闭环霍尔传感器在EAST快控电源新系统中的应用
摘 要 :介绍闭环霍尔电流和电压传感器的基本工作原理。具体给出了它们的主要性能参数及其在EAST快控电源新系统中的应用。
关键词 :霍尔传感器;闭环;EAST快控电源
1 引言
国家'九五“大科学工程'EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak)超导托卡马克核聚变实验装置“中的快速控制电源为一种大容量AC/DC/AC单相逆变电源,其跟踪等离子体漂移产生的位移信号,通过为真空室内部的四个快控线圈提供数千安的励磁电流,形成磁场来维持等离子体在非圆截面时的动态平衡与准确位置,以抑制等离子体在大拉长形下的快速漂移。
EAST快控电源【1】整个系统由主电路部分,控制保护部分以及远程监控诊断部分组成。其中控制电路部分由主控制器、分控制器、闭环霍尔传感器等组成。考虑到EAST快控电源新系统的复杂性以及工作现场的恶劣环境,对电源装置实施完善的现场控制保护和远程监控诊断,选择合适的闭环霍尔传感器是很重要的。
2 闭环霍尔传感器的工作原理
闭环霍尔电流传感器【2】【3】也称磁补偿霍尔电流传感器,它的工作原理为: 当主回路有一大电流IN流过时,在导线周围产生一个强磁场,这一磁场被聚磁环聚磁,并感应到霍尔元件上,使其产生输出。这信号经放大器放大,输人到功率放大器中,使相应的功率管导通,从而获得了一个补偿电流IM,这一电流通过很多匝绕组所产生的磁场与主电流所产生的磁场大小相等,方向相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔元件的输出逐渐减少。最后,当IM与匝数相乘所产生的磁场与IN所产生的磁场相等时,霍尔元件就达到了零磁通状态。如下图1所示的为闭环霍尔电流传感器的接线图,图2为其等效电路图。
图1 闭环霍尔电流传感器的接线图
图2 闭环霍尔电流传感器等效电路图
上述平衡过程是在小于lμs的时间内建立的,是一个动态平衡过程。一旦磁场失去平衡,霍尔元件就有信号输出,立即有相应的电流流过次级线圈进行补偿。从宏观上来看,原副边的安匝数在任何时间都相等,时时补偿为零。
由图2可知得:
其中:NP为原边匝数,NS为副边匝数,若己知Np、Ns,通过检测负载电阻上的电压可计算出电流
IM,即可得到主电流IN的大小。
对于闭环霍尔电压传感器,它与电流传感器最大的不同在于它原边线圈上要串联一个大电阻R,其基本工作原理为:被测电压VN流过R的电流通过线圈产生的磁场,由霍尔元件输出信号控制的补偿电...
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