1、互感器工作原理,1 電量信號檢測方法 （1）以法拉第電磁感應(yīng)定律為基礎(chǔ)的互感器，包括鐵 心電磁式電壓、電流互感器和空心電流互感器。 （2）按霍爾效應(yīng)原理工作的互感器，主要包括霍爾電 流和霍爾電壓傳感器。 （3）基于磁光效應(yīng)和光電效應(yīng)的互感器,主要有光學(xué) 電流互感器和光學(xué)電壓互感器。,互感器工作原理,1.1.1 基于電磁感應(yīng)定律的電壓、電流互感器 1.電壓互感器：電磁式和電容式 （1）電磁式電壓互感器：電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多。 （2）電容式電壓互感器：簡稱RYH，廣泛用于110KV及以上超 高壓電力系統(tǒng)中。,電磁式電壓互感器,電容式電壓互感器,互感器工作原理,（1）電磁式電壓互感器,變壓器空載運行原

2、理圖,互感器工作原理,（2）電容式電壓互感器,RYH原理接線圖,互感器工作原理,電容式電壓互感器有以下優(yōu)點： 絕緣可靠性高：RYH的電容分壓器多由數(shù)個瓷件堆 疊而成，每個瓷件內(nèi)裝有若干個串聯(lián)電容元件，而且 瓷件內(nèi)充滿絕緣油，因此其耐壓高，故障少。 價格低：線路電壓等級愈高，應(yīng)用RYH的經(jīng)濟效果 愈明顯。 可以兼作載波通信或線路高頻保護的耦合電容。,互感器工作原理,1.2.1 基于電磁感應(yīng)定律的電壓、電流互感器 2.電流互感器：鐵心式和空心式 （1）鐵心電流互感器： 電力系統(tǒng)中主要的電流檢測工具，其基本工作原理與鐵心 電磁式電壓互感器相似。 （2）空心電流互感器： 目前在智能電器中應(yīng)用比較多的一

3、種電流傳感器，其結(jié)構(gòu) 簡單、輸入電流變化范圍寬、線性度好、性能價格比好。,電流互感器,互感器工作原理,（1） 鐵心電流互感器,電流互感器原理圖,互感器工作原理,鐵心電流互感器缺點： 體積、重量隨電流等級升高而增加，價格上升也很快。 在高壓輸電線路中鐵心式互感器必須充油，防爆困難， 安全系數(shù)下降。 傳統(tǒng)的電器設(shè)備二次測量和保護電路中，采用了具有線 圈的各種儀表及電磁式繼電器，需要從互感器中汲取能 量，所以鐵心電磁式互感器必須有相應(yīng)負載能力。 互感器鐵心磁化曲線線性范圍有限，影響測量范圍和保 護精度。,互感器工作原理,保護繞組設(shè)計舉例,一 確定產(chǎn)品型號,如：LVQB-110 可知二次繞組成品的尺寸

4、要求 內(nèi)徑外徑 205 355,二 產(chǎn)品參數(shù),如：600/5 5P30 30VA,額定變比 額定容量 保護倍數(shù),三 估算鐵芯截面積,鐵芯一般選用30QG120電工鋼帶 飽和磁密一般為1.51.6T,互感器工作原理,額定工作電流下工作磁密,Bn=電工鋼帶飽和磁密/保護倍數(shù) Bn=1.6/30=0.05T,估算鐵芯截面積 AC=,AC= =51.8cm2,初選鐵芯尺寸,220 340 100,鐵芯有效截面積和平均磁路長,AC=120/2 100 0.96 =57.6cm2,LC=,二次阻抗計算,電磁線規(guī)格1.68 截面積=（1.68/2）2 =2.2mm2 電磁線電阻r2=/s=0.02 38.4

