1 引言


跟着我国经济的成长和生活程度的日益进步，城市人口和扶植范围的赓续扩大年夜，各类用电设备的日益增多，广大年夜农村地区的电网又欠改革和扩容，用电情况变得越来越恶劣。忽然断电或电压不足的情况经常有之，是以对电源的“考验”越来越严重。据统计，天天，您的用电设备都要遭受120 次阁下的各类各样的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来自电源。结不雅，您花费大年夜量资金建立的┞符套IT体系，却竽暌剐可能因突发的电源浪涌、尖峰、欠压或忽然断电等电源问题造成宕机、PC硬件的破坏或宝贵数据的损掉。是以，电源质量的短长将直接影响全部电子设备的靠得住性、稳定性和安然性。若何确保人身和数据安然，包管用电设备正常稳定的工作，削减老庶平易近和单位的损掉，在电源竽暌箍现问题的时刻及时安然关机，实现无人值守的智能治理等，在经济快速成长和生活程度进步的今天，电源问题的重要性日益凸显出来。本来作为副角而一向行大年夜量投入研究的电源越来越成为正规厂商和设计研究者的看重，电源技巧遂成长成为一门极新的技巧。

而今，小小的电源设备已经融合了越来越多的新技巧。例如开关电源、硬开关、软开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大年夜器技巧、数控调压技巧、相控技巧、变频、移相谐振、无功补偿、PWM、SPWM、软开关PWM、功率因数校订、裂相、电流均分、驱动保护、储能、充电、抗干扰、电磁兼容等等。实际须要推动电源技巧赓续成长和进步，为了主动检测和显示电压，在过压、欠压、浪涌等伤害情况产生时具有主动保护功能和更高等的智能控制，采取具有传感检测、传感采样、传感保护的电源技巧必弗成少且渐成趋势，传感器技巧在电源这一新的范畴也获得了进一步的应用和成长，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开端受到广大年夜电源设计者的青睐，本文重要介绍ABB公司的电压传感器。

2 电压传感器的工作道理和特点参数

2.1 电压传感器的的工作道理

ABB公司的电压传感器所根据的工作道理主如果霍尔效应。如图1，当原边导线经由电压传感器时，原边电流IP会产生磁力线①，原边磁力线集中在磁芯②四周，内置在磁芯气隙中的霍尔电极③可产生和原边磁力线①成正比的大年夜小仅几毫伏的电压，电子电路④可把这个渺小的旌旗灯号改变成副边电流IS⑤，副边电流IS乘以副边线圈匝数NS就等于原边电流IP乘以原边线圈匝数NP，即：

NP×IP=NS×IS 或者 IS = IP ×NP/NS

个中, NP/NS叫匝数比，并且一般有NP=1

是以，我们选择148Ω的负载电阻，则测量端的电压为：
电压传感器的输出旌旗灯号是副边电流IS，在任何时刻，它总与输入旌旗灯号（原边电流IP）成正比，IS一般很小。如不雅输出电流经由测量电阻RM，则可以获得一个与原边电流成正比的大年夜小为几伏的输出电压旌旗灯号。

比如，对EM010型的电压传感器，其IS一般只有50mA。经由过程测量副边电流IS后可求出原边电流IP，再经由过程UP=（RE+RP）IP（拜见图）使可求出所欲求的电压。

图1 电压传感器的工作道理

2.2 电压传感器的特点参数
ABB公司电压传感器的特点参数与电传播感器的特点参数基本相同，用户可以查看文献[2]，本文重要将文献[2]中未讲到的特点参数弥补如下：

(1) 温度特点


温度是传感器的根本特点之一，ABB公司的电压传感器所说的温度有工作温度和贮存温度两个。个中工作温度（或应用温度）是指传感器正常工作时的温度，它的大年夜小对电流额定值、靠得住性 、最大年夜测量范围、测量精度等都有影响。ABB公司的传感器，其所有特点都是在工作温度范围内给出的，当在工作温度内应用时，所有特点都能包管。而贮存温度则指传感器必须保存在其所规定的温度范围内，跨越了这个范围，传感器就不克不及正常应用。留意每种型号的传感器，工作温度和贮存温度都可能不合，比如，VS型电压传感器的工作温度是-40℃~+85℃之间，而贮存温度为-50℃~+90℃。图2给出的是电压传感器霍尔电压与情况温度的变更关系。

图2 霍尔电极电压与情况温度的关系曲线

(2) 延迟特点

ABB公司的电压传感器，其延迟时光低于1us，所以测量值可以快速跟踪原边电压的┞锋实变更情况（见图3）。

图3 延迟时光曲线

(3) 频率特点
ABB公司的传感器有很好的频率特点。图4给出了ABB公司某种电压传感器的频率响应曲线。大年夜图中可看出，在-1dB处，精度仍可达到10%。当原边电压在其工作频率范围内变更时，传感器老是在它的最佳工作点工作。事实上，在此频率前后，传感器都能精确响应原边电压的变更。一般额定值较大年夜的传感器比额定值小的传感器比拟，传感器的频率响应范围要窄。

