磁通門傳感器測(cè)大電流

關(guān)于磁通門傳感器測(cè)大電流第一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三1）電阻歐姆定律(Ohm’slawofresistance)2）法拉第電磁感應(yīng)(Faeaday'slawofinduction)3）磁場(chǎng)傳感器(Magneticfieldsensors)

4）法拉第效應(yīng)(Faradayeffect)電流傳感技術(shù)的基本原理第二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三接觸式電流測(cè)量A.分流電阻傳感(Shuntresistor):基于測(cè)量電流在分流電阻上產(chǎn)生的電壓。該方法簡(jiǎn)單，適合精確測(cè)量直流和交流。缺陷是：功率和測(cè)量電路的隔離，以及在測(cè)大電流時(shí)功耗較大。1）高性能同軸分流(High-performancecoaxialshunt);2）低耗表面粘著元件(Low-costsurface-mounted-device)B.追蹤電阻傳感(Traceresistancesensing):PCBcoppershuntresistor基于電阻歐姆定律的電流傳感技術(shù)第三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三A.羅氏線圈(Rogowskicoil):線圈纏繞在非磁磁芯上,通過羅氏線圈的電流產(chǎn)生了一個(gè)電壓,該電壓與電流變化率以及線圈與導(dǎo)體之間的互感系數(shù)成正比。所測(cè)電流正比于該電壓的一個(gè)積分值。B.電流轉(zhuǎn)換感(Currenttransformer):僅僅使用于交流電的測(cè)量，該方法簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好。它含有一個(gè)環(huán)狀鐵心，次級(jí)線圈纏繞在鐵心上，流經(jīng)導(dǎo)體的電流的測(cè)量實(shí)際上就變成了測(cè)量初級(jí)線圈上電流。基于法拉第電磁感應(yīng)定律的電流傳感技術(shù)第四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三A.霍爾效應(yīng)傳感器(Hall-effectsensors):電流垂直于外磁場(chǎng)通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場(chǎng)和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。該方法可以測(cè)量直流和交流，頻率高達(dá)100kHz，較高的精度和很好的隔離。B.磁通門傳感器(Fluxgatesensors)(后面詳述)C.磁阻效應(yīng)傳感(MR)1).Anisotropicmagnetoresistance(AMR)2).Giantmagnetoresisitance(GMR)

基于磁場(chǎng)傳感器的電流傳感技術(shù)第五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三以上部分常見電流傳感檢測(cè)方法的比較第六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三光纖技術(shù)(fiber-opticaltechniques):新興的技術(shù)，較傳統(tǒng)技術(shù)價(jià)格較高A.偏光檢測(cè)方法(Polarmeterdetectionmethod):直接利用法拉第效應(yīng)檢測(cè)電流。B.干涉儀檢測(cè)方法(Interferometerdetectionmethod)基于法拉第效應(yīng)的電流傳感技術(shù)第七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三不同電流傳感技術(shù)檢測(cè)電流的性能比較第八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三磁通門傳感器測(cè)電流的原理最基本磁通門原理：采用磁場(chǎng)強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的非線性關(guān)系磁通門傳感器測(cè)電流的常見設(shè)計(jì)方法第九頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三常見設(shè)計(jì)方法的比較a)標(biāo)準(zhǔn)磁通門：初始電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過磁芯得到集中，在閉環(huán)結(jié)構(gòu)中，次級(jí)線圈是用來補(bǔ)償集中的磁場(chǎng)。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)越的靈敏度，溫度穩(wěn)定性，高精度。b)單一閉合環(huán)形磁芯結(jié)構(gòu)：沒有激勵(lì)線圈，激磁線圈所產(chǎn)生的電流取決于初始電流的大小。特點(diǎn)：低消耗，熱轉(zhuǎn)換低，檢測(cè)頻率帶寬有限第十頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三c)磁通門+電流轉(zhuǎn)換器：提高了檢測(cè)頻率的帶寬。磁通門負(fù)責(zé)提供低頻信號(hào)，電流轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)高頻信號(hào)。d)采用第三個(gè)磁芯：抵消第一個(gè)磁通門在初級(jí)導(dǎo)體感應(yīng)產(chǎn)生的電壓噪音，激勵(lì)線圈的電壓隨匝比倍增，當(dāng)磁芯材料沒有飽和時(shí)，僅僅只作為轉(zhuǎn)換器。第十一頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三

磁通門傳感器測(cè)電流：基于檢測(cè)磁電路的飽和狀態(tài)。磁芯用高磁導(dǎo)率材料制成，專注于被測(cè)的磁場(chǎng)。用一個(gè)信號(hào)激發(fā)磁性材料，外部磁場(chǎng)引起磁性材料對(duì)稱飽和。這種對(duì)稱隨外磁場(chǎng)的消失而消失。附加線圈的電流引起了一個(gè)補(bǔ)償磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)恢復(fù)了磁滯循環(huán)的對(duì)稱。所加電流補(bǔ)償了被測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，它的電壓值與這個(gè)電流成正比。第十二頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三在磁電路中，為了檢測(cè)一個(gè)等于零磁通的磁場(chǎng)，必須通過必要的電流激勵(lì)次級(jí)線圈，傳感器在零磁通的環(huán)境下，電流通過次級(jí)線圈得到加強(qiáng)，證實(shí)與被測(cè)的初級(jí)電流成正比。Ip=Ns﹒Is鐵磁磁芯和輔助線圈形成了一個(gè)飽和感應(yīng)器，在零磁通的情況下，對(duì)于傳感器磁路的檢測(cè)就是基于該感應(yīng)器電感值的變化。第十三頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三磁通門傳感器設(shè)計(jì)框圖第十四頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三1.信號(hào)發(fā)生器是為了激勵(lì)輔助線圈：基于有磁滯現(xiàn)象的比較電路。當(dāng)循環(huán)電流在主要的線圈激勵(lì)超過峰值時(shí),電路將改變它的輸出的電壓值。在振蕩電路檢測(cè)這些磁性元件,并且這些元件的電特性將影響方波信號(hào)電路的振蕩頻率。對(duì)于傳感器的設(shè)計(jì)，這些頻率的范圍在300赫茲左右。2.輔助電流的對(duì)稱檢測(cè)沒有初級(jí)電流,激勵(lì)電流的平均值為零.初級(jí)電流存在影響不為零的平均值的輸出，并且信號(hào)依賴于這個(gè)電流的敏感性。對(duì)于次級(jí)電流值得自動(dòng)調(diào)節(jié)，采用了PI控制器，目的是為了確保初級(jí)電流激勵(lì)線圈有零平均值?？刂破靼ㄒ粋€(gè)三角的低頻振蕩器，一個(gè)頻率檢測(cè)器和一個(gè)模擬開關(guān)。頻率檢測(cè)器是為了檢測(cè)激勵(lì)電流，模擬開關(guān)受頻率檢測(cè)器的控制。

