霍尔传感器在柴油机低温起动中的应用
发布时间：2023-05-07 点击：338
国标规定:柴油机低温起动时间小于30s;起动电机的起动电流达到600a时,起动电压不小于8v;此时起动转速要达到200r/min,这样才能良好起动。因此对起动电机电压、电流和柴油机起动转速能进行准确快速检测显得非常重要。测量电流、电压、转速的传感器很多,如:分流、分压电位器,互感器,光电式等。但它们都很难适应柴油机的低温工作环境。经过比较发现:目前最理想的元件应是霍尔传感器,它可以传送数百千兆频率的各种形状的电流、电压及脉冲信号,并且精度高、线性度好、响应快、频带宽及过载能力强。故基于霍尔传感器工作原理,设计了柴油机低温起动系统的霍尔电压、电流和转速传感器,并对其信号处理电路的参数进行优化匹配;介绍了柴油机低温起动试验方案;进行了柴油机低温起动系统低温起动电压、起动电流、起动转速的性能试验,最终证明了霍尔传感器能够准确测试柴油机低温起动系统的电压、电流、转速信号,完全能满足柴油机低温起动性能要求。
1发电机传感器的设计
依据霍尔电流闭、开环传感器工作原理[6-8],研发了霍尔型的电流、电压、转速传感器,分别如图1、图2、图3所示。
图1图2
霍尔电流、电压传感器均由初级线圈、次级线圈、外壳、插孔等主要部件构成。由图1知:霍尔电流传感器的插孔1、2、3、4端分别接+15v、-15v、起动机电压、地线。ofs是零点调节旋钮;gin是幅度调节旋钮。由图2知:霍尔电压传感器的1、2两端分别接负、正两个输入信号,m、+、-分别接信号输出端、+15v、-15v.由图3知:霍尔转速传感器是利用霍尔开关以触发方式测柴油机转速。霍尔转速传感器的工作机理:由于柴油机飞轮磁圈上粘贴多对小磁钢,霍尔开关固定在小磁钢附近。飞轮以角速度ω旋转时,当一个小磁钢转过霍尔开关集成电路,霍尔开关便产生一个相应的脉冲。检测出单位时间的脉冲数,即可确定柴油机的转速。
图3霍尔转速传感器
2发电机匹配参数
图4是柴油机低温起动系统电路原理图。由图知:霍尔型的电流、电压、转速传感器所检测的信号先通过测量电阻rm分压处理,再经信号调理模块进行多信号优化处理,最后经a/d输送到计算机。由此可见,优化选取测量电阻是该电路系统的关键。根据波峰因素,测量电阻rm在100～800ω内选取。结合霍尔型电流、电压、转速传感器的性能特点,通过不断地电路调试优化得到:rm1=275ω;rm2=410ω;rm3=750ω.
图4柴油机低温起动系统电路原理图
3试验
3.1试验方案
图5是柴油机低温起动试验方案图。试验在低温起动试验室中进行,温度可由制冷机组控制,温度在-40～0℃之间设定,误差不超过±015℃.进气、润滑油、电解液、冷却液等温度信号用pt100型温度传感器检测,并采用ske-32ad稳定巡测仪进行监测。转速、电压、电流等信号用霍尔传感器检测,经电控单元来控制柴油机,并由daqp-308型柴油机瞬态参数采集系统进行信号采集。利用该试验方案,采用霍尔型的电流、电压主、转速传感器进行了柴油机低温性能试验。
图5发电机租赁柴油机的低温起动电流试验方案
3.2霍尔电流传感器的性能试验
在柴油机低温起动试验中,霍尔电流传感器用来检测蓄电池的瞬态电流i,即供柴油机低温起动的电动机电流。用霍尔电流传感器检测出起动过程的瞬态电流i与起动时间t的性能曲线如图6所示。由图6知:在预热阶段0～2s、起动末段24～30s,瞬间电流约在4～5a内变化,测得电流波动率为0.125%,完全满足柴油机低温起动的性能要求。在2～24s起动阶段内,瞬时电流在220～680a范围内变化,且测得电流波动率为0.122%,因此,所设计的霍尔电流传感器的动态响应、灵敏度等性能完全满足柴油机低温起动要求。
图6柴油机低温起动性能曲线
3.3霍尔电压传感器的性能试验
在柴油机低温起动试验中,霍尔电压传感器用来检测蓄电池的瞬态电压u.依据霍尔电压传感器检测出起动过程中的瞬时电压u与起动时间t的性能曲线如图7所示。由图7知:在整个起动过程中,起动电压大于816v,满足柴油机低温起动的性能要求。在预热0～2s内,蓄电池的瞬时电压在1218～1115v之间变化;起动末段24～30s内,瞬间电压基本维持1115v不变。电压波动率为0.135%;在2～24s起动阶段内,瞬时电压在816～1115v之间变化,此时电压波动率为0.12%,因此,所设计的闭环霍尔电压传感器的动态响应、灵敏度等性能完全满足柴油机低温起动的性能要求。
图7柴油机的低温起动电压性能曲线
3.4霍尔转速传感器的性能试验
把霍尔转速传感器应用于柴油机低温起动系统,进行柴油机低温起动转速的性能试验,得到起动转速与起动时间的性能曲线如图8所示。由图8知:起动倒拖的柴油机最大转速为400r/min,拖动平均转速为280r/min,起动时间为20s,这些参数使柴油机很好地实现了低温起动,同时也证实了霍尔转速传感器的动态响应、线性度、灵敏度等性能完全能够满足低温起动系统要求。
