JCE传感器在三相单管Boost型PFC电路中的应用

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永磁式直接驱动风力发电系统是一种新型风力发电系统，该系统使用永磁同步发电机，因而省去了齿轮箱，提高了系统的效率和可靠性，同时也降低了系统维护费用。实际上，使用的电路往往都在直流侧加入一个Boost升压电路，即在低速时由升压电路将整流器输出的直流电压提升。Boost电路因其输入电流连续，拓扑结构简单，效率高等特点广泛运用于单相PFC电路，而三相单管Boost型DCMPFC拓扑以其结构简单，控制容易，并联无需均流等特点受到广泛关注。该电路可以调节整流器输入端(即发电机输出端)的电流波形，减少谐波失真、提高功率因数，进而减少电机损耗，提高永磁发电机的有功功率输出能力。

1  JCE传感器

JCE传感器的作用与传统的电流互感器相同，它将普通互感器与霍尔器件、电子电路有机结合起来，既有普通互感器测量范围宽的特点，又有电子电路反应速度快的优点。它可以不失真地传递自直流至100kHz频带内的任何波形电流，加上是补偿式测量，所以，JCE传感器具有很高的准确角和线性度，可完成对直流、不同频率的交流以及脉动电流的测量，并可结合虚拟仪器直观地得到众多的参数。JCE霍尔传感器基于电磁霍尔效应原理制成，传感器电路与原来电路没有电的联系，因此，该传感器的接人对原来的电路影响很小，同时又具有较快的动态响应和较高的精度。不论是交流信一号还是直流信号，电流信号还是电压信号，JCE霍尔传感器都能测量，因此近年来使用的越来越多。由于JCE传感器的待测量信一号源与传感器已经进行了隔离，因此，它能很方便地同时对同一电路进行多点测试。

    JCE传感器是一种模块化的有源电子传感器，可广泛应用于变频调速装置、逆变装置、中频电源、逆变焊机、变电站、数控机床和其它需要检测大电流的各个领域JCE传感器分为电流传感器和电压传感器两类。

1.1JCE电流传感器

    JCE电流传感器采用磁补偿原理，即主电路电流产生的原级磁场利用一个次级线圈电流产生的磁场进行补偿，从而使霍尔器件始终处于检测零磁通的工作状态。

    霍尔电流传感器实质是一个“电流—电磁—电压”变换器，其作用与传统的电流互感器相同。它的输人和输出之间具有良好的电隔离，原级电路与次级电路之间的绝缘电压一般为2一12 kV，故可有效地保护副边的测量设备和人身安全。

    JCE电流传感器是一个大的闭环系统，可以不失真地传递自直流至100 kHz频带内的任何波形电流，响应速度快(小于1s)。还可以测量任意波形的电流(如交流、直流、脉动电流等)，也可完成各种中高频电路的电气参数测量。

    因为是补偿式测量，所以，JCE传感器具有很高的准确度和线性度，其测量精度优于1%原级额定电流，且其线性度优于0.1%。

JCE电流传感器的磁路几乎是零磁通工作，且动态变化时可快速补偿，所以该传感器是无电感性器件。用JCE电流传感器测量电流的接线图如图1所示。

1.2电压传感器

    JCE电压传感器也是一种应用霍尔原理制成的闭环传感器。用电压传感器测量电压时，原边电压与被测电压的比一定要通过一个由用户选择的外部电阻确定，并将其串联在传感器原边回路上,电压传感器具有以下特点:

    (1)高精度，总精度为±0.6%;

    (2)线性度<0.2%;

    (3)温漂很低;

    (4)抗外界干扰能力强;

   （5)共模抑制比高;

    (6)反应速度快;

    (7)频带宽.

JCE电压传感器的应用对象包括交流变频调速、伺服电机牵引、直流电机牵引的电压转换、不间断电源、电焊机电源及电池电源等。用该电压传感器测量电压的接线图见图2所示。

2三相单管Boost型PFC电路

图3所示是风力发电系统中的.只相单管Boost型PFC电路原理图。Boast电路由于控制简单，性能稳定而广泛应用于单相功率因数校正(PFC)系统。而虽然在只相PFC电路中利用成熟的单相Boost PFC技术，可以有多种方法实现只相功率因数校正。但是这些方法需要的元件数量多，控制复杂。而三相单管Boost PFC电路则由于其开关频率固定、元件数量少、成本低、控制简单、可靠性高等优点，被广泛应用于直驱风力发电系统中，以对发电机输出进行功率因数校正，从而提高发电机有功功率输出能力，减小电流谐波含量，降低发电机损耗，提高系统效率。

三相单管Boost型PFC系统的主电路如图4所示，为实现自动功率因数校正，该电路工作在DCM状态，其每个开关周期内的三相电流波形如图5所示。

三相单管Boost型PFC电路的控制原理如图6所示。本控制系统只采用一个电压外环实现功率因数校正及输出电压稳定。输出电压与参考电压的差值经过PI调节后，通过限幅环节可保证系统工作在DCM工作模式，然后经PWM调制给定功率管开关信号，因而系统控制简单，可靠性高。

3实验结果

本系统中的永磁同步发电机的定子绕线电阻R为0.2488 Ω，同步电抗Ld为3.46mH，Lq为4 .6mH，永磁体转子产生的磁通为1.051 Wd，极数p为8，L为0.3 mH，开关频率为2.5kHz ,最大占空比为0.5，输出电压 550 V，电容C选4700uF，负载R选76.5Ω。本实验用JCE传感器来测量电机侧电流，图7所示是三相.单管Boot PFC电路的电流波形图。

4结束语

    JCE传感器应用在三相单管Boost PFC电路中能够测到和实际值相差很小的值。此外，JCE传感器还具有体积小、精度高、频带宽等特点，可广泛用于电气参数的测量中。而三相.单管Boost PFC电路由于其固定开关频率、元件数量少、成本低、控制简单、可靠性高等优点，而在直驱风力发电系统中用来对发电机输出进行功率因数校正，以提高发电机的有功功率输出能力，减小电流谐波含量，降低发电机损耗，提高系统效率。