U
a b
c
A
B
M
V
W
C
控制单元
CAN
U
a
V W
2.5MW变流器B
控制单元
b
c
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第七章 高电压大电流测量技术
三. 采用LEM传感器的测量方案
——任意波形的高压大电流测量
霍尔效应 如图所示，在一个N型半导体薄片（霍尔元件）相对两侧 面通以控制电流I，在薄片垂直方向加以磁场B，则在半导体 两侧面会产生一个大小与控制电流I 和磁场B乘积成正比的电 势UH。即
电路结构
VDD IC + UH _ + _ PI VDD T1 IS P2 RM + UO _
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P1
Ip
B
R1
T2 VEE R2
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第七章 高电压大电流测量技术
二、工作原理
霍尔器件的输出电压
Ip IS
原边 线圈 次边 线圈
如果次边电流是独立的，就不能解决任何问题 ！ 那么，次边电流是如何控制的呢？
U
H
K H IB
这一现象称为霍尔效应， UH称为做霍尔电势，KH 称为灵敏度系数。 当I 一定时，UH正比于B。
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第七章 高电压大电流测量技术
1. 开环式霍尔电流传感器的原理
VDD
被测电流经由原边线圈及
IC
聚磁环而产生磁场B
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第七章 高电压大电流测量技术
绝对型静电电压表是一种在电压测量之前被平衡的天平。
在接地平衡杆４的Ａ端悬挂着平板电极（圆盘）2。由于静电
力fx的相互作用，这个圆盘被处于被测电压U下的不动圆盘１ 所吸引。由于有保护环３包围着圆盘２，从而消除了其周围边 的边缘效应，所以圆盘１和２之间的电场是严格均匀的，电极 间的电容可按公式准确计算。 用小砝码５使天平平衡，由此就确定了力fx。平衡位臵由 接点系统６及小灯泡７和８来监视。绝对型静电电压表用来测 量300～400kV的电压，为了减小尺寸，通常把它们放在高气压 的容器里。电压表的测量误差为0.01~0.4%。
FP -FS
聚磁环
Bp=kBPIp BS=-kBSIS
恒流源 霍尔元件
uH =kHIcB =kHIc (kBPIp-kBSIS)
考虑次边电流的负反馈控制后，工作流程可表示为
被测电流Ip 补偿电流 IS
原边 线圈
FP
聚磁环
Bp=kBPIp
恒流源 霍尔元件
uH =K (NPIp-NSIS)
0
次边 线圈

C:电极间 的电容
由上式可知，如果电容C可以相当准确地计算，力fx可以
准确地测量，则直流电压或交流电压的有效值就可以测量。
满足上述前提条件的电压表称为绝对型静电电压表。
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第七章 高电压大电流测量技术
绝对型静电电压表
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第七章 高电压大电流测量技术
第六章 高电压大电流测量技术
高电压的直接测量 高电压、大电流的衰减测量 采用霍尔传感器的高压大电流测量 ——任意波形的测量
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第七章 高电压大电流测量技术
一.高电压的直接测量
1. 球隙测量
空气间隙的击穿决定于施加 电压的幅值，所以测量火花间隙 就能够测量电压的幅值。 任何形式的电极之间空气间 隙的长度都可以用来量度引起间
所以根据副边电路仪表的读便 可以确定原边电流
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第七章 高电压大电流测量技术
交流电流互感器的作用
扩大仪表量程 隔离 测量仪表与被测电路没有电的直接联系，保证人员安全
注意事项
副绕组一端必须接地，以防止原、副边之间击穿而引起事故 在使用时决不允许副边开路，否则副边电流为零而失去“去
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第七章 高电压大电流测量技术
⑵ 电压互感器——PT
原理：变压器的原理，例如：10kV100V 使用注意事项: 副边绕组不允许短路
电流、电压互感器只适用于特定频率的电流、电压测量
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第七章 高电压大电流测量技术
2.5MW变流器A
在球隙对称连接的情况下，对于所有的电压形式
和极性，击穿电压都是一样的
不对称连接时，极性效应发挥作用，但只对冲击
电压需要考虑，而ห้องสมุดไป่ตู้流电压下，由于测量误差大，
