基于霍尔传感器的高压电流测量方法与实现.docVIP

基于霍尔传感器的高压电流测量方法与实现效应利用霍尔传感器对电网电流进行非接触测量，推导出了用霍尔传感器测量高压大电流的数学模型，在三相并行输电下，理论上推导出总磁场公式，并确定出检测方案。对传感器部分的电路结构进行了论证，利用单片机进行标度变换和数字显示　　 关键词：电力传输；霍尔传感器；低通滤波器；电流检测；电路结构；单片机　　 一、引言　　 在高压输电过程中，要时刻对它的一些参数进行监测，以便来判断高压输电的质量好坏，以及是否发生故障等。到目前为止，检测这些参数的仪器很多，如我国广泛使用的是交流互感器，但它存在迟滞、涡流、热损耗等有功和无功2种损耗、精度低、使用范围窄和安全性差等诸多缺点。因此，研究一种安全可靠、精度性高的测量方法十分必要。　　 本文提出了一种利用霍尔传感器对电网电流进行非接触测量的方法。在控制电流恒定时，根据霍尔电势与高压传输线周围的磁场成正比的理论，设计出适合该系统的单片机显示电路。　　 二、硬件系统的设计　　 效应导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得导线中的电子与电洞受到不同方向的劳伦兹力而往不同方向上聚集，在聚集起来的电子与电洞之间会产生电场，此一电场将会使后来的电子电洞受到电力作用而平衡掉磁场造成的劳伦兹力，使得后来的电子电洞能顺利通过 ?? 霍尔效应 不会偏移，此称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。 方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为，磁场垂直平面。电流经过，电流I =，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。 　Fe = Fm 　　qVH / a = qvB 　　VH / a = BI / (nq) VH = BI / (nqd)。 其本质是固体材料中的载流子在外加磁场中运动时，因为受到洛仑兹力的作用而使轨迹发生偏移，并在材料两侧产生电荷积累，形成垂直于电流方向的电场，最终使载流子受到的洛仑兹力与电场斥力相平衡，从而在两侧建立起一个稳定的电势差即霍尔电压。正交电场和电流强度与磁场强度的乘积之比就是霍尔系数。平行电场和电流强度之比就是电阻率。大量的研究揭示：参加材料导电过程的不仅有带负电的电子，还有带正电的空穴。单片机测试系统　　 单片机测试系统它以89C51单片机系统为核心，扩展了6个LED数码管用以显示测量值。工作原理：霍尔传感器电路将高压线周围的磁场转换成与之对应的电压信号，再经放大电路、滤波电路、绝对值电路和真有效值电路和A/D转换器电路后送单片机进行标度变换和LED数码管显示。　　、高压电流测量原理　　 设对于3根平行长直载流导线A、B、C，其间的距离分别为d/3、d/2、d/2，通过的电流均为I，电流方向相同。P点（在A、B之间d/2-r处）磁场强度B为A、B、C三导线在该点产生的磁感应强度之和。由电磁感应定律可知Ba、Bb和Bc的方向如图中所示。载流导线A、B、C产生的磁感应强度大小、以及B、C两导线产生的合磁场的大小和总磁感应强度大小分别为Ba、Bb、Bc、Bbc和B：　　 Ba=μ0I/（2π*（（d/3）2+(d/2-r)2）1/2）（1）　　 Bb=μ0I/2πr 　　 Bb=μ0I/2π（d-r）　　 由此可知,tgθ=tgδ=d/(3*((d/2)-r))　　 则 θ=arctgd/(3*((d/2)-r)) （2）　　 对于三线传输：　　 B=Ba+Bb+Bc=Ba+Bbc　　 B2= Ba2+Bbc2-2BaBbcCOSθ　　 =(μ0I/π)2 （3）　　、霍尔传感器电路原理　　 以磁场平衡式的霍尔电流传感器为例，在软芯铁芯上绕有一组副线圈，当电流通过时，它产生的磁场与主回路被测电流产生的磁场方向相反，设定两个回路的匝数相等时，所产生的磁场相互抵消，呈现零磁通状态，这样的一个平衡过程是在很短的时间内完成的，一旦主电流，也就是被测电流发生变化，磁场就失去平衡，霍尔器件就有信号电压输出，副线圈就会有一定的电流通过，由（4）式表示：　　 IP=NS*IS/NP （4）　　 式中NP为主回路绕线匝数；IP为主电流，即被测电流NS为次级回路绕线匝数；　　 IS为次级回路电流；已知IS就知道主回路电流IP的大小。　　 经验证，该工作模式可以很好地用来测量较大的电流。　　 三、系统的软件设计　　 软件部分是由主程序和中断服务程序组成。　　 主程序如下所示：　　 初始化→设置堆栈指针→设置显示缓冲区→显示部分→返回　　 中断服务程序如下所示：　　 现场保护→从5414433读取转换结果→扩大量程→标度变换→结果→显示器→恢复现场→中断返回　　 为了避免干扰，采用连续6次采集数据求平均值的处理方法。为了保持足够的精度采用扩大2倍并转换成二进制，然后除以