LEM电流传感器在电梯专用变频器中的应用

　　引言

　　交流电机变频调速，在世界各发达国家已普遍使用，且有取代直流调速的趋势。用变频器控制电机实现调速，可节省10%以上的电能。而在电梯专用变频器行业中，节能和效率也是最重要的因素，除此之外，变频调速优异的起制动性能，也给电梯乘客带来无尽的舒适感。

　　LEM传感器在电梯专用变频器的应用主要有三方面：

　　在电梯专用变频器的控制中，电流环作为内环，电流控制是最基础的电磁过程控制，电流环控制的好坏直接影响到输出转矩的精度，而作为电流闭环的输入反馈值，电流传感器的采样信号的精度自然是不可忽视的因素，我司开发的专用变频器对逆变器三相输出分别通过三个电流传感器采样，如下图所示：

　　一、在变频器中，电流传感器的基本作用是保护昂贵的大功率晶体管。由于电流传感器的响应时间短于1μs，因此，出现过载短路时，在晶体管未达到极限温度之前即可切断电源，使晶体管得到可靠的保护，我司采用的是IPM模块，各系列对应的150%过载时间10s, 200%过载时间0.5s, 电梯驱动是恒转矩负载，额定状况启动需要短时的120%~150%启动电流，电流传感器良好的动态性能和快速的响应时间，保证变频器正常输出的同时，能对异常状况及时保护。

　　二、电流传感器和相应的供电电源、调理电路构成电流采样模块，该模块将三相定子电流转化为基本的二进制代码，提供电流的适时信息，完成电流环的调节。本系统采用三个LEM模块分别检测a、b、c相电流。并通过采样电阻将电流信息转化为电压信息，然后由变频器的主控芯片中的AD变换模块转化为数字信号。再经过数字滤波和定标处理，为电流环调节提供电流反馈信息。检测电路的硬件原理图如下所示：

　　LEM元件将电流信息转化为电压信息，此外还要将LEM检测回来的信号转化为适合控制芯片的电压范围，首先，将电压信号变换为对称的正负电压，然后提供相应的偏移，转化到适合控制芯片的电压范围。LEM元件对a、b、c三相电流均采样，经检测模块后存放在相应的寄存器中供主控系统采用。

　　三、电梯配电多采用三线制，电机定子三相电流和等于零，LEM元件对a、b、c三相电流均采样，经检测模块后的转换结果作为检测三相电流不平衡率的依据；另外，在逆变器切断输出后可通过LEM元件对a、b、c三相电流流动情况进行检测，以判断功率模块是否可靠关断，消除安全隐患。

　　在应用中，LEM传感器体现其极多特点：

• 　　它可以测量任意波形的电流，如直流、交流、脉冲波形等，甚至可测出瞬态峰值；
• 　　原边电路与副边电路之间完全高度绝缘，绝缘耐压一般3～6kV，特殊要求可达到6～50kV；
• 　　测量精度高：在工作温度范围内精度优于10%，该精度适用于任何波形的测量；
• 　　线性度好：优于0.1%；
• 　　动态性能好：响应时间小于1μs，跟踪速度di/dt高于50A/μs；
• 　　工作频带宽：在0(直流)～100kHZ范围内精度能达到1%，0～5kHZ范围内精度提高到0.5%；
• 　　过载能力强：当原边电流超载时，可以自动保护，即使过载电流为额定值的二十倍时传感器也不会损坏；
• 　　原边与副边之间的电容量是很弱的，在很多应用*模电压的各种影响可忽略；
• 　　灵敏度高：能区分在高分量上的弱小信号，如在几百安培的直流上能区分几毫安的交流分量；
• 　　可靠性高：失效率λ＝0.43×10-6/h；抗外磁场能力强：经实验在距离传感器5～10cm处的一个两倍工作电流所产生的磁场干扰而引起自身的误差≤0.5%。

　　实践证明，由LEM电流传感器、调理电路构成的电流检测环节，完全可以满足电梯专用变频器闭环控制时的电流检测要求。