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電磁測量論文 華北電力大學電磁測量論文 專業(yè)班級：學生姓名： 學 號：2009 霍爾效應以及霍爾電流互感器摘要 介紹和解釋霍爾效應; 簡述霍爾電流互感器其檢測方法。關鍵詞：霍爾效應;磁電效應；霍爾電流互感器；直流測量1霍爾效應及其解釋霍爾效應在1879年被E.H. 霍爾發(fā)現，它定義了磁場和感應電壓之間的關系，這種效應和傳統(tǒng)的感應效果完全不同。當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子產生一個垂直于電子運動方向上的的作用力，從而在導體的兩端產生電壓差。 雖然這個效應多年前就已經被大家知道并理解，但基于霍爾效應的傳感器在材料工藝獲得重大進展前并不實用，直到出現了高強度的恒定磁體和工作于小電壓輸出的信號調節(jié)電路。流體中的霍爾效應是研究“磁流體發(fā)電”的理論基礎?；魻栃?在導體上外加與電流方向垂直的磁場，會使得導體中的電子與電洞受到不同方向的洛倫茲力而往不同方向上聚集，在聚集起來的電子與電洞之間會產生電場，此一電場將會使后來的電子電洞受到電力作用而平衡掉磁場造成的洛倫茲力，使得后來的電子電洞能順利通過不會偏移而產生的內建電壓稱為霍爾電壓。 方便起見，假設導體為一個長方體，長度分別為a,b,d，磁場垂直ab平面。電流經過ad，電流I = nqv(ad)，n為電荷密度。設霍爾電壓為VH，導體沿霍爾電壓方向的電場為VH / a。設磁場強度為B。 洛倫茲力 f=qE+qvB/c(Gauss 單位制) 電荷在橫向受力為零時不在發(fā)生橫向偏轉，結果電流在磁場作用下在器件的兩個側面出現了穩(wěn)定的異號電荷堆積從而形成橫向霍爾電場 E= - vB/c 由實驗可測出 E= UH/W 定義霍爾電阻為 RH= UH/I =EW/jW= E/j j = q n v RH=-vB/c /(qn v)=- B/(qnc) 實驗表明，在磁場不太強時，電位差與電流強度I和磁感應強度B成正比，與板的厚度d成反比，即: 2 霍爾效應的負效應上述推導是從理想情況出發(fā)的，實際情況要復雜得多，在產生霍爾電壓的同時，還伴生有四種副效應，副效應產生的電壓疊加在霍爾電壓上，造成系統(tǒng)誤差。為便于說明，畫一簡圖如圖2所示。（1）厄廷豪森（Eting hausen）效應引起的電勢差。由于電子實際上并非以同一速度v沿X軸負向運動，速度大的電子回轉半徑大，能較快地到達接點3的側面，從而導致3側面較4側面集中較多能量高的電子，結果3、4側面出現溫差，產生溫差電動勢?？梢宰C明。容易理解的正負與I和B的方向有關。（2）能斯特（Nernst）效應引起的電勢差。焊點1、2間接觸電阻可能不同，通電發(fā)熱程度不同，故1、2兩點間溫度可能不同，于是引起熱擴散電流。與霍爾效應類似，該熱流也會在3、4點間形成電勢差。若只考慮接觸電阻的差異，則的方向僅與B的方向有關。（3）里紀勒杜克（RighiLeduc）效應產生的電勢差。在能斯特效應的熱擴散電流的載流子由于速度不同，一樣具有厄廷豪森效應，又會在3、4點間形成溫差電動勢。的正負僅與B的方向有關，而與I的方向無關。（4）不等電勢效應引起的電勢差。由于制造上困難及材料的不均勻性，3、4兩點實際上不可能在同一條等勢線上。因此，即使未加磁場，當I流過時，3、4兩點也會出現電勢差。的正負只與電流方向I有關，而與B的方向無關。3.0霍爾互感器電流互感器的作用是可以把數值較大的一次電流通過一定的變比轉換為數值較小的二次電流，用來進行保護、測量等用途。如變比為400/5的電流互感器，可以把實際為400A的電流轉變?yōu)?A的電流。電流互感器原理是依據電磁感應原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器在工作時，它的2次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。