磁补偿式电压电流传感器及其应用

电参数的测量主要是电压、电流、功率、频率、阻抗与波形等参数的测量。对于强电信号的参数测量涉及到信号的交换，可以采取的方法很多，这里介绍利用磁补偿式电压、电流传感器进行信号交换的方法。该方法主要具有如下优点：

　　●原边与副边高度绝缘；
　　●可同时测量交流、直流和脉动电流；
　　●采用微型化设计、尺寸小、重量轻；
　　●可靠性高，MTBF一般为106h；
　　●可以达到0.02％；
　　●跟踪速度：di/dt≥50A/μs；
　　●响应时间：≤1μs；
　　●具有优越的性能价格比。

另外，如果将磁补偿式电压、电流传感器配合标准输入输出的真有效值AC/DC转换器，则可以与微机相连。因此其应用范围更为广泛。

目前生产这类传感器的厂家较多，下面以成都晶峰电子有限公司的产品为例对磁补偿式电压、电流传感器的工作原理及应用进行较为详细的阐述。

2.磁补偿式电压、电流传感器原理

磁补偿式电压、电流传感器是一种先进的能隔离主回路与控制回路、能检测从直流到100kHz正弦与非正弦周期量电压、电流值的高科技模块化产品，其副边能真实地反映原边的波形。磁补偿式电压传感器主要应用于2500V以下电压等级的直流、交流、脉冲和不规则电流的测量、控制和保护。磁补偿式电压传感器的工作原理如图1所示。

磁补偿式电压传感器和电流传感器的工作原理是一样的。根据安培定律，原边被测电压U1通过串接限流电阻R1，转换成I1，I1N1将产生磁场B1，并通过I2N2产生的磁场B2进行磁补偿后保持磁平衡状态，即I1N1=I2N2，所以I2=I1N1N2。当N1/N2确定后，I2正比于I1，I2通过Rm转换成电压输出信号。霍尔器件H则始终起着检测零磁通的作用。当输入U1为直流电压时，可以获得直流电压输出；当输入U1为交流电压时，可以获得跟踪的交流电压输出。

3.在电力系统状态监测中的应用

电压、电流传感器在强电信号参数测试中有着广泛的应用，因为它们可以在被测电路与测试系统之间实现物理上的隔离，这对于测试系统的安全性有重要意义，由于它能使测试系统与被测设备之间的连接方式变得简单，因此对于大电流的测试显得尤为突出。电流传感器与被测电路无直接的电的联系，且安装较为方便，测量准确度一般可达到0.05％～1％。如果采用各种补偿电流传感器则可使测量准确度提高到0.002％，测量范围亦可达到200kA。

用于电力系统设计的系统电路原理框图如图2所示。该系统硬件中的电压、电流传感器用于拾取电压、电流信号，并将其转换为标准电压信号输出。
　　根据波峰因素，测量电阻Rm应在40～200Ω内选取，当测量电阻Rm=200Ω,I2=25mA时，测量电压输出为5V。

对于电压传感器而言，原边电阻R1决定传感器的，其值应与测量的额定电压U1及原边电流I1相匹配，即R1=U1/I1。

经过传感器变换后的信号一般需要进行调理，以适合于A/D转换和计算机处理。计算机处理包括电压、电流、频率等参数的计算以及波形的分析。该传感器的跟踪速度很高，能保证很小的输入输出相位偏移，这是用于波形分析的前提条件。

4.结束语

由于磁补偿电压、电流传感器所具有的特点，尤其是其电气隔离和高跟踪速度等特点，使得磁补偿式电流、电压传感器在电力系统的微机监测、交流变频调速器、新型逆变器、整流器、焊接设备、安全电源、铁路信号监控、数控机床、铁路机车、无轨电车、工业自动化控制等领域中得到广泛的应用。