Конструктивно датчики являють собою захищені корпусу довільної форми з вікнами, крізь які протягується провідник з вимірюваним струмом Ми поговоримо про конструкції і технічних параметрах типових датчиків трохи пізніше, а зараз звернемо увагу читача на так звані гнучкі датчики струму, що зявилися зовсім недавно Виробником таких датчиків є швейцарська фірма «LEM» [43] На рис 257 показано конструктивне виконання гнучкого датчика

Рис 257 Гнучкий датчик струму

Гнучкий датчик являє собою котушку, рівномірно намотану навколо гнучкого циліндра Крім цього, в диаметральном перетині циліндра прокладений центральний провідник Датчик виконаний рознімним, і ось чому: найчастіше шинопроводи потужних перетворювачів представляють собою досить складну в конфігураційному відношенні конструкцію, і традиційні датчики розташувати в такому випадку дуже і дуже важко Тому гнучкий датчик може бути розімкнений і намотаний на шинопровід подібно до того, як намотується звичайний дріт Залишається тільки закріпити його за допомогою, наприклад, гнучких нейлонових хомутиков, замкнути і підключити до вимірювальної електронній схемі В даний час гнучкі датчики, втім, є поки екзотикою, тому ми далі не зупинятимемося на їх технічних характеристиках, а перейдемо до розгляду конкретних виконань традиційних датчиків, що випускаються фірмою «LEM» і отримали широке розповсюдження в приладах перетворювальної техніки

Датчик типу LA55-P/SP1 являє собою стандартний варіант компенсаційного датчика і широко використовується у складі перетворювальної техніки (рис 258) Конструктивно він являє собою пластиковий прямокутний корпус з розмірами 37 x 27 x 15 мм Через прямокутне вікно протягується шинопровід, в якому протікає вимірюваний струм

Даний датчик має виконання з гнучкими висновками, за допомогою яких він упаюється в друковану плату Номінальний діапазон вимірюваних струмів датчика становить ± 100 А, при цьому точність перетворення – НЕ гірше 0,65% при харчуванні Двуполярность джерелом з напругою ± 15 В Номінальний вихідний струм датчика-мА, частотний діапазон виміру – до 200 кГц

Особливу увагу слід звернути на фазировку вимірюваного і вимірювального струмів датчика З метою однозначного завдання напрямків струмових сигналів на корпусі датчика нанесена стрілка При протіканні вимірюваного струму в напрямку стрілки вихідний струм датчика буде позитивним

Підключення датчика виконується за рис 259 Зверніть увагу: датчик сам по собі не має виводу для підключення «середньої» точки двополярного напруги живлення Ця «середня» точка повязана тільки з правим (за схемою) виведенням навантажувального резистора Rm

Невеликі конструктивні відмінності має компенсаційний датчик типу LA205-S, призначений для вимірювання струмів в діапазоні

± 300 А (рис 2510) Габаритні розміри цього датчика – 66x x 57 x 57 мм Номінальний вихідний струм – 100 мА, точність перетворення – не гірше 0,8%, робота забезпечується в діапазоні частотдо 100 кГц

Датчик типу LF2005-S (рис 2511) дозволяє ізмерятьдостаточно великі струми – до ± 3000 А Відповідно, підросли і габарити датчика в порівнянні з двома попередніми У даному випадку вони становлять 170 x 135 x 61 мм Номінальний вихідний струм датчика – 400 мА, точність перетворення – не гірше 0,3%, частотний діапазон номінальної роботи – до 150 кГц

Нарешті, ще один датчик цієї конструкції – LT4000-S – призначений для вимірювання струмів вдіапазоне ± 6000 А (рис 2512) Як видно з малюнка, цей датчик являє собою масивну конструкцію, оснащену ребренимі поверхнями для кращої тепловіддачі, а також має потужні кріпильні лапи Така конструкція датчика аж ніяк не випадкова: номінальний вихідний сигнал датчика складає 800 мА, що, звичайно, призводить до значних теплових втрат на елементах внутрішньої електронної схеми Крім того, силова техніка, в якій протікають настільки значні струми, має масивні струмопровідні частини, що змушує встановлювати механічно захищене обладнання Інших особливостей цей датчик не має

Інша конструктивне виконання датчиків струму показано на прикладі датчика LT200-T/SP96 (рис 2513), що працює в діапазоні струмів ± 200 А Якщо за електричними параметрами він відповідає датчикам компенсаційного типу, і не вимагає додаткових пояснень з цього боку, то на його зовнішній вигляд (конструкцію) слід звернути увагу Датчик призначається для обємного монта

жа, тому він має ламельні контакти харчування (під пайку) і контакти підключення навантажувального резистора Але – що найцікавіше – вимірювальний шинопровід вбудований в корпус датчика і оснащений отворами, до яких підключається Струмовідна шина (плоска або звичайна дротова)

Будь-яка електронна техніка, призначена для серійного виробництва, повинна відповідати вимогам технологічності, тобто, в числі іншого, містити в собі якомога меншу кількість елементів, а склад наявних елементів повинен прагнути до максимальної однотипності, тобто до скорочення їх номенклатури Крім цього, застосовувані елементи повинні бути сконструйовані так, щоб їх було зручно встановлювати при серійному виробництві – це служить запорукою скорочення трудомісткості, а значить, і собівартості продукції Датчик в цьому ланцюжку – не виняток, хоча уніфікувати його для всіх класів задач вельми і вельми складно І все ж фірми-розробники роблять певні кроки в напрямку уніфікації Прикладом вдалої уніфікованої розробки може служити датчик LTS25-NP (рис 2514), який, ктому ж, спеціально адаптований для застосування в перетворювальної техніки, оснащеної микроконтроллерами

