基于磁通门原理的B型剩余电流传感器设计
发布时间：2022-08-02 21:54
剩余电流监测在各类用、配电系统是必不可少的一项安全措施,近些年来,随着开关器件的创新与发展,产生的剩余电流波形变得越来越复杂,并逐渐向高频化发展,给剩余电流检测技术带来了更大的挑战。传统的AC型剩余电流保护器只能对低频交流进行检测,而A型保护器能对低频交流及脉动直流进行检测,面对剩余电流高频化的趋势,两者已经不能满足电力系统保护要求,B型保护器应运而生。在非接触式微弱电流检测中,磁通门技术由于其高分辨率、高稳定性、检测频带宽等特点,逐渐成为一种主流方案。本文比较了众多电流检测方法及其原理,从中筛选出磁通门电流检测的技术方案,研究了磁通门电流检测原理,分析了电压激励、电流激励两种磁通门电流检测方法的的优点及缺点,结合设计需求,选取了电压激励型作为最终方案,建立了电压激励型磁通门电流传感器探头的模型,得到了剩余电流对传感器探头输出的影响。采用钴基非晶合金磁环VITROVAC 6025Z作为磁芯,设计了传感器探头结构,选取0到10V,频率为1.5kHz的方波作为激励。使用STM32F103RCT6作为控制器芯片,设计了为传感器探头提供激励信号、信号调理及检测硬件电路,编写了单片机软件程序对传...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.3 主要工作内容
1.4 本章小结
第2章 传感器探头分析与设计
2.1 电流传感器综述
2.1.1 电流互感器
2.1.2 罗氏线圈
2.1.3 霍尔电流传感器
2.1.4 磁通门电流传感器
2.2 探头激励信号确定
2.2.1 电流激励型
2.2.2 电压激励型
2.3 磁通门模型分析
2.4 磁通门结构设计
2.4.1 磁芯选取
2.4.2 绕组及激励信号确定
2.5 本章小结
第3章 传感器硬件电路设计
3.1 主要技术方案
3.1.1 纯模拟电路方案
3.1.2 嵌入式控制器方案
3.2 控制器系统搭建
3.2.1 控制器选型
3.2.2 STM32简介
3.2.3 时钟电路
3.2.4 复位电路
3.3 激励信号放大电路
3.4 参考电压放大电路
3.5 电流测量电路
3.6 本章小结
第4章 控制器软件程序设计
4.1 程序功能需求
4.2 控制策略
4.2.1 总流程
4.2.2 初始化流程
4.2.3 自检及自校正流程
4.2.4 工作循环流程
4.3 功能及参数设置
4.3.1 时钟配置
4.3.2 ADC及 DMA配置
4.3.3 DAC配置
4.3.4 PWM配置
4.4 判定算法
4.5 关键代码
4.5.1 获取标准波峰(谷)值
4.5.2 获取波峰(谷)差值数组
4.6 系统测试
4.7 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 后续工作展望
参考文献
附录A 剩余电流传感器PCB图
附录B 软件调试代码
作者在读期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]B型剩余电流保护器设计[J]. 曾峰,鲍光海. 电器与能效管理技术. 2019(18)
[2]基于磁通门的光伏电流汇流装置校准方法[J]. 朱亮,杨爱超,许继和,邝昊云,胡亮. 电测与仪表. 2019(19)
[3]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[4]电流传感器技术综述[J]. 和劭延,吴春会,田建君. 电气传动. 2018(01)
[5]强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响[J]. 唐志涛,卓浩泽,李金瑾,韦杏秋,龙东. 电源学报. 2019(05)
[6]基于STM32F4系列的串口DMA数据处理传输研究[J]. 魏琳,田波. 自动化应用. 2016(08)
[7]开启式高精度霍尔传感器设计[J]. 阳桂蓉,罗志强. 兵工自动化. 2016(01)
[8]机车车载漏电流数字传感器研究与应用[J]. 唐亚平,张敏三,袁开鸿. 传感器与微系统. 2014(12)
[9]以霍尔电流传感器提高开关电源的效率[J]. 林欣,王建民,余道杰. 电子设计工程. 2012(22)
[10]A型剩余电流保护器在低压配电系统中的应用[J]. 范迎青. 低压电器. 2012(04)
博士论文
[1]基于MEMS工艺的柔性基底磁通门传感器关键技术研究[D]. 杨尚林.西北工业大学 2016
[2]铁磁性块体非晶合金磁性和晶化行为的研究[D]. 谭晓华.上海大学 2007
硕士论文
[1]10kV配电网中性点接地方式自动选取及运行研究[D]. 杨俊伟.天津大学 2017
[2]非线性负载条件下漏电保护技术的研究[D]. 吕岩婷.河北工业大学 2016
[3]磁调制直流漏电流传感器信号处理电路设计[D]. 王隆伟.华中科技大学 2016
[4]基于Co基非晶带和DSP信号处理的数字磁通门传感器研究[D]. 孙磊.江苏大学 2015
