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尹海
（山東山大奧太電氣有限公司，山東 濟(jì)南 250101）
摘要：在逆變式弧焊電源中需對電壓電流信號進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對輸出量的閉環(huán)控制并對電路進(jìn)行保護(hù)�；魻栯娏麟妷簜鞲衅餍阅軆�(yōu)異，將會得到越來越多的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：霍爾元件；電壓電流傳感器；逆變式弧焊電源
Application of current and voltage transducers in inverter arc welding source
0 引言
在各種電力電子產(chǎn)品如變頻器、逆變電源、開關(guān)電源、逆變焊機(jī)中，常需要對各種電壓、電流信號進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對輸出電量的閉環(huán)控制及對設(shè)備工作的可靠性保護(hù)。近年來，隨著新型大功率高速開關(guān)器件和單片機(jī)、PLC、DSP等數(shù)字化芯片在各種電力電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，人們對電壓電流信號的采集方法也提出了越來越高的要求。基于霍爾原理制成的電流電壓傳感器以其在各方面表現(xiàn)出來的優(yōu)點(diǎn)得到了大家的重視，本文僅就該類傳感器在逆變式弧焊電源中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景進(jìn)行分析及闡述。
1 逆變式弧焊電源中電壓電流信號的作用及采集方式
圖1 逆變式弧焊電源系統(tǒng)框圖
市電經(jīng)整流濾波由交流電變?yōu)橐淮沃绷麟姡琍WM逆變器將其變換為20KHZ的交流電，再經(jīng)整流濾波后得到二次直流電輸出為電弧提供能量。
在該系統(tǒng)一次直流電環(huán)節(jié)，電壓信號VDC用來實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)欠壓、過壓、缺相的保護(hù)；電流信號IDC用來實(shí)現(xiàn)對由于輸出過流、二次整流元件損壞、變壓器偏磁過流、一次開關(guān)器件橋臂直通等原因的過流保護(hù)。
電壓信號VDC對于焊機(jī)工作而言不是必需的，在國內(nèi)工業(yè)施工和使用環(huán)境電網(wǎng)質(zhì)量較差的情況下，焊機(jī)還易出現(xiàn)頻繁保護(hù)，用戶不滿意，因此國內(nèi)許多焊機(jī)產(chǎn)品不設(shè)該項(xiàng)保護(hù)。但據(jù)筆者多年的經(jīng)驗(yàn)，供電問題往往是造成焊機(jī)故障的主要原因之一，對一次主電路器件如輸入濾波電容、IGBT等危害較大，應(yīng)予以保護(hù)。VDC可以用電阻降壓的方式取得，也可以采用霍爾電壓傳感器。
電流信號IDC對于焊機(jī)工作而言也不是必需的，但由于過流的情況易于出現(xiàn)，且短時(shí)即可造成IGBT的損壞，故各焊機(jī)廠家都是很重視的。用霍爾電流傳感器對一次直流母線電流進(jìn)行檢測是最合理的保護(hù)方法，可以防止因?yàn)楦鞣N原因造成的過流。因?yàn)槌杀镜脑�，現(xiàn)在常常采取的替代辦法是在變壓器回路串入電流互感器采集信號，但這種方法不能對逆變器橋臂直通進(jìn)行保護(hù)。各種IGBT驅(qū)動模塊一般內(nèi)含過流保護(hù)功能，是通過管壓降間接檢測電流，但其靈敏度較低。
在該系統(tǒng)二次直流電環(huán)節(jié)，電流信號I O用來實(shí)現(xiàn)對焊接電流進(jìn)行閉環(huán)控制并顯示；電壓信號VO用來實(shí)現(xiàn)對電弧電壓的檢測，手工電弧焊機(jī)據(jù)此決定是否輸出熱引弧電流或推力電流，CO2氣體保護(hù)焊機(jī)據(jù)此完成平特性控制，并通過電子電抗器實(shí)現(xiàn)短路過渡狀態(tài)下電流波形的控制，如圖2所示。
電流信號I O和電壓信號VO在逆變式弧焊電源中往往是必需的。以前人們一般采取的方法是用分流器采集輸出電流信號，由于其信號很弱，須經(jīng)運(yùn)算放大器放大后才能使用；電壓信號是把輸出電壓用電阻分壓后直接送入控制電路。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是電路簡單，成本低。但由于逆變式弧焊電源的輸出開關(guān)噪聲和電弧噪聲都很強(qiáng)，這種直接取得的信號信噪比很低，不能得到較高的控制精度。另外，由于運(yùn)算放大器存在溫漂，故對小電流的判定和準(zhǔn)確控制也很困難。高頻引弧的氬弧焊機(jī)在引弧時(shí)會產(chǎn)生強(qiáng)烈干擾，即便經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，在這種情況下也很難避免干擾造成的影響，嚴(yán)重時(shí)還會損壞控制電路元器件�；魻栯妷弘娏鱾鞲衅饔捎谂c焊機(jī)輸出電路無電的直接聯(lián)系，因而有很強(qiáng)的抗干擾能力，用于焊機(jī)輸出反饋是很理想的。
2 電流電壓傳感器的基本分類及特點(diǎn)
常用的霍爾電流傳感器分為開環(huán)與閉環(huán)兩種。
開環(huán)電流傳感器的基本工作原理是：被檢測電流通過傳感器后，該電流產(chǎn)生的磁通集中在傳感器內(nèi)磁環(huán)的磁路中，用霍爾元件在磁環(huán)開口氣隙處進(jìn)行檢測�；魻栐妮敵鼋�(jīng)過處理，在傳感器輸出端可得到精確反映原邊電流的電壓信號。其特點(diǎn)是體積小重量輕、低損耗、測量范圍寬、不影響被測電路工作、價(jià)格較便宜，但響應(yīng)速度稍慢。
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