Модули LEM

Что такое модуль LEM?

Модули LEM являются электронными преобразователями постоянного, переменного и импульсивного токов и напряжений в пропорциональный выходной сигнал, повторяющий форму выходного сигнала с обеспечением гальванической развязки между входной и выходной цепями.

Назначение модулей

Модули являются основными элементами в системах обратной связи для контроля токов и напряжений в силовых цепях энергетических установок.

Область применения модулей

Области применения этих модулей: системы электропривода двигательных установок, электрический транспорт, стабилизированные источники питания, роботы, сварочное оборудование, инверторы, схемы управления, прерыватели, контрольно-измерительные комплексы, подстанционное оборудование и т.д.

Принципы действия модулей

Действие модулей основывается на следующих принципах:

	Компенсация первичного магнитного поля за счет энергии источника питания с использованием элемента Холла.
	Получение выходного напряжения пропорционально входному току методом прямого усиления напряжения Холла.

Описание эффекта Холла

Ещё в 1879 году американский физик Эдвин Холл, работавший в балтиморском университете, открыл интересное явление, суть которого состояла в следующем. Если в магнитное поле поместить прямоугольную полупроводниковую пластину и к узким ее граням подвести электрический ток, то на широких гранях пластины возникнет напряжение, величина которого может быть от десятков микровольт до сотен милливольт и пропорциональна силе тока и напряженности магнитного поля.

Рис.1 Эффект Холла заключается в том, что при пропускании тока через клеммы"а" полупроводниковой пластины, помещенной в поле магнита, на боковых клеммах "б" появляется напряжение.

Это явление может быть объяснено следующим образом: при движении носителей тока (в данном полупроводнике - электронов) под воздейсвием магнитного поля происходит искривление их траекторий в направлении верхней грани. Плотность электронов у верхней грани увеличивается, и на ней возникает отрицательный заряд, а на противоположной - положительный. ЭДС Холла выражается аналитически как произведение трех величин: Ex=AIH, где: I - ток, пропускаемый через проводник, H - напряженность магнитного поля, A - постоянная Холла или коэффициент передачи, зависящий от концентрации носителей тока, температуры и геометрических размеров образца.

Было очевидно, что использование этого явления дает возможность изготовить много приборов, обладающих ценными, а иногда и уникальными свойствами. Однако техническое применение этого эффекта задержалось почти на 75 лет, до той поры, когда началось промышленное производство полупроводниковых материалов. Еще позже, при развитии микроэлектроники, удалось сделать миниатюрный датчик, содержащий все необходимое - постоянный магнит и микросхему с чувствительным элементом. Такое устройство получило название генератора Холла.

Вот далеко не полный перечень возможных применений датчиков ЭДС Холла: измерение напряженности постоянного и переменного магнитных полей; измерение магнитного потока, величины тока и мощности в цепях постоянного и переменного токов; преобразование постоянного тока в переменный; линейное и квадратичное детектирование, анализ спектра частот и т.д. Устройства основанные на использовании эффекта Холла, дают либо явные преимущества перед обычными электронными приборами, либо позволяют решать те задачи, которые решить обычными средствами затруднительно.

Датчики прямого усиления и датчики компенсационного типа фирмы LEM основаны на использовании эффекта Холла.

Датчики прямого усиления, основанные на эффекте Холла

Рис.2 Принцип работы датчика прямого усиления, основанного на эффекте Холла.

Магнитная индукция В и напряжение Холла создаются измеряемым первичным током Ip, который необходимо преобразовать в выходной ток датчика. Ток управления подаётся с помощью стабилизированного источника тока. (Рис.2) Измеряемый сигнал усиливается и с выхода датчика в виде напряжения или тока (зависит от конструкции) используется для дальнейшей обработки. Датчики прямого усиления способны измерять постоянный, переменный ток и токи других форм. При этом они гальванически изолированы от источника измеряемого тока.

Датчики компенсационного типа (называемые также датчиками с нулевым потоком), имеют 100% обратную связь за счет встроенной компенсационной цепи.

Основные преимущества модулей LEM

К основным преимуществам модулей можно отнести следующие:

	Возможность применения в цепях как переменного, так и постоянного или импульсивного токов (напряжений).
	Аналоговый выходной сигнал.
	Высокая точность преобразования: до 0.1% от входного тока.
	Высокий уровень изоляции между первичной и вторичной цепями.
	Нелинейность выходной характеристики: до 0.05%.
	Широкий диапазон преобразования, высокая перегрузочная способность, отличные динамические характеристики.
	Надежность (среднее время наработки на отказ превышает 10 в шестой степени ч.), стабильность параметров.
	Простота применения, малые размеры и вес.
	Гарантия изготовителя: 5 лет.

Специальные датчики

Существуют специальные модули: транспортные варианты исполнения стандартных модулей (для применения в тяговых установках транспортных средств: ж.д. состав, метро, трамвай и т.д.).

	Расширенный температурный диапазон (от -50° С до +85° С).
	Повышенная виброустойчивость.
	Применение специально отобранных электронных компонентов.