對電壓的測量是工業(yè)生產(chǎn)中最為重要的方面之一，比如：電能在生產(chǎn)、輸送、分配和使用的各個(gè)環(huán)節中，必須對電能質(zhì)量、各種電氣設備及電路的運行狀態(tài)進(jìn)行監視、控制和管理，另外也通過(guò)對電壓狀態(tài)的監視來(lái)實(shí)現對電力系統的控制和管理。

　　電壓的測量設備主要有：電磁式電壓互感器、霍爾電壓傳感器、分壓式電壓傳感器以及新型電壓傳感器。

一電磁式電壓互感器

　　電磁式電壓互感器的原理和變壓器是類(lèi)似的，由鐵芯、原邊線(xiàn)圈、副邊線(xiàn)圈組成，原邊并聯(lián)接入測量線(xiàn)路，當原邊線(xiàn)圈上施加一次電壓U1時(shí)，副邊線(xiàn)圈會(huì )感應出二次電壓U2。測量?jì)x表對二次電壓U2的測量，即可得到被測線(xiàn)路的電壓U1。

　　電壓互感器實(shí)現了對原邊電壓的隔離測量，但是由于其基于變壓器的原理，存在著(zhù)許多的明顯缺陷：

　　1、當原邊需要測量高電壓時(shí)，電壓互感器的受到線(xiàn)圈的匝數以及鐵芯大小的制約，體積將會(huì )做得非常大。

　　2、電壓互感器存在電感線(xiàn)圈和鐵芯，所以其頻帶不寬，一般只能用于工頻50Hz或其它額定頻率測量，并且具有諧振、輸出端不能短路等問(wèn)題。

圖1 電壓互感器原理圖

二霍爾電壓傳感器

　　霍爾電壓傳感器主要包括初級線(xiàn)圈、磁環(huán)、次級線(xiàn)圈、放大電路及與初級線(xiàn)圈串聯(lián)的限流電阻R。原邊電壓通過(guò)外置或內置電阻，將電流限制在毫安級，此電流經(jīng)過(guò)多匝繞組之后，經(jīng)過(guò)磁環(huán)將原邊電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)被氣隙中的霍爾元件檢測到，并感應出相應電動(dòng)勢，該電動(dòng)勢經(jīng)過(guò)電路調整后反饋給補償線(xiàn)圈進(jìn)而補償，該補償線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁通與原邊電流(被測電壓通過(guò)限流電阻產(chǎn)生)產(chǎn)生的磁通大小相等，方向相反，從而在磁芯中保持磁通為零?；魻栯妷簜鞲衅鞯脑砣鐖D2所示。

圖2 霍爾電壓傳感器原理圖

　　霍爾電壓傳感器也存在著(zhù)缺陷：測量電壓等級越高，傳感器的帶寬越窄。例如：某款6400V霍爾電壓傳感器的帶寬僅700Hz，當用于變頻電量測量時(shí)，局限性非常大。

三分壓式電壓傳感器

　　分壓式電壓傳感器有電阻分壓式和電容分壓式，將初級電壓直接轉化為測量?jì)x表可用的低電壓信號。電阻分壓式由于沒(méi)有諧振問(wèn)題，性能優(yōu)于電容式分壓器。

　　電阻分壓式電壓傳感器與電磁式電壓互感器相比，沒(méi)有鐵芯磁飽和的缺點(diǎn)，并且允許短路。

　　分壓器由高壓臂電阻R1和低壓臂電阻R2組成，電壓信號在低壓側測量，為防止低壓部分出現過(guò)電壓，保護二次側測量裝置，必須在低壓電阻上加裝一個(gè)放電管或穩壓管，使其放電電壓恰好略小于或等于低壓側允許的最大電壓。其中U1為高壓側輸入電壓，U2為低壓側輸出電壓，分壓器原理如圖3所示。

圖3 電阻分壓式電壓傳感器原理圖

　　電阻分壓式電壓傳感器的缺點(diǎn)：

　　1、對分壓電阻要求具有穩定的溫度特性、較小的阻值誤差、高的耐壓值。

　　2、分壓器的高壓電阻與周?chē)牡仉娢晃矬w存在電勢差，會(huì )產(chǎn)生分壓器對地的雜散電容，造成誤差。需要對高壓端作相應的屏蔽措施。

　　3、分壓測量模式，高壓側與低壓側沒(méi)有隔離，存在安全隱患，需要相應的保護措施。

四新型數字式電壓傳感器

01光纖電壓傳感器

　　光纖電壓傳感器是基于電光效應，在電場(chǎng)或電壓的作用下透過(guò)某些物質(zhì)(如電光晶體)的光會(huì )發(fā)生雙折射，而雙折射兩光波之間的相位差與外施電壓(即被測電壓)成正比，通過(guò)的鑒相器檢測光波相位差來(lái)實(shí)現對外電壓的測量。原理如圖4所示。其中，1為光纖，2為起偏器，3為玻片，4為電光晶體，5為檢偏器。

圖4 光纖電壓傳感器原理圖

　　光功率的波動(dòng)、溫度的變化對測量都存在不同程度的影響;且傳感器結構復雜，所要求的工藝水平較高，長(cháng)期運行的可靠性和穩定性也是需要解決的問(wèn)題。

02組合式電壓電流傳感器

　　隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現了將電流、電壓傳感器集于一身的組合式電流電壓傳感器。組合式傳感器結合了現代傳感器技術(shù)、數字技術(shù)與光纖通信技術(shù)，同時(shí)采集電流、電壓信號，在傳感器內部完成將模擬量轉換為數字量，通過(guò)光纖輸出。其中以銀河電氣SP系列變頻功率傳感器為代表。

圖5 SP變頻功率傳感器原理圖

　　SP變頻功率傳感器主要包括電壓敏感元件、電流敏感元件、一次轉換電路、隔離工作電源、光電轉換電路及光纖傳輸系統等構成。電壓敏感元件及電流敏感元件接收來(lái)自一次線(xiàn)路的高電壓、大電流信號，變換為一次轉換電路可以接受的低電壓、小電流模擬信號，一次轉換電路將模擬信號轉換為數字信號，數字信號經(jīng)過(guò)光電轉換電路通過(guò)光纖傳輸系統與數據處理及顯示單元通訊。

　　隨著(zhù)變頻調速技術(shù)在電機驅動(dòng)中的應用越來(lái)越廣，互感器已經(jīng)無(wú)法應對變頻電量的測量。相對于其它形式的電壓傳感器而言，SP變頻功率傳感器具有寬頻帶、交直流兩用、電磁兼容性強、隔離性能好、測量精度高、性能穩定等優(yōu)點(diǎn)，成為變頻電量計量的主要測量裝置。

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