击穿电压的分散性超过了极性效应引起的差别，因
此不考虑。
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第七章 高电压大电流测量技术
在测50Hz及直流电压时，球隙要串接一个保护电阻R，以
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第七章 高电压大电流测量技术
电阻分压、分流方案在功率测量中的应用
—— 电能表（瓦特表）的原理
220VAC RH U 专用集成电路（ADE7755） 调理电路 调理电路 乘 法 器 字车 P/f 计数显示
负 载
U RL RI
I
RH、RL——电阻分压网络，220：248.9mV I RI——分流器，IN：14mV，e.g. 40A:14mV
霍尔元件通过恒定的已知 电流IC 由B和IC产生霍尔电势UH 当B正比于被测电流IP时， UH将正比于被测电流IP 对于电压传感器，需要先 将被测电压转换为电流
P1
+ UH _
+ _ K
+ UO _
Ip
B
P2
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第七章 高电压大电流测量技术
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第七章 高电压大电流测量技术
2. 高压静电电压表
电极在电场力作用下移动的仪表称为静电仪表。由电工
理论知道，处于电位差下的两个电极相互作用的机械力一般
由下式确定：
fx:在ＸＣ方向 上作用的力
fX X
CU 2 2
开环式霍尔电流传感器的局限性
几个问题
磁路会不会饱和？ ——测量范围问题 磁路是否线性？ ——线性度问题
恒流源的精度如何？能否实现？
——精度问题 外界因素有无影响？能否消除？ ——温度、外磁场影响
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结论：该测量方案存在 一定的局限性
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第七章 高电压大电流测量技术
3. 采用交流互感器的电压、电流衰减方法
⑴ 电流互感器——CT
用途：工业用电领域交流大电流的测量，例如 400A : 5A 特点：稳定性好，准确度较高 结构：与普通变压器相似，原副边两组绕组，但原边匝数很少 且串联在回路中 在理想情况下，如果忽略激磁 电流，则原副绕组的磁通势是平 衡的，即： I1W1=I2W2
磁”作用，导致铁心中的激励磁通很大，在副绕组两端感应
出危及人生安全的高电压 在现代磁性材料和工艺条件下，可以制作误差不超过10-4 的电流互感器
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第七章 高电压大电流测量技术
电流互感器的外观
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作。
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第七章 高电压大电流测量技术
示波器的方框图
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第七章 高电压大电流测量技术
二、高电压、大电流的衰减测量
采用电阻、电感、电容的高电压衰减测量方法 采用采样电阻（分流器）的大电流衰减测量方法 采用交流互感器的电压、电流衰减测量方法
-FS
BS=-kBSIS
PI调节器 推挽式放大电路
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第七章 高电压大电流测量技术
二、工作原理（续）
上述控制流程也可以用控制框图表示
Ip
原边线圈 聚磁环 霍尔元件 推挽电路
uH PI调节器 NS
次边线圈
NP
+
_
kHIc
恒流源
Ki
IS
这是一个带有PI调节器的负反馈系统 系统调节的最后结果是PI调节器的输入等于0，也就是霍尔元 件的输出电压等于0 所以， NP IP －NS IS＝0
第七章 高电压大电流测量技术
2. 闭环式霍尔电流传感器的原理 一、结构组成
1．原边线圈
次边线圈 2．聚磁环 3．霍尔元件 4．恒流源
5．电压放大器
PI调节器 6．推挽输出级
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改动不大呀！ 怎么能解决前面所说的所有的技术难点呢？
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第七章 高电压大电流测量技术
0.5R (a) -0.5U 0.5R +0.5U U S O R
(b)
隙击穿的电压。
球隙可用于交流、直流和冲击电压幅值的测量。 球隙击穿电压按照国际电工委员会的球隙放电电压表来确 定。球隙连接回路有两种：对称回路和不对称回路。