5、/2.2=0.34 CT線圈漏抗X2=0.2,額定二次負荷時二次回路阻抗和阻抗角 R2n=1.2 cos+r2=1.2 0.8+0.34=1.3 X2n=1.2 sin+x2=1.2 0.6+0.2=0.92 Z2n=,互感器工作原理,額定電流及額定負荷時的二次感應(yīng)電勢,額定電流及額定負荷時的工作磁密,由B=0.05T查磁化曲線得磁場強度H=29.7ma/cm 鐵損角=36度,互感器工作原理,計算比差和角差（相位差）,極限感應(yīng)電動勢（拐點電壓）E=KALFI2nZ2n=238.5V 保護倍數(shù)電流下磁感應(yīng)強度,由B=1.5T查磁化曲線得磁場強度H=600ma/cm 計算勵磁安匝（HI）0=HLc

6、=600*87.92=52752ma 復(fù)合誤差c= （HI）0/I1ALF=52.752/600*30=0.29%,互感器工作原理,二 估算鐵芯截面積,二 產(chǎn)品參數(shù),如：600/5 0.2S 30VA,額定變比 額定容量 儀表保安系數(shù) 精度等級,鐵芯一般選用非晶材料,額定工作電流下工作磁密范圍為0.1T0.5T本例中初步選定為0.3T,估算鐵芯截面積,一 確定產(chǎn)品型號,如：LVQB-110 可知二次繞組成品的尺寸要求 內(nèi)徑外徑 205 355,互感器工作原理,初選鐵芯尺寸為,鐵芯有效截面積為,22034035,平均磁路長,四 二次阻抗計算,二次導(dǎo)線總長=120(35+60)2=22.8m,電磁

7、線為1.68 截面積為2.2mm2,互感器工作原理,漏抗x=0.1,額定負荷時的二次回路阻抗和阻抗角,互感器工作原理,四 額定電流及額定負荷時的二次感應(yīng)電勢,五 額定電流及額定負荷時的磁密,互感器工作原理,六 由磁化曲線查得磁場強度為7.2mA/cm鐵損角為31.,七 計算勵磁安匝,八 按誤差計算公式計算計算比值差和相位差,互感器工作原理,九 額定負荷下5% 20% 120%額定電流時的誤差均按上述步驟進行.,十 計算25%額定負荷,此時的二次回路阻抗和阻抗角為,互感器工作原理,然后按4 5 6 7 8的步驟計算,互感器工作原理,初選磁密值過大則誤差可能不滿足要求 本例B值初選0.4則初選鐵芯

8、尺寸22034025 計算值如下,互感器工作原理,互感器工作原理,互感器工作原理,（2）空心電流互感器（Rogowski線圈）,Rogowski線圈測量電流原理圖,互感器工作原理,測量回路等效電路圖,互感器工作原理,解決相位差問題積分環(huán)節(jié)：常用的有兩種，一是RC積 分電路，另一個是通過電壓頻率變換實現(xiàn)。,加入RC積分電路后的等效電路圖,互感器工作原理,空心電流互感器具有以下5個優(yōu)點： 測量范圍寬、線性精度高。 因為不用鐵心進行磁耦合，從而消除了磁飽和、鐵磁 諧振現(xiàn)象，使其運行穩(wěn)定性好，保證系統(tǒng)運行的可靠性。 頻率響應(yīng)范圍寬。一般可設(shè)計到01MHz。 重量輕、成本較低、性能價格比高，更符合環(huán)保要

9、求。 易實現(xiàn)互感器數(shù)字化輸出。,互感器工作原理,鐵心電流互感器的輸入輸出特性,互感器工作原理,空心電流互感器在大電流時的輸入輸出特性,互感器工作原理,1.2.2 霍爾電流、電壓傳感器 霍爾傳感器利用霍爾效應(yīng)，可實現(xiàn)電流、電壓變換 和被測電路與控制電路間的電氣隔離。 它的核心元件是霍爾元件，一種對磁場敏感的元 件，利用磁場作為介質(zhì)，可以實現(xiàn)多種物理量，如位置、 速度、加速度、流量、電流、電功率等的非接觸式測量。,霍爾電流傳感器,霍爾電壓傳感器,互感器工作原理,1.霍爾效應(yīng)基本原理,霍爾效應(yīng)原理圖,令,則,對于垂直置于磁感應(yīng)強度為B的磁場中的霍爾元件H，當按圖示方向輸入電流IC 時，將引起H內(nèi)部載

