汪殿龍 齊鉑金 陳瑋山 白偉 （北京航空航天大學 機械工程與自動化學院，北京 100083） 摘 要：首先簡要介紹了電壓/電流傳感器測試電源的用途及應用場合，針對常規電壓和電流傳感器的特點，采用高精度電壓/電流LEM模塊為基準源，設計了雙通道的隔離型主電路拓撲和控制系統，并留有上位機控制和檢測端口，最后給出了該電源的技術參數。試驗結果表明，電壓/電流LEM模塊精度高、動態特性好，該電源可以用于傳感器的標定、多個傳感器一致性的檢測測試，具有廣闊的應用前景。 關 鍵 詞： 傳感器；LEM模塊;測試電源 中圖分類號：TP212.6 文獻標識碼：A 文章編號： Double Channels Sensor Measure Power Supply based on Voltage and Current LEM Module WANG Dianlong, QI Bojin, CHEN Weishan , BAI Wei (School of Mechanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronauticsand Astronautics,Beijing 100083,China) Abstract: Application and its using occasion of sensor measure power supplyissimply introduced firstly. Used high precise voltage and current LEM moduleas reference, the isolated main topology and its control system with double channels isdesigned based on the character of voltage and current sensor. The super -computer contro lling, detecting port and the power supply's technical parameter are given.Showed through the experiment result, the voltage and current LEM module precision and namic character is good. The power supply is used for sensor's calibration and coherence entirely with wide using prospect. Keywords: Measure power supply; sensor; LEM module 1.前言 電量傳感器是用來變換電壓或電流的裝置，也是電力系統中供測量和保護用的重要設備之一，按用途分為電壓傳感器和電流傳感器兩大類。電壓/電流傳感器都是將電力系統中的大電流/大電壓按照一定的比例變為標準的小電流/小電壓，用來作為測量和保護的重要參數，因此傳感器的精度與動態響應時間尤為重要[1][2]。 傳感器在出廠前必須進行精度校核以獲得一定的精度才能滿足使用要求。LEM傳感器模塊以其測量精度高、動態響應快、測量范圍寬等優點得到了廣泛的應用，因此選用高精度快速電壓/電流LEM模塊作為測量基準源[3]，研制成功了電壓/電流兩用的雙通道傳感器測試電源，作為檢測和校準電壓/電流傳感器的專用設備。 2.測試電源的工作原理 為了得到大范圍的電壓和電流變化幅值，拓寬測試量程，同時考慮設備的安全性，測試電源采用主變壓器隔離型的主電路結構，因此測試電源必須具備輸出高電壓和大電流的能力。這里為了減小整個電源的體積、質量，把電壓和電流測試電源主電路分成兩個獨立的模塊，同時共用同一個控制系統。因兩路主電路對應不同的隔離變壓器，分別輸出低壓大電流和高壓小電流，所以整個電源的功耗并不高，具體的電源電路原理如圖1所示。 圖1 測試電源工作原理圖 Figure1 The schematic diagram of measure power supply 該電源的設計分為主電路和控制系統兩部分，因為兩個通道的工作原理相同，主電路采用了相同的電路拓撲，而兩通道控制電路設計在一起。測試電源具體的工作原理如下所述：AC 220V為電源的輸入，開關SW1或者SW2閉合后（分別對應電流和電壓測試通道），電源處于待機狀態，在電源控制系統接收到上位機工作允許信號后，電源開始工作，功率開關管Q1（Q2）將根據驅動信號的高低電平開通或關斷，由于二極管D1（D3）的反向阻斷作用，電源只輸出正弦波的正半周期的一部分，D2（D4）是防止主變壓器TR1（TR2）飽和的續流二極管。