电压传感器在日立大容量变频器中的应用及

1 引言
随着越来越多的新技术的发展，电压传感器也得到了进一步发展和应用。例如传动系统的变频器和整流器、不间断电源、有源滤波器、无功补偿、电池充放电、半导体保护、驱动保护等设备或系统中，大量使用了各种各样的电压传感器。电压传感器的作用是自动检测电压，从而使我们能够对设备或系统的电压进行控制和显示，必要时采取过压、欠压等自动保护措施。
本文主要介绍电压传感器在日立大容量hivectol变频传动系统中的应用。

2 电压传感器在日立大容量hivectol变频器中的应用
日立大容量hivectol变频器主要用于冷轧轧机大马达主传动。大容量变频器为交－直－交三电平式变频器，由整流器柜、逆变器柜及公共控制柜、进线柜以及输出隔离开关柜等组成，其中整流器采用功率因素控制、电压控制、矢量控制及三电平pwm控制，逆变器采用速度控制、矢量控制和三电平pwm控制。变频器的功率元件采用三菱大功率igbt，规格为3.3kv/1.2ka。整流器或逆变器最大功率可达8800kva，两套并联可组成最大17600kva的传动系统。
该变频器采用了某公司两种型号规格的电压传感器，一种是em010系列中的em010-9318，另一种是vs系列中的vs4200b，两种电压传感器在变频器中的使用情况见图1所示。

图1 电压传感器在变频器中的使用

2.1 电压传感器简介
em010-9318和vs4200b电压传感器各有它们自己的特点，下面分别进行简单介绍，详细情况可参考abb产品样本和有关文献。
2.1.1 em010-9318电压传感器
em010-9318电压传感器是一种采用闭环霍尔效应技术的电子式变压器，由于原、副边之间采取了电气绝缘，它可以测量直流电压、交流电压、脉冲电压等，工作原理如图2所示。要测量的电压u_p直接加到传感器原边的端子ht+（高压正极）和ht-（高压负极）上。原边必须串一个输入电阻r_e，与线圈电阻r_p相串联，以限制电流i_p和传感器的发热。本系统使用的电压传感器的输入电阻r_e是在产品制造时集成在内部的，称为校准型em010电压传感器，如果输入电阻re是外接的，则称为非校准型em010电压传感器。

图2 em010-9318电压传感器的工作原理

根据图2的em010型电压传感器工作原理，当原边电流i_p通过电阻r_e流过传感器原边线圈时会产生磁力线，磁力线集中在磁芯周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电极产生一个与磁力线成正比的电压v_h，电子电路把该电压放大并转变成二次侧电流i_s。根据反作用原理，副边电流is乘以副边线圈匝数ns等于原边电流i_p乘以原边线圈匝数np，即公式n_p×i_p=n_s×i_s永远成立。因此，副边输出电流i_s在任何时候都与原边电压成精确的比例关系。副边电流i_s通过测量电阻r_m，因此，测量电阻r_m两端的测量电压v_m也就与原边电压u_p成精确的比例关系，即通过检测测量电压v_m可求出原边电压u_p。
电压传感器测量的是瞬时电压值。
em010-9318电压传感器的主要特点是原副边回路间有电气绝缘、可以测量各种波形（直流电压、交流电压、脉冲等）、精度高、可靠性高。
2.1.2 vs4200b电压传感器
vs4200b电压传感器是一种基于电子技术且仅使用电子部件的电压传感器，与应用闭环式或开环式霍尔效应技术的传感器相比，该电压传感器不使用磁芯或霍尔电极，由于原副边回路之间具备电气绝缘，可以测量直流电压或交流电压，如图3所示。要测量的电压u_p直接加到传感器原边的端子ht+（高压正极）和ht-（高压负极或地）。电压u_p通过绝缘放大器转化成副边的输出电流i_s，副边电流i_s与原边电压之间为电气绝缘，副边电流i_s与原边电压u_p成精确的比例关系。副边电流i_s通过测量电阻r_m，因此，测量电阻r_m两端的测量电压v_m也就与原边电压u_p成精确的比例关系。

图3 vs4200b电压传感器的工作原理

电压传感器测量的是瞬时电压值。
vs4200b电压传感器的主要特点是原副边回路间有电气绝缘、可以测量各种波形（直流电压、交流电压等）、具有极强的抗磁场能力、动态性能好、精度高、可靠性高、适宜性强、结构小巧紧凑。

2.2 电压传感器的参数
关于电压传感器的详细的参数、特性可见abb的产品样本或技术资料。
2.3电压传感器实际应用信号处理
电压传感器em010-9318和vs4200b的作用有所区别，em010-9318用于测量整流器输出p、0、n电压（-1750v－0v－+1750v），测量直流电压。而vs4200b用于测量逆变器输出u、v、w间的电压（0～1750v），测量交流电压。将测量电压转变为整流器/或逆变器用的控制信号，要经过到一系列处理。
两种类型的电压传感器输出信号都是模拟电流信号（i_s），需通过接测量电阻（r_m）转化为电压信号（v_m），再把v_m信号通过接口板送给变频器的控制板hmd438，进行滤波、放大隔离以及a/d转换、反馈系统调整（在软件中设定放大系数）等，最后才用于计算、保护等用途，见图4所示。

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