10、流子數(shù)量的變化，從而有電勢EH ：,互感器工作原理,2.基本霍爾電流傳感器,霍爾電流傳感器工作原理圖,傳感器由帶有氣隙的環(huán)形鐵心、霍爾元件、產(chǎn)生控制電流IC 的電源組成。如左圖所示，霍爾元件輸出的霍爾電勢經(jīng)差分放大、滯后頻率補償、可調(diào)零的相放大與超前頻率補償?shù)拳h(huán)節(jié)后，可得到輸出電壓：,互感器工作原理,3.零磁通霍爾電流傳感器 該傳感器的鐵心上繞有一匝數(shù)為Ns的補償（二次）繞 組，作為反饋環(huán)節(jié)形 成簡單閉環(huán)控制系 統(tǒng)，對霍爾元件輸出 電壓調(diào)節(jié)。最終有關(guān) 系式：,零磁通霍爾電流傳感器原理圖,3.零磁通霍爾電流傳感器 霍爾電流傳感器特點： （1）工作頻率范圍寬，可從DC到幾百KHz （2）抗干擾能力

11、強 （3）構(gòu)造簡單、堅固、耐沖擊、體積小 （4）沒有因充油等因素而產(chǎn)生的易燃、易爆等危險,互感器工作原理,根據(jù) ，只要求出RS 兩端電壓即可求得被測電流I1 。,互感器工作原理,4. 霍爾電壓傳感器概述 由于電壓本身不能直接產(chǎn)生磁場，必須變成通過導(dǎo) 線或繞組的電流，才有相應(yīng)的磁場。 為采用霍爾效應(yīng)制成霍爾電壓傳感器，首先應(yīng)將被 測電壓變換成電流，以產(chǎn)生霍爾元件所需的磁場。 霍爾電壓傳感器也分為基本型和零磁通型。,互感器工作原理,5. 霍爾集成器件 霍爾集成傳感器分為線性型和開關(guān)型。 線性型霍爾集成器件：輸出電壓與外加磁場強度 （即被測電流）呈線性關(guān)系。根據(jù)輸出環(huán)節(jié)結(jié)構(gòu)，可分 為單端輸出與雙端輸

12、出（差動輸出）兩種。 開關(guān)型霍爾集成電路分為單穩(wěn)和雙穩(wěn)兩種。,互感器工作原理,線性型霍爾傳感器UGN-3501T的特性曲線,互感器工作原理,1.2.3 光學(xué)電流、電壓互感器 1.光學(xué)電流互感器 法拉第磁光效應(yīng)：當光波通過置于被測電流產(chǎn)生的 磁場內(nèi)的磁光材料時，其偏振面在磁場作用下將發(fā)生旋 轉(zhuǎn)，通過測量旋轉(zhuǎn)的角度即可確定被測電流的大小。,互感器工作原理,1.光學(xué)電流互感器(OCT) 法拉第磁光效應(yīng)原理圖如圖所示，線偏振光穿過介 質(zhì)后因其兩個分量出現(xiàn)相位差而產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角為：,：偏轉(zhuǎn)角； ：光纖材料Verdet常數(shù)； ：磁化強度； ：光纖長度。,互感器工作原理,OCT的結(jié)構(gòu)示意圖：,光纖OCT傳感頭的原理圖：,互感器工作原理,互感器工作原理,1.2.3 光學(xué)電流、電壓互感器 2. 光學(xué)電壓互感器 Pockels效應(yīng)： 某些透明的光學(xué)介質(zhì),如BGO(鍺酸鉍Bi4Ge3O12)晶體, 具有電光效應(yīng)，在電場的作用下會使其輸入光的折射率 隨外加電場改變線性地改變。這種效應(yīng)也稱為線性電光 效應(yīng)。,互感器工作原理,2. 光學(xué)電壓互感器 當輸入光傳播方向與電場方向垂直時，電場所引起 的雙折射最大