將高精度電壓/電流LEM模塊分別并聯/串聯在兩個主變壓器的副邊，與此相對應，將需要測試的單個或多個電壓傳感器并聯在電壓測試通道輸出端，電流傳感器串聯（穿過）在電流測試通道輸出端。 在電流傳感器測試通道中，TR1為降壓型變壓器，將輸出端兩根導線短接或者接小電阻負載后，電源可以輸出峰值超過1250A的大電流，輸出端導線穿過精密的電流霍爾傳感器（LEM模塊），它將根據輸出電流的大小經過精密取樣電阻得到一個精度較高的反饋電壓，該值將和所測試的電流傳感器的輸出值進行校核，使所測試的傳感器具有較高的精度。 在電壓傳感器測試通道中，TR2為升壓型變壓器，電源可以輸出峰值超過2000V的高壓，在輸出導線正負兩端并接精密電壓霍爾傳感器和精密取樣電阻，它將根據輸出電壓的大小也有一個精度較高的反饋電壓，該值將和所測試的電壓傳感器的輸出值進行校核。 無論是電流通道還是電壓通道，從理論上測試電源輸出端都將得到如圖2所示的波形。 圖2 輸出電流（電壓）波形 Figure2 The waveform of output current(voltage) 從圖2可以看出，電源輸出的是一個個的脈沖，其波形為正弦波正半周期的一部分，對于電流通道，其輸出電流大小可以用下式表示 上式中分別對應開關管Q1的開通與關斷時間，電壓通道與此類似。這里需要注意，由于主變壓器只工作在單象限，防止變壓器因飽和而損壞并且留有充分的磁通恢復時間，開關管的開通與關斷時間需要滿足以下條件 開關管具體的開通與關斷時間需要根據主變壓器工作電流和設計參數來確定，這里選用，并且的大小和給定值成線性關系。 由于本電源需要和上位機進行通訊，因此在控制電路中增加了一級光電隔離，除了工作允許信號由上位機發出以外，電源的工作狀態也將通過監測信號反饋到上位機中。同時，電源的主電路輸出信號的反饋值也被送回電源控制系統中，經過處理后通過控制線送到電源外部接口進行檢測。為了安全可靠的驅動開關管，電源控制系統輸出雙路PWM脈沖，分別驅動電壓和電流兩通道的開關管，并且具有過流保護的功能。此外，該電源還可以根據實際需要設定主電路的輸出電流（電壓）值，即通過調節給定值信號控制Q1（Q2）的開通時刻，來控制輸出電流（電壓）的大小，所以圖2中的輸出電流Iout（電壓Uout）可以根據給定值來輸出需要的值，進而得到較寬的量程。 3.測試電源的技術參數 按照上述方案，試制了原理樣機，具體的技術參數如表1所示。 表1 測試電源的技術參數 在上述參數中，電流（電壓）的最大量程對應最大的反饋值并且線性變化，即電源的輸出電流在0～1250A、輸出電壓在0～2000V之間變化時，其反饋值都在0～5.0V之間線性變化。 在該電源中，電壓LEM傳感器模塊選用的型號為LV100-2000，電流LEM傳感器模塊選用的型號為LT2005-S，具體的技術指標可以參見LEM公司提供的產品手冊。 4.試驗結果 圖3是示波器采集到的所設計測試電源的電流通道輸出量反饋值（精密電流LEM傳感器模塊輸出值）的波形，電壓通道的波形與此類似。
(a)單個信號波形 (b)連續信號波形 圖3 輸出電流（電壓）反饋信號波形 Figure3 The waveform of output current(voltage) feedback signal (a)single waveform (b)continuous signal waveform 圖（a）為單個周期的波形，輸出峰值為5.0V，對應滿量程1250A，波形過渡過程光滑，無干擾信號；圖（b）為連續兩個周期的輸出波形，從上圖可以看出，開關管Q1的=5ms,=2200ms，即電源每隔2.2秒輸出一個形如圖（a）的波形，目標峰值將隨給定值的變化而線性變化。 5.結論 采用高精度電壓/電流LEM模塊為基準源的雙通道傳感器測試電源可以用來測試電壓和電流傳感器，它具有結構簡單、精度高、調節方便、量程寬、動態特性好、線性度高及通訊方便等優點，是一種具有良好應用前景的測試計量設備。 參考文獻： 1.牟民生. 互感器基礎知識[J]. 農村電工，2000(4)：43～44 2.陳離，秦清俊. 電路與電機技術[M]. 北京：機械工業出版社，1994 3.北京萊姆電子有限公司. LEM電壓電流選型手冊[EB]. http://www.lem.com.cn/news/tech.asp，2005 通訊作者：汪殿龍 通訊地址：北京航空航天大學702 郵政編碼：100083 電 話：010-66405407 13439103939 E-mail: U C3875@163.com
分別對應開關管Q1的開通與關斷時間，電壓通道與此類似。這里需要注意，由于主變壓器只工作在單象限，防止變壓器因飽和而損壞并且留有充分的磁通恢復時間，開關管的開通與關斷時間需要滿足以下條件 
，并且
的大小和給定值成線性關系。 
=5ms,
