电压互感器和电流互感器：工作原理与应用

电压互感器和电流互感器的准确度分为0.1、0.2、0.5、1.0和3.0五个级别。一般工业电路监控用互感器准确度较低，电机试验中使用的互感器的准确度应不低于0.2级。使用时，需要注意互感器的变比误差和相角误差。变比误差是互感器实际变比与标定变比的差值，变比误差与互感器的结构、铁心材料、运行时负载阻抗的大小与性质、运行时通过电流的大小和频率有关。相角误差是由于电路电抗的影响而造成互感器的一、二次侧间的相位差偏离了理想的180°电角而形成的误差，通常用偏离的角度δ来表示相角误差。

常用的电压与电流互感器如图8-39所示。低压电机试验一般只采用电流互感器。传统的电流互感器通常设置了多个接线端子，通过改变接线端子的接线方式来实现调节互感器变比的目的。通常电流互感器的一次电流选项为10A、20A、50A、100A、200A、500A、1000A和2000A，二次电流为5A。电流互感器使用时，需要注意其极性，通常情况下一次绕组的出线端用L₁和L₂标注，二次绕组的出线端用K₁和K₂标注，其中L₁和K₁为同极性。电流互感器一次侧应串联在被测电路中，其标有L₁的端子与电源端相接、标有L₂的端子与负载端连接；电流表或功率表的电流回路与电流互感器的二次侧K₁和K₂相连，其中K₁端与功率表的“∗”端相连。

图8-39 电压与电流互感器

a）电压互感器 b）电流互感器

穿心式互感器通常会采用电源线多次穿心的方法来扩大电流互感器的量程，电源线穿过互感器的次数称为电流互感器的穿心匝数，如图8-40所示。

由于电流互感器的二次侧会感应出很高的电动势，可能会造成操作人员的安全或造成互感器匝间击穿，因此在使用电流互感器时，需要将互感器的铁心和二次绕组的K₂端可靠接地，同时还需保证在通电的情况下，互感器的二次回路不允许开路。

图8-40 电流互感器穿心匝数

a）1匝 b）2匝 c）3匝(https://www.xing528.com)

高压电机试验时，会使用到电压互感器。电压互感器的使用与电流互感器类似，只不过互感器的一、二次侧并联在测试回路中，在使用时互感器的二次侧不允许短路。

最近出现了一种叫作霍尔电压传感器或电流传感器的互感器，如图8-41所示。这类互感器的核心为霍尔传感器，霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器，广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。

由霍尔效应的原理知，霍尔电动势的大小取决于霍尔常数R_h、霍尔元件的偏置电流I_C、磁场强度B和半导体材料的厚度d。对于一个给定的霍尔器件，当偏置电流I_C固定时，U_h将完全取决于被测的磁场强度B。一个霍尔元件一般有四个引出端子，其中两根是霍尔元件的偏置电流I_C的输入端，另两根是霍尔电压的输出端。如果两输出端构成外电路，就会产生霍尔电流。一般地，偏置电流I_C的设定通常由外部的基准电压源给出。由于通电螺线管内部存在磁场，其大小与导线中的电流成正比，故可以利用霍尔传感器测量出磁场，从而确定导线中电流的大小。利用这一原理设计制成霍尔电流传感器，其优点是不与被测电路发生电接触，不影响被测电路，不消耗被测电源的功率，特别适合于大电流传感。霍尔电流互感器的原理图如图8-42所示。

图8-41 霍尔电流互感器

图8-42 霍尔电流互感器原理图

霍尔传感器可以测量任意波形的电流和电压，如直流、交流、脉冲波形等，甚至可以测量瞬态峰值。二次电流能忠实地反映一次电流的波形，因此霍尔传感器得到了较为广泛的应用。