霍尔开关在牙轮钻机调速系统中的应用

牙轮钻机是露天矿山钻凿炮孔的高效设备，其回转提升/行走电气传动系统的性能对牙轮钻机正常工作至关重要。长沙矿山研究院为了提高牙轮钻机的总体性能，适应开发矿业的需要，与有关单位合作，着手牙轮钻机模拟数字式直流调速系统的研究工作。该系统由给定积分器电压调节器电流调节器数字移相脉冲形成器脉冲隔离放大器等组成，在其重要的电压、电流调节环节中采用了新型的霍尔开关作为采样测量元件，使系统的调节性能及稳定性得到较大改善。

霍尔开关的特点

磁场平衡式霍尔电流电压传感器与普通互感器和分压器相比具有以下特点：

1. 测量范围宽。可测量任意波形的电流和电压信号；而普通互感器只适用50 HZ正弦波形或直流信号；
2. 测量精度高。在工作温度区内，精度优于1%，而普通互感器一般精度为3%~5 %； 
3. 线性度好，优于0。1%；
4. 动态性能好，响应速度快。响应时间小于1μs。 ，而普通互感器响应时间为10~12 ms；
5. 测量区间宽，过载能力强。当测量电流超负荷时，内部电流和磁路均有饱和作用，不会损坏模块；
6. 尺寸小，重量轻，安装简单方便；
7. 可靠性能高，失效率λ=0。43 x10^%/h；
8. 抗外界电磁和温度等因素的干扰能力强。

此外，其最大优点是电气隔离性好， 与被测信号回路完全隔离，实现无接触检测，，这便于徹机接口，为今后实现微机控制奠定了基础。

为使系统运行稳定和提高直流电机机械特性的硬度，在控制系统中加有电压负反馈环节和电压调节器。它为标准设计，由磁场平衡式霍尔电压传感器有源比例积分微分校正电路和电压调节器等组成，其原理如图3所示。

电流反馈和电流调节器

为使本系统具有“挖掘机特性”，在控制系统中加有电流反馈和电流调节器。它也是采用标准化设计，由霍尔电流传感器信号转换和有源校正电路。微量电流正反馈电路、电流调节器等组成。可根据不同的负载特性需要，用不同的电路元件组合，实现不同的调节功能，其原理如图4所示。

Up为调速系统输出直流电压，它与主回路电机电枢绕组两端相连接。在电压传感器YC的M端输出与Up成比例的电压信号U_m，集成运算放大器A₁和外接元件构成滤波放大电路，将U_m进行滤波并放大到所需要的幅值，再通过A₂校正电路进行动态补偿后的U_vf送入电压调节器A3。U_vf与给定信号U_vg代数相加。电压调节器A₃的外接元件用不同的接法可实现PI调节和P调节。根据牙轮钻机调速负载的特点和要求，本系统采用了P调节。其输出信号U_vg作为电流给定送入电流调节器的反相输入端。

在霍尔电流传感器LC副边的M端与电源OV端接一取样电阻R_m， R_m上的压降U_m与原边的电枢电流I_p成比例， U_m便是与主电路完全隔离的电流反馈信号。该电压信号分别送入电流负反馈、电流正反馈和保护等电路。电流反馈电路由集成运行放大器A₁、A₂、A₃及外接元件组成。信号U_m经过A₁、A₂和A₃校正放大后输出电流反馈信号- U_if，将其送入电流调节器A₄A₅和A₆。为了改善电流断续的动特性，本系统采用了带有电枢电流上升率调节的PI调节器，即带微分反馈的PI器。A₁为带限幅的比例放大器，输入为电流给定U_ig和电流反馈信号- U_if，输出为电流上升率给定- U_dg。-U_if还经R₁C₁微分后给A₅ ，A₅的输出经跟随器A₆便得到移相控制电压U_k。为了补偿电枢电压降，提高机械特性的硬度，本系统设计有微量带限幅的电流正反馈，它由A₇、A₈和A₉组成。适当选用元件参数和调整电位器W₉、W₁₀，以确保系统不出现上翘特性和能稳定运行。