图8柴油机低温起动转速性能曲线
4结束语
(1)所设计的霍尔型起动电流、电压、转速传感器工作可靠,动态响应快,线性度和灵敏度比较高。能够对性能参数进行低温快速、准确检测。
(2)利用所设计的霍尔电流、电压、转速传感器进行柴油机低温起动实验,最大起动电流达到680a,起动电压大于816v,起动倒拖的柴油机最大转速为400r/min,拖动平均转速为280r/min,起动时间为10s,这些性能完全满足柴油机低温起动系统要求。
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图1图2
霍尔电流、电压传感器均由初级线圈、次级线圈、外壳、插孔等主要部件构成。由图1知:霍尔电流传感器的插孔1、2、3、4端分别接+15v、-15v、起动机电压、地线。ofs是零点调节旋钮;gin是幅度调节旋钮。由图2知:霍尔电压传感器的1、2两端分别接负、正两个输入信号,m、+、-分别接信号输出端、+15v、-15v.由图3知:霍尔转速传感器是利用霍尔开关以触发方式测柴油机转速。霍尔转速传感器的工作机理:由于柴油机飞轮磁圈上粘贴多对小磁钢,霍尔开关固定在小磁钢附近。飞轮以角速度ω旋转时,当一个小磁钢转过霍尔开关集成电路,霍尔开关便产生一个相应的脉冲。检测出单位时间的脉冲数,即可确定柴油机的转速。
图3霍尔转速传感器
2发电机匹配参数
图4是柴油机低温起动系统电路原理图。由图知:霍尔型的电流、电压、转速传感器所检测的信号先通过测量电阻rm分压处理,再经信号调理模块进行多信号优化处理,最后经a/d输送到计算机。由此可见,优化选取测量电阻是该电路系统的关键。根据波峰因素,测量电阻rm在100～800ω内选取。结合霍尔型电流、电压、转速传感器的性能特点,通过不断地电路调试优化得到:rm1=275ω;rm2=410ω;rm3=750ω.
图4柴油机低温起动系统电路原理图
3试验
3.1试验方案
图5是柴油机低温起动试验方案图。试验在低温起动试验室中进行,温度可由制冷机组控制,温度在-40～0℃之间设定,误差不超过±015℃.进气、润滑油、电解液、冷却液等温度信号用pt100型温度传感器检测,并采用ske-32ad稳定巡测仪进行监测。转速、电压、电流等信号用霍尔传感器检测,经电控单元来控制柴油机,并由daqp-308型柴油机瞬态参数采集系统进行信号采集。利用该试验方案,采用霍尔型的电流、电压主、转速传感器进行了柴油机低温性能试验。
图5发电机租赁柴油机的低温起动电流试验方案
3.2霍尔电流传感器的性能试验
在柴油机低温起动试验中,霍尔电流传感器用来检测蓄电池的瞬态电流i,即供柴油机低温起动的电动机电流。用霍尔电流传感器检测出起动过程的瞬态电流i与起动时间t的性能曲线如图6所示。由图6知:在预热阶段0～2s、起动末段24～30s,瞬间电流约在4～5a内变化,测得电流波动率为0.125%,完全满足柴油机低温起动的性能要求。在2～24s起动阶段内,瞬时电流在220～680a范围内变化,且测得电流波动率为0.122%,因此,所设计的霍尔电流传感器的动态响应、灵敏度等性能完全满足柴油机低温起动要求。
图6柴油机低温起动性能曲线
3.3霍尔电压传感器的性能试验
在柴油机低温起动试验中,霍尔电压传感器用来检测蓄电池的瞬态电压u.依据霍尔电压传感器检测出起动过程中的瞬时电压u与起动时间t的性能曲线如图7所示。由图7知:在整个起动过程中,起动电压大于816v,满足柴油机低温起动的性能要求。在预热0～2s内,蓄电池的瞬时电压在1218～1115v之间变化;起动末段24～30s内,瞬间电压基本维持1115v不变。电压波动率为0.135%;在2～24s起动阶段内,瞬时电压在816～1115v之间变化,此时电压波动率为0.12%,因此,所设计的闭环霍尔电压传感器的动态响应、灵敏度等性能完全满足柴油机低温起动的性能要求。
图7柴油机的低温起动电压性能曲线
3.4霍尔转速传感器的性能试验
把霍尔转速传感器应用于柴油机低温起动系统,进行柴油机低温起动转速的性能试验,得到起动转速与起动时间的性能曲线如图8所示。由图8知:起动倒拖的柴油机最大转速为400r/min,拖动平均转速为280r/min,起动时间为20s,这些参数使柴油机很好地实现了低温起动,同时也证实了霍尔转速传感器的动态响应、线性度、灵敏度等性能完全能够满足低温起动系统要求。
图8柴油机低温起动转速性能曲线
4结束语
(1)所设计的霍尔型起动电流、电压、转速传感器工作可靠,动态响应快,线性度和灵敏度比较高。能够对性能参数进行低温快速、准确检测。
(2)利用所设计的霍尔电流、电压、转速传感器进行柴油机低温起动实验,最大起动电流达到680a,起动电压大于816v,起动倒拖的柴油机最大转速为400r/min,拖动平均转速为280r/min,起动时间为10s,这些性能完全满足柴油机低温起动系统要求。
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