磁通門傳感器測大電流

1、關(guān)于磁通門傳感器測大電流第一張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1）電阻歐姆定律(Ohms law of resistance)2）法拉第電磁感應(yīng)(Faeadays law of induction)3）磁場傳感器(Magnetic field sensors) 4）法拉第效應(yīng)(Faraday effect)電流傳感技術(shù)的基本原理第二張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月接觸式電流測量A.分流電阻傳感(Shunt resistor):基于測量電流在分流電阻上產(chǎn)生的電壓。該方法簡單，適合精確測量直流和交流。缺陷是：功率和測量電路的隔離，以及在測大電流時(shí)功耗較大。 1）高性能同軸分流(H

2、igh-performance coaxial shunt); 2）低耗表面粘著元件(Low-cost surface-mounted-device)B.追蹤電阻傳感(Trace resistance sensing):PCB copper shunt resistor基于電阻歐姆定律的電流傳感技術(shù)第三張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月A.羅氏線圈(Rogowski coil):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。所測電流正比于該電壓的一個(gè)積分值。B.電流轉(zhuǎn)換感(Current transformer):僅僅使用

3、于交流電的測量，該方法簡單，穩(wěn)定性好。它含有一個(gè)環(huán)狀鐵心，次級線圈纏繞在鐵心上，流經(jīng)導(dǎo)體的電流的測量實(shí)際上就變成了測量初級線圈上電流。基于法拉第電磁感應(yīng)定律的電流傳感技術(shù)第四張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月A.霍爾效應(yīng)傳感器(Hall-effect sensors):電流垂直于外磁場通過導(dǎo)體時(shí)，在導(dǎo)體的垂直于磁場和電流方向的兩個(gè)端面之間會(huì)出現(xiàn)電勢差，這一現(xiàn)象便是霍爾效應(yīng)。該方法可以測量直流和交流，頻率高達(dá)100kHz，較高的精度和很好的隔離。B.磁通門傳感器(Fluxgate sensors)(后面詳述)C.磁阻效應(yīng)傳感(MR) 1).Anisotropic magneto resi

4、stance(AMR) 2).Giant magneto resisitance(GMR) 基于磁場傳感器的電流傳感技術(shù)第五張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月以上部分常見電流傳感檢測方法的比較第六張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月光纖技術(shù)(fiber-optical techniques):新興的技術(shù)，較傳統(tǒng)技術(shù)價(jià)格 較高A.偏光檢測方法(Polarmeter detection method):直接利用法拉第效應(yīng)檢測電流。B.干涉儀檢測方法(Interferometer detection method)基于法拉第效應(yīng)的電流傳感技術(shù)第七張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6

5、月不同電流傳感技術(shù)檢測電流的性能比較第八張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月磁通門傳感器測電流的原理最基本磁通門原理：采用磁場強(qiáng)度H與磁感應(yīng)強(qiáng)度B之間的非線 性關(guān)系磁通門傳感器測電流的常見設(shè)計(jì)方法第九張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月常見設(shè)計(jì)方法的比較a)標(biāo)準(zhǔn)磁通門：初始電流產(chǎn)生的磁場通過磁芯得到集中，在閉環(huán)結(jié)構(gòu)中，次級線圈是用來補(bǔ)償集中的磁場。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，檢測頻率帶寬有限第十張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月c)磁通門+電流轉(zhuǎn)換器：提高了

6、檢測頻率的帶寬。磁通門負(fù)責(zé)提供低頻信號，電流轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)高頻信號。d)采用第三個(gè)磁芯：抵消第一個(gè)磁通門在初級導(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。第十一張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月 磁通門傳感器測電流：基于檢測磁電路的飽和狀態(tài)。 磁芯用高磁導(dǎo)率材料制成，專注于被測的磁場。 用一個(gè)信號激發(fā)磁性材料，外部磁場引起磁性材料對稱飽和。這種對稱隨外磁場的消失而消失。附加線圈的電流引起了一個(gè)補(bǔ)償磁場，該磁場恢復(fù)了磁滯循環(huán)的對稱。所加電流補(bǔ)償了被測電流所產(chǎn)生的磁場，它的電壓值與這個(gè)電流成正比。第十二張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月在磁

7、電路中，為了檢測一個(gè)等于零磁通的磁場，必須通過必要的電流激勵(lì)次級線圈，傳感器在零磁通的環(huán)境下，電流通過次級線圈得到加強(qiáng)，證實(shí)與被測的初級電流成正比。Ip=NsIs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，對于傳感器磁路的檢測就是基于該感應(yīng)器電感值的變化。第十三張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月磁通門傳感器設(shè)計(jì)框圖第十四張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1.信號發(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。在振蕩電路檢測這些磁性元件,并且這些元件的電特性將影響方波信號電路的振蕩頻率。對于傳感

8、器的設(shè)計(jì)，這些頻率的范圍在300赫茲左右。2.輔助電流的對稱檢測 沒有初級電流,激勵(lì)電流的平均值為零.初級電流存在影響不為零的平均值的輸出，并且信號依賴于這個(gè)電流的敏感性。對于次級電流值得自動(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)頻率檢測器和一個(gè)模擬開關(guān)。頻率檢測器是為了檢測激勵(lì)電流，模擬開關(guān)受頻率檢測器的控制。 對上設(shè)計(jì)圖詳細(xì)分析第十五張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月3.指示器的有效檢測 低頻檢測電流的輸出與有效檢測的指示器相連。在它檢測的初級激勵(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

9、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)次級線圈的補(bǔ)償電流。一個(gè)D級放大器被用來執(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。第十六張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月5.高頻電流的測量 所測量的最大交流電的頻率取決于零磁通檢測系統(tǒng)的工作頻率。對于高頻交流電來說，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

10、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。第十七張，PPT共二十一頁，創(chuàng)作于2022年6月1Ziegler, S.; Woodward, R.C.; Iu, H.H.-C.; Borle, L.J.; , Current Sensing Techniques: A Review, Sensors Journal, IEEE , vol.9, no.4, pp.354-376, April 20092Pavel Ripka.Electric curren

11、t sensors:a reviewJ. Measurement Science and TechnologyJ. 21(2010) 112001 (23pp)1-23.3M.Roman,G.Velasco,A.Conesa,and F.Jerez,“Low consumption fluxgate transducer for AC and DC high-current measurement, ”in Proc.39th IEEE Power Electron.Specialists Conf.,PESC08, Rhodes,GREECE,2008,PP.535-5604劉詩斌,段哲民,

12、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. 6Favre, Eric, et al. Current Sensing in Electric Drives A Future and History Based on Multiple Innovations. Switzerland. 2009. 7Kudo, T.; Tsuji, N.; Asada, T.; Sugiyama, S.; Wakui, S.; , Development of a Small and Wide-

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14、ngs, October 1998, 195-21 3.9Ripka, P.; Kubik, J.; Duffy, M.; Hurley, W.G.; OReilly, S.; , Current sensor in PCB technology, Sensors, 2002. Proceedings of IEEE , vol.2, no., pp. 779- 784 vol.2, 200210P. Ripka Review of fluxgate sensors Sens. Actuators A, 33 (1992), pp. 12914111P. Ripka, F. Primdahl, Tuned current-output fluxgate, Sens. Actuators A82 (2000) 160165.12P. Ripka, W. Billingsley, Fluxgate: tuned versus untuned output,IEEE Trans. Magn. 34 (1998) 13031305. 13Ripka, P. Current Sensors using magnet