老旧设备“智改数转”：霍尔电流传感器如何实现低成本电机监测？

近期，广东、浙江、江苏等地密集出台了针对中小企业数字化改造的专项补贴政策，比如珠三角地区对中小企业数字化改造项目补贴40%，粤东西北地区提高至50%‌，明确将“设备数据采集覆盖率”纳入验收指标。然而，大量中小企业仍在使用10年以上的老式电机与变频器，没有实时监测手段，缺乏电流、温度等关键运行数据，导致非计划停机风险，加装传感器成为老旧电机设备升级主流方案。

老旧电机升级改造特点

老旧电机升级改造目的是通过技术手段提升原有电机性能、最大化利用电机性能，并延长其使用寿命。

• 老旧设备空间、线路已经固定化，改造空间有限，需要小型的、非接触式的解决方案。
• 改造需要控制成本，否则还不如全新购买新式设备替换旧设备。这就需要考虑传感器本身价格和安装成本。
• 常见改造电机功率为55KW~280KW，但中小功率（如家用电器、小型工业设备）更普遍。
• 通常无需高精度控制，但需稳定性和可靠性，如启停、调速或节能优化。

电机运行为什么需要监测电流？

电机过载、堵转、缺相等故障，往往通过电流异常表现出来，以前老旧电机只能听声辨故障，手摸机器温度感觉温度情况，很难辨别机器问题所在。电机运行中监测电流是为了实时掌握负载状态、及时发现过载或电气故障，防止因电流异常导致设备过热损坏，同时优化运行效率并延长使用寿命。‌‌

电机电流检测常见方案

以下是变频器驱动电机中常用的四种电流检测方案的详细对比，包括原理、特点、适用场景及关键参数：

针对老旧电机改造的需求（低成本、低精度、安装便利性），‌霍尔开环电流传感器‌是最适合的电流检测方案。

霍尔开环传感器的优势

• 成本低‌：价格仅为闭环传感器的1/3~1/2，适合预算有限的老旧电机改造。
• 安装简便‌：非接触式测量，无需破坏原有电路，尤其适合无预留接口的老旧电机。
• 电气隔离‌：高压主回路与低压控制电路隔离，提升安全性。
• 直流兼容‌：支持交流/直流电流检测，适应变频器驱动的改造需求。‌

霍尔开环电流传感器简介

霍尔开环电流传感器是一种基于霍尔效应原理的电流检测装置，通过磁芯气隙处的霍尔元件感应磁场强度来测量电流，具有结构简单、成本低的特点，适用于交流/直流电流监测。

其核心原理是：原边电流Ip产生的磁场，通过磁芯聚磁后，用霍尔感应芯片在磁芯气隙处感应原边电流Ip的大小和方向。霍尔感应芯片的输出电压，经过信号处理电路，使传感器的输出可以精确反映被测电流的大小。

技术特点：

— 体积小 — 测量范围宽

— 重量轻 — 功耗低

— 无插入损耗

某国产霍尔开环电流传感器简介

该系列是其企业自主研发的一款成熟的霍尔开环电流传感器产品，100%国产化，实现国产替代，兼容国际主流传感器品牌，量程从50A ~ 600A，覆盖常见三相电机负载；精度为±1%，可满足电机的常见状态监测需要；供电电压为±12V~±15V，输出模拟电压信号，兼容PLC/DCS系统，方便设备数字化升级改造；具有绝缘耐压3.6kV（交流）、6.6kV（瞬态），符合EN 50178、IEC 61010-1等工业标准，压保障控制侧安全；安装方式为穿孔式，无需断电改造母排，且体积仅为3x4x3cm，方便老旧设备无预留接口升级改造。

典型应用场景：

变频器驱动电机：霍尔开环电流传感器在变频器驱动电机的系统中主要用于‌电流检测、保护控制及系统优化‌。

1. ‌电流检测与反馈‌

精确测量‌：通过霍尔效应实时检测变频器输出的三相电流（U、V、W），为磁场定向控制（FOC）提供转矩电流（Iq）和励磁电流（Id）的反馈信号，确保电机高效运行。

宽频响应‌：可捕捉PWM调制下的高频电流谐波，适应现代变频器的高开关频率需求‌。

2. 保护作用

实时监测运行电流，发现过载、堵转等异常并触发变频器的保护机制，防止IGBT等功率器件损坏。

3. 系统优化‌

通过精确电流反馈优化变频器输出，降低电机发热和能耗，从而提升能效。

‌持续监测电流波形可识别绕组短路、逆变器开关故障等异常，提供‌故障诊断依据。‌

老旧电机加装电流传感器改造系统框架图：

应用案例：

某五金加工厂，15台老式冲压机使用2012年产变频器，无电流反馈功能。

改造方案：

在变频器输出侧加装HS1V传感器，将电流信号接入本地边缘采集盒，数据上传至轻量化MES系统。

实际价值：

• 实时监测是否过载（如模具卡死）；
• 识别空载/轻载时段，优化排产；
• 记录启停次数与冲击电流，预判接触器寿命；
• 减少非计划停机30%。

结语

老旧电机改造推荐‌霍尔开环电流传感器‌，尤其是国产传感器，其低成本、易安装和电气隔离特性完美匹配改造需求。对中小企业而言，从‘看得见电流’开始，就是迈向数字化的第一步。