3.1 互感器原理在供電用電的線路中電流電壓大大小小相差懸殊從幾安到幾萬安都有。為便于二次儀表測量需要轉換為比較統(tǒng)一的電流，另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。 較早前，顯示儀表大部分是指針式的電流電壓表，所以電流互感器的二次電流大多數是安培級的（如 5A等）。現在的電量測量大多數字化，而計算機的采樣的信號一般為毫安級（0-5V、4-20mA等）。微型電流互感器二次電流為毫安級，主要起大互感器 與采樣之間的橋梁作用。 微型電流互感器也有人稱之為“儀用電流互感器”。（“儀用電流互感器”有一層含義是在實驗室使用的多電流比精密電流互感器，一般用于擴大儀表量程。） 微型電流互感器與變壓器類似也是根據電磁感應原理工作，變壓器變換的是電壓而微型電流互感器變換的是電流罷了。如圖繞組N1接被測電流，稱為一次繞組（或原邊繞組、初級繞組）；繞組N2接測量儀表，稱為二次繞組（或副邊繞組、次級繞組）。 微型電流互感器一次繞組電流I1與二次繞組I2的電流比，叫實際電流比K。微型電流互感器在額定工作電流下工作時的電流比叫電流互感器額定電流比，用Kn表示。 Kn=I1n/I2n 微型電流互感器大致可分為兩類，測量用電流互感器和保護用電流互感器。3.2接線方式電流互感器的接線方式按其所接負載的運行要求確定。最常用的接線方式為單相，三相星形和不完全星形（圖4a、b、c）。 電流互感器電流互感器接線方式 電流互感器接線方式額定變比和誤差互感器的額定變比KN指電壓互感器的額定電壓比和電流互感器的額定電流比。前者定義為原邊繞組額定電壓U1N與副邊繞組額定電壓 U2N之比；后者則為額定電流I1N與I2N之比。即 KN=U1N/U2N （對電壓互感器） KN=I1N/I2N （對電流互感器） 電壓（或電流）互感器原邊電壓（或電流）在一定范圍內變動時,一般規(guī)定為 0.851.15U1N（或10120%I1N），副邊電壓（或電流）應按比例變化,而且原、副邊電壓(或電流)應該同相位。但由于互感器存在內阻 抗、勵磁電流和損耗等因素而使比值及相位出現誤差，分別稱為比差和角差。 比差為經折算后的二次電壓（或二次電流）與一次電壓（或一次電流）量值大小之差對后者之比，即fU 為電壓互感器的比差，fI 為電流互感器的比差。當KNU2U1（或KNI2I1）時，比差為正，反之為負。 對沒有采取補償措施的電壓互感器，比差為負，角差一般為正值，比差的絕對值和角差均隨電壓的增大而減??；鐵心飽和時，比差與角差均隨電壓的增大而增大。 對于沒有采取補償措施的電流互感器，比差為負值，角差為正值，比差的絕對值和角差均隨電流增大而減小。 采用補償的辦法可以減小互感器的誤差。一般通過在互感器上加繞附加繞組或增添附加鐵心，以及接入相應的電阻、電感、電容元件來補償。常用的補償法有匝數補償、分數匝補償、小鐵心補償、并聯電容補償等。3.3測量用電流互感器電流互感器在測量交變電流的大電流時，為便于二次儀表測量需要轉換為比較統(tǒng)一的電流（我國規(guī)定電流互感器的二次額定為5A或1A），另外線路上的電壓都比較高如直接測量是非常危險的。電流互感器就起到變流和電氣隔離作用。 它是電力系統(tǒng)中測量儀表、繼電保護等二次設備獲取電氣一次回路電流信息的傳感器，電流互感器將高電流按比例轉換成低電流，電流互感器一次側接在一次系統(tǒng)，二次側接測量儀表、繼電保護等。 正常工作時互感器二次側處于近似短路狀態(tài)，輸出電壓很低。在運行中如果二次繞組開路或一次繞組流過異常電流（如雷電流、諧振過電流、電容充電電流、電感啟動電流等），都會在二次側產生數千伏甚至上萬伏的過電壓。這不僅給二次系統(tǒng)絕緣造成危害，還會使互感器過激而燒損，甚至危及運行人員的生命安全。 電流互感器1次側只有1到幾匝，導線截面積大，串入被測電路。2次側匝數多,導線細，與阻抗較小的儀表(電流表/功率表的電流線圈)構成閉路。 電流互感器的運行情況相當于2次側短路的變壓器，忽略勵磁電流，安匝數相