分厂家已经使用使用很长时间，有一定的应用经验 , 且在现场经过很长时间的测试等等 , 目前现场使用情况很好 , 在选择电流传感器的同时，我们建议您在使用的过程中注意以下一些事项：1） 尽量让被测量电缆或者铜排等导体充满传感器中间的穿孔，如果不能充满中间的穿孔，请让被测量导体尽量处于传感器的正中心，这样可以减小位置误差造成的输出差异。2） 避免在选择传感器时因为温度变化而产生成本的增加，因为逆变器与汇流箱的使用环境有差异，汇流箱应用于室外，逆变器应用于室内，且逆变器在工作当中其他元器件会有散热（冬天时，只有在早上启动前半小时温度低） ，所以对于低温要求做到零下 25° C即可，对于高温则因区域而异。3） 如果应用在具有潮湿环境，请注意选择传感器时咨询厂家对于凝露以及高潮湿环境是否有影响。4） 使用产品时需要尽量避免接错线造成产品内部电路损坏。5） 传感器使用的线缆需要具有屏蔽层，同时开环传感器的传输距离最好不超过 2 米，主要看干扰程度。6） 传感器的接线端子尽量具有抗震功能，避免在运输途中有端子脱落的现象发生。7 、结束语随着市场发展的不断变化，不同种类的传感器可以适用于不同场合的测量现场，成为电流电压检测保护系统中不可或缺的一个重要器件。参考资料： （ 1）宁波锦澄电子科技有限公司 . 霍尔电流传感器选型手册 . 2014 版（ 2）谢文和 .传感器及其应用 [M]. 北京：高等教育出版社， 2003