霍尔直流电流传感器快速实现直流配电系统智能改造

摘要：根据开口式霍尔电流传感器的原理、特点及安装方式，分析开口式霍尔电流传感器在直流配电改造中的应用，快速实现直流配电系统智能改造。

0：概述

直流配电系统通常由高频开关电源和蓄电池组成，用于为直流系统中控制、信号、继电保护自动装置、事故照明等提供可靠的直流电流电源，对其供电的可靠性、稳定性以及供电质量均有着很高的要求。因此对一些使用周期长的直流配电系统的改造显得十分紧要。

霍尔电流传感器基于磁平衡式霍尔原理，根据霍尔效应原理，从霍尔元件的控制电流端通入电流Ic，并在霍尔元件平面的法线方向上施加磁感应强度为B的磁场，那么在垂直于电流和磁场方向(即霍尔输出端之间)，将产生一个电势VH，称其为霍尔电势，其大小正比于控 制电流I。与磁感应强度B的乘积。即有式中：K为霍尔系数，由霍尔元件的材料决定;I为控制电流;B为磁感应强度;VH为霍尔电势。

霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控制电流IC，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势VH。霍尔电势VH的大小与控制电流IC和磁通密度B的乘积成正比，即：VH=KHICBsinΘ霍尔电流传感器是按照霍尔效应原理制成，对安培定律加以应用，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电-磁-电的绝缘隔离转换。

1：开口式霍尔电流传感器在直流配电改造的应用

1.1 改造要求

系统改造要求不停电进行直流系统切改，即在不失去直流电源的情况下进行负荷的倒出和倒入，改造工程难度大。针对此需求，可采用开口式霍尔电流传感器来解决改造项目中直流电流计量问题，确保改造过程中直流母线和直流负载不停电且安全运行。

1.2 开口式霍尔电流传感器的技术特点和工作原理

开口式霍尔电流传感器整体由外壳、铁芯、采样线路板及固定树脂构成，具有耐高温、机械强度高、环保等特点;线路板与外部接线采用绿色可插拔端子，现场接线方便。

开口式霍尔电流传感器是在传统的开环霍尔电流传感器的基础上加以改造，根据霍尔效应和电磁感应原理，原边电流IP产生的磁场，通过磁芯聚磁后，用霍尔感应芯片在磁芯气隙处感应原边电流IP的大小和方向。霍尔感应芯片的输出电压，经过信号处理电路，使传感器的输出可以反映被测电流的大小。为了提高霍尔开环传感器的性能，通常使用硅钢或者坡莫合金作为磁芯的材料。

开口式霍尔传感器原理图

1.3 应用实例

某铁路机车改造项目，改造要求在不能拆卸母排前提下接入传感器来监测母排直流电流，此种情况只能采用开口式霍尔电流传感器，现场安装方便。

现场安装如下图所示，如果现场可断电安装，可在铜排上按传感器间距要求开两个对应螺纹孔，将传感器通过后侧的安装固定孔固定在母排螺纹孔上，完成传感器的安装;如现场要求不断电安装，可采用配套橡胶垫块内嵌于外壳与铜排之间固定，确保传感器能在振动条件下也能可靠工作，整个安装过程比较快速简单。

某铁路机车改造项目安装图

2： 开口式霍尔电流传感器

2.1 概述

开口式霍尔电流传感器相较于闭口霍尔电流传感器，与传统单铁芯、单霍尔芯片的设计不同，为了设计为分体式结构，将铁芯分离对称安装，硬件采用双霍尔芯片并联互补差分输入，具有性能稳定、机械强度高、导磁率高等特点，线路板与外部接线采用绿色可插拔端子，现场接线方便。

AHKC系列开口式霍尔电流传感器

2.2 型号说明

2.3 技术参数

2.4注意事项

1、霍尔传感器在使用时，为了得到较好的动态特性和灵敏度，注意原边线圈和副边线圈之间的耦合，建议使用单根导线且导线完全填满霍尔传感器模块过线孔;

2、霍尔传感器在使用时，在额定输入电流值下才能得到测量精度，当被测电流远低于额定值时，若要获得精度，原边可使用多匝，即：IpNp=额定安匝数。另外，原边馈线温度不应超过 80℃;

3、霍尔电流传感器正常工作时的辅助电源不应超过标定值的±20%;

4、霍尔电流传感器在安装使用过程中严禁从高处摔落(≥1m);

5、不能调节零点、满度调节电位器;

6、辅助电源需要自行配置;

7、电源正负不能接反。

参数范例

例 1 AHKC-EKAA 霍尔电流变送器

辅助电源：DC24V

输入：DC0～200A

输出：DC4～20mA

精度：1 级

3：结束语

从改造成本上看，如采用传统闭口式霍尔电流传感器或者分流器方案，施工时需要先拆除直流母线铜排，然后安装传感器，再将母排重新安装恢复，整改线路需要停电配合，采用开口式霍尔电流传感器则更省时省力;从测试性能方面，只要安装时传感器的上、下体螺丝固定紧密，开口式传感器与闭口式传感器的精度、稳定性基本一致。综上所述，开口式霍尔电流传感器在直流配电改造过程中有着更为广泛的应用。

审核编辑：汤梓红