磁电层合大电流传感器的改进和性能分析

发布时间：2019-11-12 05:05

【摘要】：对一种现有的磁电层合大电流传感器做了参数优化和改进。通过优化磁路设计、合理设置直流偏磁和扩大磁环气隙等方式,解决了原有传感器的测量波形失真问题,使其可以输出与待测交流电流具有线性幅值关系、波形形状一致的电压信号。试验测试表明,在测量700 A以内的待测电流时,改进后的电流传感器具有4.5 m V/A的电流测量灵敏度,在频率40~1 500 Hz范围内有平坦的输出,并具有一定的抗干扰能力。
【图文】：

。但该大电流传感器仍存在一定的问题:虽然该传感器的电压输出能够在数值上体现出与待测电流幅值的线性关系，但其输出电压的波形出现了明显的失真，未能真实反映待测电流的全部情况。本文对该结构的大电流传感器进行了改进性分析，对其参数进行了优化，尝试解决其输出波形失真的问题，，并力求将其电流测量范围进一步扩大。最后进行了一系列的性能测试，得出了一些有意义的结果。1大电流传感器的改进性思路文献［15］提出的大电流传感器结构由圆片形磁电层合材料及磁环、永磁体等配套材料组成。整个电流传感器结构如图1所示。其中，磁电层合材料工作在T-T模式下［16］:在厚度方向的交流磁场下，磁致伸缩材料(M层)将产生径向形变，通过力学连接传递到压电材料(P层)，由此产生厚度方向的电位差。铁氧体磁环用以锁闭载流导线周围的磁场，并将其加载于磁电层合材料之上。在磁环的20mm气隙中，对称地放置了两层用于支撑和填充的硬质纸片、一对用于提高磁电材料动态磁致伸缩系数的铁钕硼永磁体，最后将磁电层合材料放置于中间。图1磁电层合电流传感器整体结构示意图Fig.1Thestructureschematicofthemagnetoelectriclaminatedhigh-currentsensor在磁环气隙中的硬质纸片－永磁体－磁电层合材料是一个整体的测量模块，且可以从气隙中取出。在测量电流时可以先让载流导线从磁环气隙中穿入，再将测量模块置入气隙。这样，在使用该电流传感器时无需改变待测线路的拓扑，在不断电的条件下随时装卸，便于装置的安装和维护。其他关于传感器的结构设计细节可参阅文献［15］。试验证实，该大电流传感器在测量500A(峰峰值)以内的工频电流时，其电压输出幅值与待测电流幅值之间具有线性关系，其电压、电流比为0.0585V/A。但其输出电压波形

绮愫喜牧?是一个整体的测量模块，且可以从气隙中取出。在测量电流时可以先让载流导线从磁环气隙中穿入，再将测量模块置入气隙。这样，在使用该电流传感器时无需改变待测线路的拓扑，在不断电的条件下随时装卸，便于装置的安装和维护。其他关于传感器的结构设计细节可参阅文献［15］。试验证实，该大电流传感器在测量500A(峰峰值)以内的工频电流时，其电压输出幅值与待测电流幅值之间具有线性关系，其电压、电流比为0.0585V/A。但其输出电压波形存在明显的失真现象。原传感器在160A工频交流电流下的电压、电流波形如图2所示，其中通道1为传感器的电压输出波形，通道2为待测电流的波形(通道2的转换比例为1000A/8V)。图2原传感器在160A工频电流下的电压、电流波形Fig.2Currentandvoltagewaveformsoftheoriginalsensorunder160A可以发现，原传感器的输出电压波形存在上下不对称的情况，通过计算可以得到其总谐波失真(THD)达到9.32%，而传统电流互感器的THD仅为0.68%，这说明原传感器在测量电流波形时存在较为严重的失真。出现这一情况，是因为在正、负半波磁电层合材91

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本文编号：2559607