发表于：2004/11/16 20:47:00
#0楼
摘要：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，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
1、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。
2、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）
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，然后除以系数，将得到的商转换成BCD数，最后将结果送显示器进行数字显示。
四、数据处理
1、传输线周围磁场强度的计算
B=μ0I/π（80.222-19.554COS39.79°）=8.07μ0I/π
式中μ0=4π X 10-7H/m,I为被测高压电流200~20000A。
2、霍尔传感器的工作式
UH=IHB/nqd=RHIHB/d=KHIHB=8.071KHIHμ0I/π
式中霍尔元件的霍尔系数RH=4.25*103cm3C-1,KH=RH/d=21.25m3C-1为霍尔灵敏度；传感器电路的控制电流IH=25mA。
3、标度变换中被测电流# 的计算
标度变换是对整机工作过程的标度变，测量流程为被测电流经传感器（K1）→放大器（K2）→滤波器（K3）→绝对值电路（K4）→有效值电路（K5）到U0，这就是测量过程。所以U0=I·K=I·K1K2K3K4K5即I=U0/（K1K2K3K4K5）=U0/K。将此式编程计算标度变换，即由输入单片机的电压再变回到被测电流I的值，最后用单片机显示出电流的大小。
五、结论
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，具有精度高、可靠性好、安全性好等优点，是一种安全可靠、精度高的测量高压电流的方法，为研制一种新的测量高压大电流的仪器打下了一个良好的基础，在工程上具有一定的应用价值。