图4 电压传感器频率响应曲线

3 电压传感器的安装接法
ABB公司的电压传感器重要有三种型号：分别为VS50B-VS1500B、VS2000B-VS4200B，EM010型，拜见图5。

图5 ABB公司三种电压传感器的外形构造

ABB公司的电压传感器（包含电传播感器）的测量端一般有三个端，其接口平日有“Molex、JST、UL cable” 三种类型，最常见的是Molex型。

留意图5中的电压传感器，除测量端外，它有两个电极（HT+、HT-），限于篇幅，电压传感器的实际接线办法我们仅举两例。例如应用VS1000B型电压传感器，对电压差为1000V，电压和也为1000V的电压，其接法可如图6(a)所示，对于电压差为1000V，而电压和则为200V的电压测量，其接法可如图6(b)所示。
图6 电压传感器的安装接线

安装时也要留意温度对传感器的影响，传感器应尽量安装在利于散热的场合；如不雅情况只能用垂直安装方法，则必须选择产品型号末尾后有“V”字标记的传感器，其它留意事项和各类型号的传感器外型尺寸请参考文献[2]和ABB公司产品目次。

4 电压传感器的应用计算


(1) 电压传感器选择输入电阻RE和输出电流IS的计算


对于基于霍尔效应的电压传感器，其测量电路道理图如图7所示，经由过程下述几个公式可计算出其输出电流：

R=RE+RP；R=UP/IPN；
例如对EM010型电压传感器，其各项参数如下：
IPN=10mA、RP=1500Ω、匝数比NP/NS=10000/2000=5，

当测量UP=1000V的电压时，因为：


R=UP/IPN=1000/(10×10-3)=100KΩ>>RP，
是以我们必须选的输入电阻要较大年夜，如RE=100KΩ，结不雅，　

R=RE+RP=100+1.5=101.5KΩ

IP=UP/R=1000/101.5=9.85mA，

所以在测量端所产生的输出电流为

IS= NP/NS×IP=5×9.85=49.25mA


对于VS50B~VS1500B的电压传感器，负载电阻采取下式计算：

对于VS2000B~VS4200B的电压传感器，负载电阻则采取下式计算：

式中：VAmin=清除误差干扰后的最小供电电压；

ISmax=ISN×（UPmax/UPN）；

例如，对VS1000B型电压传感器，它的有关参数如下：

UPN=1000V、ISN=50mA　、VA=±24V（±5%）、UPmax=1800V，则：

ISmax=ISN×（UPmax/UPN）=0.05×1800/1000=0.09A
(2) 电压传感器负载电阻的选择

VAmin=24V-24×5%=22.8V

RM=（0.8×VAmin ×ISmax）-55=(0.8×22.8)/0.09-55=148Ω


VM=RM×ISmax=148×0.09=13.3V。

5 停止语
参考文献

在城市用电设备增多，农村供电设备老化欠修的情况下，城乡各地经常会出现电压不稳、电路短路、过流等现象，结不雅造成人平易近生活不便和仪器损毁。在电源技巧中应用传感检测功能可以使电源设备加倍小型化、智能化和安然靠得住。

电源技巧成长到今天，已融合了电子、功率集成、主动控制、材料、传感、计算机、电磁兼容、热工等诸多技巧范畴的精华，也大年夜多学科交叉的边沿学科成长为独树一帜的功率登着螫。我们有来由信赖，像在其它英国沃森技巧一一样，在21世纪的电源技巧中，传感器也将发挥着至关重要的感化，所以对电流/电压传感器的应用和设计开辟，传感器工作者应当赐与足够看重。而ABB公司的传感器因其型号多，量程宽（电流5~6000A；电压50~5000V）、高精度、灵敏度高，线性度好，规范、易安装、抗干扰才能强、产品德量靠得住、平均无故障时光MTBF（The Mean Time Between Failure）长，在电源各范畴特别是在机车牵引和工业应用范畴中值得用户信赖。

[1] 何希才，新型开关电源设计与维修[M] ，北京：国防工业出版社，2001
[2] 郭纯生、何世根，ABB电传播感器的应用[J]，传感器世界，2003，9（1）30-36
[3]New Voltages Sensors in Traction，ABB Control，1999，Version2.1，1-15
[4]Voltage sensors VS50…VS1500 Mounting instructions. ABB Control，1999，Version1.1，6-7
[5] Sensor catalogue 2000GB ，ISBC 0011 99R1001，ABB Control ，50-51 (end)