У корпус датчика вбудовані три незалежних шинопровода, які впаюються в друковану плату і можуть бути зєднані токоведущими доріжками таким чином, щоб забезпечити необхідний вимірювальний діа

пазон Традиційне вікно, через яке пропускають струмоведучий провідник, тут виконує роль додаткового За допомогою цього вікна, при необхідності, звузити діапазон вимірюваних струмів

Електрична структурна схема датчика LTS25-NP наведена на рис 2515, а на рис 2516 – вихідна характеристика Неважко помітити, що вихідний сигнал датчика являє собою напругу, величина якого становить 2,5 В при відсутності вимірюваного струму Чому цей варіант зручний для обробки сигналу вбудованим АЦП мікроконтролера Відповідь гранично проста: більшість мікроконтролерів має в своєму складі саме однополярні АЦП з опорним напругою порядку 5 В Тому для вимірювання двополярності струмів вихідний сигнал необхідно зрушувати рівно на половину вимірювального діапазону У даному випадку це зрушення забезпечується автоматично

Рис 2515 Структурна схема датчика LTS25-NP

А тепер настав час розповісти про найцікавішою особливості датчика, тобто про принципи комутації його вимірювальних шінопро-

водів На рис 2517 показані варіанти розводки друкованих струмоведучих провідників для різних режимів використання датчиків Варіант «а» – для вимірювання струмів в діапазоні ± 24 А, варіант «б» – для струмів ± 12 А, варіант «в» – для струмів ± 8 А У варіанті «г» використовується додатковий провідник, три витка якого пропущені через допоміжне вікно датчика, таким чином, у варіанті «т» діапазон вимірюваних струмів звужується до ± 4 А І останній варіант, представлений на рис 2517, – варіант «д» – призначений для вимірювання диференціального струму, тобто різниці між втікає по шинопроводи і що випливають по додатковому провіднику струму

Рис 2517 Варіанти використання датчика LTS25-NP

На рис 2518 показаний приклад використання датчиків LTS25-NP у складі статичного перетворювача для частотного керування електродвигуном У цьому прикладі один і той же датчик струму використовується в трьох різних режимах включення: для захисту від струмів короткого замикання на вході перетворювача, для вимірювання фазних струмів електродвигуна і для вимірювання диференційних струмів в шинопроводі постійного струму

Як варіант датчика струму з розщепленої первинної шиною можна навести тіпономінала LAH50-P (рис 2519) з діапазоном вимірюваного струму від 0 до 50 А Це – звичайний датчик струму компенсаційного типу з Двуполярность харчуванням і нульовим вихідним струмом при відсутності вимірюваного струму Більш того, датчик не має додаткового вікна, через яке можна пропустити допоміжні витки струмоведучих проводів Однак його шинопровід розщеплений на три частини, що все-таки дозволяє знижувати коефіцієнт перетворення в 2 і 3 рази

Згадаємо ми і датчики напруги, що випускаються фірмою «LEM», в основі яких лежить використання все того ж ефекту Холла Насправді перетворити датчик струму в датчик напруги дуже просто: достатньо первинну вимірювальну ланцюг датчика струму зєднати послідовно з активним опором відомої величини Зрозуміло, що струм у цьому ланцюзі буде визначатися прикладеним до неї напругою, тому обчислити коефіцієнт для прямого перерахунку струму в напругу ніякої праці не складе Єдина неприємність, з якою ми зіткнемося, якщо захочемо використовувати датчик струму в якості основи датчика напруги, – це необхідність мати значний струм в первинній (вимірювальної) ланцюга, щоб на виході датчика отримати номінальний сигнал Тому первинна (вимірювальна) обмотка датчиків напруги виконується з великою кількістю витків – таким ось чином знижується номінальний вхідний струм

Рис 2520 Зовнішній вигляд датчика напруги типу LV25-P/SP20

Рис 2519 Зовнішній вигляд датчика типу LAH50-P

На рис 2520 показаний зовнішній вигляд датчика напруги типу LV25-P/SP20 Як випливає з малюнка, датчик напруги зовні дуже схожий на датчик струму, хіба що він не має вікна для протягання шинопровода

До слова, як ми переконалися раніше, деякі виконання датчиків струму взагалі неможливо за зовнішнім виглядом відрізнити від датчиків напруги, оскільки в них вбудовані струмоведучі шини Номінальний вхідний сигнал згаданого датчика напруги складає всього 10 мА При цьому вихідний токдатчікадостігает 25 мА Харчування датчика здійснюється Двуполярность напругою ± 15 В, помилка перетворення становить 0,8%

На рис 2521 наведена типова схема підключення датчика LV25-P/SP20 Резистор R1 вибирається з урахуванням номінального струму вимірювальної обмотки і величини вимірюваної напруги Допустима величина вимірюваного напруги у даного датчика складає 500 В Це обмеження повязане з його конструктивним виконанням (датчик монтується на друковану плату)

Близькими характеристиками володіє датчик типу LV100/SP83 (рис 2522), але допустиме значення вимірювального напруги для нього набагато більше: воно складає 2500 В

Рис 2521 Підключення датчика LV25-P/SP20

Джерело: Семенов Б Ю Силова електроніка: професійні рішення – М: СОЛОН-ПРЕСС, 2011 – 416 c: Ил