對(duì)上設(shè)計(jì)圖詳細(xì)分析第十五頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三3.指示器的有效檢測(cè)低頻檢測(cè)電流的輸出與有效檢測(cè)的指示器相連。在它檢測(cè)的初級(jí)激勵(lì)線圈是低頻的時(shí)候，指示器才被激活。并且當(dāng)系統(tǒng)在零磁通環(huán)境下工作時(shí)，影響將產(chǎn)生。一個(gè)LED和一個(gè)開關(guān)是輸出元件，用來指示零磁通有效測(cè)量的環(huán)境。4.驅(qū)動(dòng)形成補(bǔ)償電流電路是用來產(chǎn)生流經(jīng)次級(jí)線圈的補(bǔ)償電流。一個(gè)D級(jí)放大器被用來執(zhí)行放大，這個(gè)放大器與線性放大器相比，呈現(xiàn)了高頻的優(yōu)點(diǎn)，但是增加了相同轉(zhuǎn)化頻率的泛音并放大化了，因此必須基于一個(gè)壓力帶寬調(diào)幅器，該調(diào)幅器產(chǎn)生了一個(gè)方形的電壓，該電壓的循環(huán)與IP控制的輸出信號(hào)成比例。調(diào)幅器的方形波輸出應(yīng)用于補(bǔ)償線圈，用一個(gè)半橋驅(qū)動(dòng)電流。第十六頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三5.高頻電流的測(cè)量所測(cè)量的最大交流電的頻率取決于零磁通檢測(cè)系統(tǒng)的工作頻率。對(duì)于高頻交流電來說，為了獲得一個(gè)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)特性，以免電流的快速變化，就必須采用第三個(gè)磁芯，該磁芯被補(bǔ)償線圈繞制，作為一個(gè)電流轉(zhuǎn)換器。6.電源供應(yīng)器傳感器的電壓是通過一個(gè)回饋的直流轉(zhuǎn)化器提供。通過這種方法，兩個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓來源于一個(gè)10V到30V的輸入電壓。第十七頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三[1]Ziegler,S.;Woodward,R.C.;Iu,H.H.-C.;Borle,L.J.;,"CurrentSensingTechniques:AReview,"SensorsJournal,IEEE,vol.9,no.4,pp.354-376,April2009[2]PavelRipka.Electriccurrentsensors:areview[J].MeasurementScienceandTechnology[J].21(2010)112001(23pp)1-23.[3]M.Roman,G.Velasco,A.Conesa,andF.Jerez,“LowconsumptionfluxgatetransducerforACandDChigh-currentmeasurement,”inProc.39thIEEEPowerElectron.SpecialistsConf.,PESC’08,Rhodes,GREECE,2008,PP.535-560[4]劉詩斌,段哲民,嚴(yán)家明.電流輸出型磁通門傳感器的靈敏度.儀表技術(shù)與傳感器.2002.[5]何俊彥,陶龍旭,張懷武，鐘智勇.GMI電流傳感器的研究進(jìn)展.技術(shù)與應(yīng)用.2011,12.[6]Favre,Eric,etal.CurrentSensinginElectricDrivesAFutureandHistoryBasedonMultipleInnovations.Switzerland.2009.[7]Kudo,T.;Tsuji,N.;Asada,T.;Sugiyama,S.;Wakui,S.;,"DevelopmentofaSmallandWide-RangeThree-PhaseCurrentSensorUsinganMIElement,"Magnetics,IEEETransactionson,vol.42,no.10,pp.3362-3364,Oct.2006doi:10.1109/TMAG.2006.879641參考文獻(xiàn)第十八頁，共二十一頁，編輯于2023年，星期三[8]M.J.Caruso,T.Bratland,C.H.Smith,R.Schneider,“ANewPerspectiveonMagneticFieldSensing”,SensorsExpoProceedings,October1998,195-213.[9]Ripka,P.;Kubik,J.;Duffy,M.;Hurley,W.G.;O'Reilly,S.;,"CurrentsensorinPCBtechnology,"Sensors,2002.ProceedingsofIEEE,vol.2,no.,pp.779-784vol.2,2002[10]P.RipkaReviewoffluxgatesensorsSens.ActuatorsA,33(1992),pp.129–141[11]P.Ripka,F.Primdahl,Tunedcurrent-outputfluxgate,Sens.ActuatorsA82(2000)160–165.[12]P.Ripka,W.Billingsley,Fluxgate:tunedversusuntunedoutput,IEEETrans.Magn.34(1998)1303–1305.[13]Ripka,P.CurrentSensorsusingmagneticma