高動(dòng)態(tài)直流電流的巨磁阻傳感技術(shù)研究.pdf

1、伴隨智能電網(wǎng)的日趨成熟，直流用電負(fù)載越來(lái)越多，電力系統(tǒng)需要測(cè)量范圍更廣的電流測(cè)量技術(shù)。為了更好地監(jiān)測(cè)輸配電線路狀態(tài)，需要采集多個(gè)電力節(jié)點(diǎn)的信息，而目前由于輸配電線路廣、電流動(dòng)態(tài)范圍大，很多重要電力節(jié)點(diǎn)尚未實(shí)現(xiàn)電流監(jiān)測(cè)。同時(shí)，電動(dòng)汽車(chē)作為未來(lái)接入智能電網(wǎng)的重要負(fù)載，對(duì)其在快充和慢充模式下的直流電流實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)量，關(guān)系到電網(wǎng)和用戶的切身利益。基于此，本文以巨磁阻材料為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一款能夠?qū)崿F(xiàn)高動(dòng)態(tài)直流測(cè)量的新型電流傳感器。
　　首先，對(duì)比

2、了不同直流電流傳感器的原理和特點(diǎn)，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，其中，著重介紹了巨磁阻（Giant Magnetoresistance，GMR）電流傳感器的研究現(xiàn)狀。通過(guò)建立巨磁阻靜態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)分別對(duì)巨磁阻的靈敏度、磁滯、溫度以及敏感軸特性進(jìn)行了研究。測(cè)試顯示巨磁阻芯片由于本身的磁敏感屬性，存在磁滯、溫漂以及位置敏感等問(wèn)題。
　　針對(duì)巨磁阻芯片靈敏度低、線性度差的缺點(diǎn)，提出一種用巨磁阻芯片作磁探頭的開(kāi)環(huán)電流傳感器結(jié)構(gòu)。開(kāi)環(huán)GMR電流傳感器由巨

3、磁阻芯片、聚磁環(huán)和差分運(yùn)算放大器組成，該設(shè)計(jì)可以有效提高傳感器的靈敏度。在開(kāi)環(huán)GMR電流傳感器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還提出了一種閉環(huán)GMR電流傳感器設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)通過(guò)反饋電路產(chǎn)生補(bǔ)償磁場(chǎng)，提高了GMR電流傳感器的精度和動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍。
　　而后，通過(guò)有限元軟件仿真研究GMR電流傳感器的電磁關(guān)系，并驗(yàn)證閉環(huán)控制原理。同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)室搭建GMR電流傳感器測(cè)試平臺(tái)，測(cè)試不同結(jié)構(gòu)GMR電流傳感器的靜態(tài)特性。實(shí)驗(yàn)顯示，所設(shè)計(jì)的開(kāi)環(huán) GMR電流傳感器精度為

4、2.5％，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍100mA~7.65A；閉環(huán)GMR電流傳感器的精度可達(dá)0.77%，動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍為10mA~25A。需要注意的是，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中隨著反饋線圈匝數(shù)的增加，閉環(huán)GMR電流傳感器能夠測(cè)量的最大電流達(dá)430A以上。
　　最后，提出了一種基于雙曲正切函數(shù)的磁滯改進(jìn)模型，實(shí)驗(yàn)證明該磁滯改進(jìn)模型對(duì)于提高GMR電流傳感器的精度有很大幫助，這為后來(lái)GMR電流傳感器的集成開(kāi)發(fā)提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)，將GMR電流傳感器用于瞬變電磁的