磁通门传感器测大电流.ppt

《磁通门传感器测大电流.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《磁通门传感器测大电流.ppt（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、磁通门传感器测大电流Flux-gate sensor for high-current measurement,杨 真微纳科学技术研究院,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,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。

2、1）高性能同轴分流(High-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,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):仅仅使用于交流电的测量，该方法

3、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,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 resistance(AMR)2).Giant magneto resis

4、itance(GMR),基于磁场传感器的电流传感技术,以上部分常见电流传感检测方法的比较,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,不同电流传感技术检测电流的性能比较,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,常见设计方法的比较,a)标准磁通门

5、：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,c)磁通门+电流转换器：提高了检测频率的带宽。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。,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

6、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。,在磁电路中，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。,磁通门传感器设计框图,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

7、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,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。

8、并且当系统在零磁通环境下工作时，影响将产生。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。,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，就必须采用第三个

9、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。,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 current sensors:a reviewJ.Measurement Science and T

10、echnologyJ.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,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.

11、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-Range Three-Phase Current Sensor Using an MI Element,Magnetics,IEEE Tr

12、ansactions on,参考文献,8M.J.Caruso,T.Bratland,C.H.Smith,R.Schneider,“A New Perspective on Magnetic Field Sensing”,Sensors Expo Proceedings,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.

13、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 magnetic materials.Teschnicka,Czech Republic.June 2004 14Ripka P 2004 Current sensors using magnetic materials J.Optoelectron.Adv.Mater.6 58792,参考文献,20,谢谢！,