汪殿龙 齐铂金 陈玮山 白伟 （北京航空航天大学 机械工程与自动化学院，北京 100083） 摘 要：首先简要介绍了电压/电流传感器测试电源的用途及应用场合，针对常规电压和电流传感器的特点，采用高精度电压/电流LEM模块为基准源，设计了双通道的隔离型主电路拓扑和控制系统，并留有上位机控制和检测端口，最后给出了该电源的技术参数。试验结果表明，电压/电流LEM模块精度高、动态特性好，该电源可以用于传感器的标定、多个传感器一致性的检测测试，具有广阔的应用前景。 关 键 词： 传感器；LEM模块;测试电源 中图分类号：TP212.6 文献标识码：A 文章编号： 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 电量传感器是用来变换电压或电流的装置，也是电力系统中供测量和保护用的重要设备之一，按用途分为电压传感器和电流传感器两大类。电压/电流传感器都是将电力系统中的大电流/大电压按照一定的比例变为标准的小电流/小电压，用来作为测量和保护的重要参数，因此传感器的精度与动态响应时间尤为重要[1][2]。 传感器在出厂前必须进行精度校核以获得一定的精度才能满足使用要求。LEM传感器模块以其测量精度高、动态响应快、测量范围宽等优点得到了广泛的应用，因此选用高精度快速电压/电流LEM模块作为测量基准源[3]，研制成功了电压/电流两用的双通道传感器测试电源，作为检测和校准电压/电流传感器的专用设备。 2.测试电源的工作原理 为了得到大范围的电压和电流变化幅值，拓宽测试量程，同时考虑设备的安全性，测试电源采用主变压器隔离型的主电路结构，因此测试电源必须具备输出高电压和大电流的能力。这里为了减小整个电源的体积、质量，把电压和电流测试电源主电路分成两个独立的模块，同时共用同一个控制系统。因两路主电路对应不同的隔离变压器，分别输出低压大电流和高压小电流，所以整个电源的功耗并不高，具体的电源电路原理如图1所示。 图1 测试电源工作原理图 Figure1 The schematic diagram of measure power supply 该电源的设计分为主电路和控制系统两部分，因为两个通道的工作原理相同，主电路采用了相同的电路拓扑，而两通道控制电路设计在一起。测试电源具体的工作原理如下所述：AC 220V为电源的输入，开关SW1或者SW2闭合后（分别对应电流和电压测试通道），电源处于待机状态，在电源控制系统接收到上位机工作允许信号后，电源开始工作，功率开关管Q1（Q2）将根据驱动信号的高低电平开通或关断，由于二极管D1（D3）的反向阻断作用，电源只输出正弦波的正半周期的一部分，D2（D4）是防止主变压器TR1（TR2）饱和的续流二极管。将高精度电压/电流LEM模块分别并联/串联在两个主变压器的副边，与此相对应，将需要测试的单个或多个电压传感器并联在电压测试通道输出端，电流传感器串联（穿过）在电流测试通道输出端。 在电流传感器测试通道中，TR1为降压型变压器，将输出端两根导线短接或者接小电阻负载后，电源可以输出峰值超过1250A的大电流，输出端导线穿过精密的电流霍尔传感器（LEM模块），它将根据输出电流的大小经过精密取样电阻得到一个精度较高的反馈电压，该值将和所测试的电流传感器的输出值进行校核，使所测试的传感器具有较高的精度。 在电压传感器测试通道中，TR2为升压型变压器，电源可以输出峰值超过2000V的高压，在输出导线正负两端并接精密电压霍尔传感器和精密取样电阻，它将根据输出电压的大小也有一个精度较高的反馈电压，该值将和所测试的电压传感器的输出值进行校核。 无论是电流通道还是电压通道，从理论上测试电源输出端都将得到如图2所示的波形。 图2 输出电流（电压）波形 Figure2 The waveform of output current(voltage) 从图2可以看出，电源输出的是一个个的脉冲，其波形为正弦波正半周期的一部分，对于电流通道，其输出电流大小可以用下式表示 上式中分别对应开关管Q1的开通与关断时间，电压通道与此类似。这里需要注意，由于主变压器只工作在单象限，防止变压器因饱和而损坏并且留有充分的磁通恢复时间，开关管的开通与关断时间需要满足以下条件 开关管具体的开通与关断时间需要根据主变压器工作电流和设计参数来确定，这里选用，并且的大小和给定值成线性关系。 由于本电源需要和上位机进行通讯，因此在控制电路中增加了一级光电隔离，除了工作允许信号由上位机发出以外，电源的工作状态也将通过监测信号反馈到上位机中。同时，电源的主电路输出信号的反馈值也被送回电源控制系统中，经过处理后通过控制线送到电源外部接口进行检测。为了安全可靠的驱动开关管，电源控制系统输出双路PWM脉冲，分别驱动电压和电流两通道的开关管，并且具有过流保护的功能。此外，该电源还可以根据实际需要设定主电路的输出电流（电压）值，即通过调节给定值信号控制Q1（Q2）的开通时刻，来控制输出电流（电压）的大小，所以图2中的输出电流Iout（电压Uout）可以根据给定值来输出需要的值，进而得到较宽的量程。 3.测试电源的技术参数 按照上述方案，试制了原理样机，具体的技术参数如表1所示。 表1 测试电源的技术参数 在上述参数中，电流（电压）的最大量程对应最大的反馈值并且线性变化，即电源的输出电流在0～1250A、输出电压在0～2000V之间变化时，其反馈值都在0～5.0V之间线性变化。 在该电源中，电压LEM传感器模块选用的型号为LV100-2000，电流LEM传感器模块选用的型号为LT2005-S，具体的技术指标可以参见LEM公司提供的产品手册。 4.试验结果 图3是示波器采集到的所设计测试电源的电流通道输出量反馈值（精密电流LEM传感器模块输出值）的波形，电压通道的波形与此类似。
(a)单个信号波形 (b)连续信号波形 图3 输出电流（电压）反馈信号波形 Figure3 The waveform of output current(voltage) feedback signal (a)single waveform (b)continuous signal waveform 图（a）为单个周期的波形，输出峰值为5.0V，对应满量程1250A，波形过渡过程光滑，无干扰信号；图（b）为连续两个周期的输出波形，从上图可以看出，开关管Q1的=5ms,=2200ms，即电源每隔2.2秒输出一个形如图（a）的波形，目标峰值将随给定值的变化而线性变化。 5.结论 采用高精度电压/电流LEM模块为基准源的双通道传感器测试电源可以用来测试电压和电流传感器，它具有结构简单、精度高、调节方便、量程宽、动态特性好、线性度高及通讯方便等优点，是一种具有良好应用前景的测试计量设备。 参考文献： 1.牟民生. 互感器基础知识[J]. 农村电工，2000(4)：43～44 2.陈离，秦清俊. 电路与电机技术[M]. 北京：机械工业出版社，1994 3.北京莱姆电子有限公司. LEM电压电流选型手册[EB]. http://www.lem.com.cn/news/tech.asp，2005 通讯作者：汪殿龙 通讯地址：北京航空航天大学702 邮政编码：100083 电 话：010-66405407 13439103939 E-mail: U C3875@163.com
分别对应开关管Q1的开通与关断时间，电压通道与此类似。这里需要注意，由于主变压器只工作在单象限，防止变压器因饱和而损坏并且留有充分的磁通恢复时间，开关管的开通与关断时间需要满足以下条件 
，并且
的大小和给定值成线性关系。 
=5ms,
