采用傳感器技術(shù)測量智能電網(wǎng)上的電能
圖2：Rogowski線(xiàn)圈的示意圖。
數字處理在典型智能電表所需的長(cháng)使用壽命內提供可靠的性能，并克服了模擬元件隨時(shí)間和溫度漂移所帶來(lái)的問(wèn)題，這將導致較大的測量誤差。此外，模擬組件可能會(huì )引入需要相位校準的輕微相位變化。數字積分器具有一致且準確的相位響應。高速32位微處理器的成本和功耗下降使得數字集成變得越來(lái)越可行，并且可以通過(guò)使用軟件開(kāi)關(guān)使單個(gè)電表設計與電流互感器或Rogowski線(xiàn)圈兼容，并且可以接受 - 集成功能的更高處理負載。
盡管Rogowski線(xiàn)圈不像電流互感器那樣容易受到篡改，但如果不采取補救措施，有些方法可能會(huì )影響信號。線(xiàn)圈本身受外部磁場(chǎng)的影響，可能導致錯誤的讀數。然而，仔細設計線(xiàn)圈以抵消磁場(chǎng)通�？捎行Х乐勾判源鄹�。影響傳感器的另一種機制是使用電感耦合。法拉第籠可用于防止這種情況以及阻止電容耦合的影響。
電流傳感器次級繞組與通過(guò)它的導體或母線(xiàn)之間存在小電容。如果母線(xiàn)具有高電壓電位（電網(wǎng)供電的情況），則交流信號將通過(guò)該小電容并影響電流傳感器的輸出。在電流傳感器周?chē)胖媒饘倨帘慰梢詼p少這種影響，但不一定能完全消除它。 Pulse Electronics制造的電流傳感器，如PA320XNL系列，使用特別設計的法拉第屏蔽，非�？拷渭壚@組。屏蔽可防止高壓母線(xiàn)的交流信號影響輸出，消除了電容耦合的影響。
與電流互感器相比，Rogowski線(xiàn)圈傳感器可以做成開(kāi)放式。由于它們沒(méi)有金屬芯，它們可以用鉸鏈制成兩個(gè)部分，并夾在導體上而不是需要分開(kāi)的導體上，這樣它就可以通過(guò)電流傳感器的中心。不同形狀和尺寸有許多可能性，可以隨時(shí)使用母線(xiàn)和圓形導線(xiàn)。
另一種非接觸式解決方案是霍爾效應傳感器，盡管這通常不能提供分流電阻，電流互感器或Rogowski線(xiàn)圈的高精度。因此，霍爾效應傳感器往往在公用事業(yè)儀表中使用較少，準確計費至關(guān)重要。然而，他們正在智能電網(wǎng)應用中尋找應用，在這些應用中，他們?yōu)樵O備級能源監控制作合適，易于應用的傳感器，分析數據中心電力系統的效率或分析可再生能源系統的性能。
像Rogowski線(xiàn)圈或電流互感器一樣無(wú)接觸，霍爾效應傳感器不需要電流隔離。與Rogowski線(xiàn)圈提供的導數相比，霍爾效應傳感器還提供直流讀數。它們本質(zhì)上是電子的，它們開(kāi)始利用集成來(lái)預處理信號，使其進(jìn)入典型微控制器的A/D轉換器的范圍。
圖3：IMC結構將磁場(chǎng)通量聚焦到集成傳感器中的霍爾效應元件上。
Melexis的MLX91205是霍爾效應傳感器的一個(gè)例子，其設計易于靠近導體組裝。標準CMOS工藝用于制作電流傳感器。附加的鐵磁層，也稱(chēng)為集成磁性集中器（IMC），在簡(jiǎn)單的后處理步驟中添加。鐵磁層放大磁場(chǎng)并將其集中在霍爾元件上。 IMC本身由直接粘合到霍爾傳感器芯片表面的高滲透，低矯頑場(chǎng)，非晶鐵磁層組成。 IMC用于將磁場(chǎng)通量線(xiàn)集中到霍爾元件上，霍爾元件大約是IMC尺寸的十分之一。
IMC的兩個(gè)部分收集并放大平行于芯片表面的小磁通量，并將面內分量局部旋轉到垂直于芯片表面的磁場(chǎng)中。傳統的霍爾傳感器對垂直于其表面的磁場(chǎng)敏感，而IMC霍爾傳感器對平行于其表面的磁場(chǎng)敏感。
IMC-Hall傳感器采用標準塑料SOIC-8封裝，因此可以使用標準的貼片機將其安裝到印刷電路板（PCB）上，并使用傳統的焊接技術(shù)進(jìn)行焊接。測量的電流直接通過(guò)位于傳感器下方的PCB的當前軌道發(fā)送，或者傳感器可以安裝在電流導體下方一小段距離。
圖4：具有并聯(lián)場(chǎng)感應的IMC霍爾傳感器可以安裝在載流PCB走線(xiàn)的頂部，或者安裝在有線(xiàn)導體或母線(xiàn)下方。
傳感器的電流范圍受導體和屏蔽幾何形狀的限制。通過(guò)增加母線(xiàn)的橫截面或傳感器與電流導體之間的距離，可以容易地增加電流范圍。傳感器可監控PCB上的5A至100 A或母線(xiàn)上的電流高達1000 A.
隨著(zhù)霍爾效應技術(shù)的發(fā)展并與片上處理相結合，我們可以期望精度和功率處理隨著(zhù)時(shí)間的推移而改進(jìn)，為系統設計人員提供更多選擇，因為功率測量變得更加普遍。
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