磁通门传感器测大电流

1、关于磁通门传感器测大电流第一张，PPT共二十一页，创作于2022年6月1）电阻欧姆定律(Ohms law of resistance)2）法拉第电磁感应(Faeadays law of induction)3）磁场传感器(Magnetic field sensors) 4）法拉第效应(Faraday effect)电流传感技术的基本原理第二张，PPT共二十一页，创作于2022年6月接触式电流测量A.分流电阻传感(Shunt resistor):基于测量电流在分流电阻上产生的电压。该方法简单，适合精确测量直流和交流。缺陷是：功率和测量电路的隔离，以及在测大电流时功耗较大。 1）高性能同轴分流(H

2、igh-performance coaxial shunt); 2）低耗表面粘着元件(Low-cost surface-mounted-device)B.追踪电阻传感(Trace resistance sensing):PCB copper shunt resistor基于电阻欧姆定律的电流传感技术第三张，PPT共二十一页，创作于2022年6月A.罗氏线圈(Rogowski coil):线圈缠绕在非磁磁芯上,通过罗氏线圈的电流产生了一个电压,该电压与电流变化率以及线圈与导体之间的互感系数成正比。所测电流正比于该电压的一个积分值。B.电流转换感(Current transformer):仅仅使用

3、于交流电的测量，该方法简单，稳定性好。它含有一个环状铁心，次级线圈缠绕在铁心上，流经导体的电流的测量实际上就变成了测量初级线圈上电流。基于法拉第电磁感应定律的电流传感技术第四张，PPT共二十一页，创作于2022年6月A.霍尔效应传感器(Hall-effect sensors):电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。该方法可以测量直流和交流，频率高达100kHz，较高的精度和很好的隔离。B.磁通门传感器(Fluxgate sensors)(后面详述)C.磁阻效应传感(MR) 1).Anisotropic magneto resi

4、stance(AMR) 2).Giant magneto resisitance(GMR) 基于磁场传感器的电流传感技术第五张，PPT共二十一页，创作于2022年6月以上部分常见电流传感检测方法的比较第六张，PPT共二十一页，创作于2022年6月光纤技术(fiber-optical techniques):新兴的技术，较传统技术价格 较高A.偏光检测方法(Polarmeter detection method):直接利用法拉第效应检测电流。B.干涉仪检测方法(Interferometer detection method)基于法拉第效应的电流传感技术第七张，PPT共二十一页，创作于2022年6

5、月不同电流传感技术检测电流的性能比较第八张，PPT共二十一页，创作于2022年6月磁通门传感器测电流的原理最基本磁通门原理：采用磁场强度H与磁感应强度B之间的非线 性关系磁通门传感器测电流的常见设计方法第九张，PPT共二十一页，创作于2022年6月常见设计方法的比较a)标准磁通门：初始电流产生的磁场通过磁芯得到集中，在闭环结构中，次级线圈是用来补偿集中的磁场。优点：优越的灵敏度，温度稳定性，高精度。b)单一闭合环形磁芯结构：没有激励线圈，激磁线圈所产生的电流取决于初始电流的大小。特点：低消耗，热转换低，检测频率带宽有限第十张，PPT共二十一页，创作于2022年6月c)磁通门+电流转换器：提高了

6、检测频率的带宽。磁通门负责提供低频信号，电流转换器负责高频信号。d)采用第三个磁芯：抵消第一个磁通门在初级导体感应产生的电压噪音，激励线圈的电压随匝比倍增，当磁芯材料没有饱和时，仅仅只作为转换器。第十一张，PPT共二十一页，创作于2022年6月 磁通门传感器测电流：基于检测磁电路的饱和状态。 磁芯用高磁导率材料制成，专注于被测的磁场。 用一个信号激发磁性材料，外部磁场引起磁性材料对称饱和。这种对称随外磁场的消失而消失。附加线圈的电流引起了一个补偿磁场，该磁场恢复了磁滞循环的对称。所加电流补偿了被测电流所产生的磁场，它的电压值与这个电流成正比。第十二张，PPT共二十一页，创作于2022年6月在磁

7、电路中，为了检测一个等于零磁通的磁场，必须通过必要的电流激励次级线圈，传感器在零磁通的环境下，电流通过次级线圈得到加强，证实与被测的初级电流成正比。Ip=NsIs铁磁磁芯和辅助线圈形成了一个饱和感应器，在零磁通的情况下，对于传感器磁路的检测就是基于该感应器电感值的变化。第十三张，PPT共二十一页，创作于2022年6月磁通门传感器设计框图第十四张，PPT共二十一页，创作于2022年6月1.信号发生器是为了激励辅助线圈：基于有磁滞现象的比较电路。 当循环电流在主要的线圈激励超过峰值时,电路将改变它的输出的电压值。在振荡电路检测这些磁性元件,并且这些元件的电特性将影响方波信号电路的振荡频率。对于传感

8、器的设计，这些频率的范围在300赫兹左右。2.辅助电流的对称检测 没有初级电流,激励电流的平均值为零.初级电流存在影响不为零的平均值的输出，并且信号依赖于这个电流的敏感性。对于次级电流值得自动调节，采用了PI控制器，目的是为了确保初级电流激励线圈有零平均值。控制器包括一个三角的低频振荡器，一个频率检测器和一个模拟开关。频率检测器是为了检测激励电流，模拟开关受频率检测器的控制。 对上设计图详细分析第十五张，PPT共二十一页，创作于2022年6月3.指示器的有效检测 低频检测电流的输出与有效检测的指示器相连。在它检测的初级激励线圈是低频的时候，指示器才被激活。并且当系统在零磁通环境下工作时，影响将

9、产生。 一个LED和一个开关是输出元件，用来指示零磁通有效测量的环境。4.驱动形成补偿电流 电路是用来产生流经次级线圈的补偿电流。一个D级放大器被用来执行放大，这个放大器与线性放大器相比，呈现了高频的优点，但是增加了相同转化频率的泛音并放大化了，因此必须基于一个压力带宽调幅器，该调幅器产生了一个方形的电压，该电压的循环与IP控制的输出信号成比例。调幅器的方形波输出应用于补偿线圈，用一个半桥驱动电流。第十六张，PPT共二十一页，创作于2022年6月5.高频电流的测量 所测量的最大交流电的频率取决于零磁通检测系统的工作频率。对于高频交流电来说，为了获得一个稳定的动态特性，以免电流的快速变化，就必须

10、采用第三个磁芯，该磁芯被补偿线圈绕制，作为一个电流转换器。6.电源供应器 传感器的电压是通过一个回馈的直流转化器提供。通过这种方法，两个稳定的输出电压来源于一个10V到30V的输入电压。第十七张，PPT共二十一页，创作于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刘诗斌,段哲民,

12、严家明.电流输出型磁通门传感器的灵敏度.仪表技术与传感器.2002.5何俊彦,陶龙旭,张怀武，钟智勇.GMI电流传感器的研究进展.技术与应用.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-

13、Range Three-Phase Current Sensor Using an MI Element, Magnetics, IEEE Transactions on , vol.42, no.10, pp.3362-3364, Oct. 2006 doi: 10.1109/TMAG.2006.879641参考文献第十八张，PPT共二十一页，创作于2022年6月8M.J.Caruso, T.Bratland, C.H.Smith, R.Schneider,“A New Perspective on Magnetic Field Sensing”, Sensors Expo Proceedi

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