[5]基于CPLD的环形磁通门式电子罗盘设计[D]. 高呈学.哈尔滨工程大学 2014
[6]基于CORTEX-M3的数字磁通门传感器的设计[D]. 刘卿.哈尔滨工程大学 2014
[7]复杂波形剩余电流综合保护器的设计与研究[D]. 张军伟.河北工业大学 2012
[8]环型球栅电磁式检测器的结构优化设计研究[D]. 吴麒麟.重庆大学 2012
[9]直流大电流计量标准装置的应用研究[D]. 陈广哲.华中科技大学 2011
[10]电流互感器铁心剩磁相关问题的研究[D]. 崔迎宾.山东大学 2011
本文编号：3669320
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究进展
1.3 主要工作内容
1.4 本章小结
第2章 传感器探头分析与设计
2.1 电流传感器综述
2.1.1 电流互感器
2.1.2 罗氏线圈
2.1.3 霍尔电流传感器
2.1.4 磁通门电流传感器
2.2 探头激励信号确定
2.2.1 电流激励型
2.2.2 电压激励型
2.3 磁通门模型分析
2.4 磁通门结构设计
2.4.1 磁芯选取
2.4.2 绕组及激励信号确定
2.5 本章小结
第3章 传感器硬件电路设计
3.1 主要技术方案
3.1.1 纯模拟电路方案
3.1.2 嵌入式控制器方案
3.2 控制器系统搭建
3.2.1 控制器选型
3.2.2 STM32简介
3.2.3 时钟电路
3.2.4 复位电路
3.3 激励信号放大电路
3.4 参考电压放大电路
3.5 电流测量电路
3.6 本章小结
第4章 控制器软件程序设计
4.1 程序功能需求
4.2 控制策略
4.2.1 总流程
4.2.2 初始化流程
4.2.3 自检及自校正流程
4.2.4 工作循环流程
4.3 功能及参数设置
4.3.1 时钟配置
4.3.2 ADC及 DMA配置
4.3.3 DAC配置
4.3.4 PWM配置
4.4 判定算法
4.5 关键代码
4.5.1 获取标准波峰(谷)值
4.5.2 获取波峰(谷)差值数组
4.6 系统测试
4.7 本章小结
第5章 总结与展望
5.1 工作总结
5.2 后续工作展望
参考文献
附录A 剩余电流传感器PCB图
附录B 软件调试代码
作者在读期间所取得的科研成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]B型剩余电流保护器设计[J]. 曾峰,鲍光海. 电器与能效管理技术. 2019(18)
[2]基于磁通门的光伏电流汇流装置校准方法[J]. 朱亮,杨爱超,许继和,邝昊云,胡亮. 电测与仪表. 2019(19)
[3]闭环霍尔电流传感器的硬件电路设计[J]. 武旭,王林森,居鹏. 传感器与微系统. 2018(11)
[4]电流传感器技术综述[J]. 和劭延,吴春会,田建君. 电气传动. 2018(01)
[5]强磁场对电子式互感器与传统式互感器计量性能的影响[J]. 唐志涛,卓浩泽,李金瑾,韦杏秋,龙东. 电源学报. 2019(05)
[6]基于STM32F4系列的串口DMA数据处理传输研究[J]. 魏琳,田波. 自动化应用. 2016(08)
[7]开启式高精度霍尔传感器设计[J]. 阳桂蓉,罗志强. 兵工自动化. 2016(01)
[8]机车车载漏电流数字传感器研究与应用[J]. 唐亚平,张敏三,袁开鸿. 传感器与微系统. 2014(12)
[9]以霍尔电流传感器提高开关电源的效率[J]. 林欣,王建民,余道杰. 电子设计工程. 2012(22)
[10]A型剩余电流保护器在低压配电系统中的应用[J]. 范迎青. 低压电器. 2012(04)
博士论文
[1]基于MEMS工艺的柔性基底磁通门传感器关键技术研究[D]. 杨尚林.西北工业大学 2016
[2]铁磁性块体非晶合金磁性和晶化行为的研究[D]. 谭晓华.上海大学 2007
硕士论文
[1]10kV配电网中性点接地方式自动选取及运行研究[D]. 杨俊伟.天津大学 2017
[2]非线性负载条件下漏电保护技术的研究[D]. 吕岩婷.河北工业大学 2016
[3]磁调制直流漏电流传感器信号处理电路设计[D]. 王隆伟.华中科技大学 2016
[4]基于Co基非晶带和DSP信号处理的数字磁通门传感器研究[D]. 孙磊.江苏大学 2015
[5]基于CPLD的环形磁通门式电子罗盘设计[D]. 高呈学.哈尔滨工程大学 2014
[6]基于CORTEX-M3的数字磁通门传感器的设计[D]. 刘卿.哈尔滨工程大学 2014
[7]复杂波形剩余电流综合保护器的设计与研究[D]. 张军伟.河北工业大学 2012
[8]环型球栅电磁式检测器的结构优化设计研究[D]. 吴麒麟.重庆大学 2012
[9]直流大电流计量标准装置的应用研究[D]. 陈广哲.华中科技大学 2011
[10]电流互感器铁心剩磁相关问题的研究[D]. 崔迎宾.山东大学 2011
本文编号：3669320
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