无锡新能源电流传感器发展现状

无锡纳吉伏研制的新型交直流测量传感器包括电流检测、信号解调、误差控制、电流反馈等多个模块，可建立基于各模块的系统误差模型和误差传递函数，为各个模块参数优化设计及进一步减小系统稳态测量误差提供理论依据。首先对各模块进行数学建模，其中电流检测模块包含两个非线性环形铁芯，环形铁芯C1与C2始终工作在完全相反的激磁状态，而环形铁芯C1与C2材料参数一致，电路参数也保持一致，若从系统的观点将两个铁芯看做一个整体，当系统稳定时虽然单个铁芯的工作状态相反，但整体上看两者均工作在零磁通状态下，也就是说当系统达到稳态，此时虽然铁芯C1和C2分别都是非线性磁性元件，而整体上激磁磁通为0，整体可以看作工作在线性区的合成磁性元件C12。合成磁性元件的铁芯参数与原单个铁芯的磁性参数一致，即有效磁导率，磁饱和强度等参数相同，而几何参数中，合成铁芯C12截面面积为单个铁芯截面面积的2倍，有效磁路长度与单个铁芯有效磁路长度相同。同时，忽略磁滞损耗及涡流损耗，仍选取三折线模型对合成铁芯C12进行建模。通过对两个非线性环形铁芯的激磁过程分析并整体建模，可将非线性问题近似简化为线性问题，从而可以从线性系统的角度对系统模型进行分析。传统磁通门电流传感器常用偶次谐波检测法来检测被测电流值。无锡新能源电流传感器发展现状

传统的自激振荡磁通门电路测量直流是通过测量采样电阻上的电压信号进行信号 采集， 其中有用信号为采样电阻上电压信号的平均值， 实际电路在测量直流时通过低通 滤波器 LPF 即可完成平均值电压信号解调。然而当测量交直流信号时， 由于一次侧电流 中有交流信号， 其在激磁绕组上产生的感应电流信号势必会影响铁芯激磁过程， 此时铁 芯的激磁过程变得更为复杂， 非线性特征更为明显， 使激磁电流中产生大量高频的无用 谐波， 而低通滤波器 LPF 虽然结构简单， 成本低，但是其滤波效果有限， 导致高频谐波 滤波后仍有残留， 其伴随有用信号进入误差控制模块，将影响终测量结果的准确性。 因此，本文设计的新型交直流电流传感器，通过低通滤波器 LPF 配合高通滤波器 HPF  对取自采样电阻 RS1 上的电压信号进一步处理，有效滤除其中的无用高频谐波信号，以 提高零磁通交直流检测器测量精度。无锡新能源电流传感器发展现状在高速电力电子变换器、电机控制、电磁兼容性测试等领域，需要测量和监控高频电流。

分流器：分流器是一种电阻型电流传感器，它通过将待测电流分流一部分来测量电流。分流器具有测量范围广、精度高、响应时间快等优点，适用于测量直流和脉冲电流。但是，分流器不适用于测量交流电流和变频电流。 巨磁阻效应（GMR）和巨磁阻抗效应（GMI）：这些是新型的磁电阻效应，具有很高的灵敏度和线性度。它们通常用于测量微弱磁场和电流，如磁通门和电流传感器的应用。 隧道效应：隧道效应是一种物理现象，当电子通过绝缘层时，会以一定的概率穿透绝缘层并传导电流。隧道电流传感器利用这个效应来测量电流。它们具有很高的灵敏度和线性度，适用于低电压、小电流的测量。

磁通门传感器是一种根据电磁感应现象加以改造的变压器式的器件，只是它的变压器效应是用于对外界被测磁场进行调制。它的基本原理可以由法拉第电磁感应定律进行解释。磁通门传感器是采用某些高导磁率，低矫顽力的软磁材料（例如坡莫合金）作为磁芯，磁芯上缠绕有激励线圈和感应线圈。在激励线圈中通入交变电流，则在其产生的激励磁场的作用下，感应线圈中产生由外界环境磁场调制而成的感应电势。该电势包含了激励信号频率的各个偶次谐波分量，通过后续的各种传感器信号处理电路，利用谐波法对感应电势进行检测处理，使得该电势与外界被测磁场成正比。又因为磁通门传感器的磁芯只有工作在饱和状态下才能获得较大的信号，所以该传感器又称为磁饱和传感器。与磁通门相关的技术问世于20世纪30年代初期，首先在1931年，Thomas申请了关于磁通门的一项知识产权，接着，有关科学家们根据与磁现象相关的各种大量的实验，总结并提出磁通门技术的工作原理，且当时的实验精度达到了纳特（nT）级别。随后各国的科学家们对与磁通门相关的技术做了进一步的实验和探讨研究，从而证实了磁通门技术的实用性和可发展性，在随后的几十年里，利用该技术制造的各种仪器得到了不断的改进和完善。结合自激振荡磁通门技术和电流比较仪结构，研制出三铁芯三绕组的闭环零磁通交直流电流传感器。

G1为基于双铁芯结构的交直流零磁通检测器的传递函数，G2为PI比例积分放大电路的传递函数，G3为PA功率放大电路的传递函数，G4为电流反馈模块的传递函数，G5为感应纹波噪声传递函数，NF为负反馈环节传递函数。根据图3－3，由自动控制系统相关理论，可得反馈绕组中反馈电流IF与一次绕组中一次电流IP之间的传递函数为：IS(s)IP(s)NPG1G2G3G4+NPG4G51+NFG1G2G3G4（3－12）交直流零磁通检测器输入信号为一次绕组WP与反馈绕组WF在铁芯C1及C2中的磁势之差，终输出信号为合成电压信号VR12。根据上述关系，可推导交直流直流零磁通检测器的传递函数G1为：G1=SD==-（3－13）式（3－13）与自激振荡磁通门传感器灵敏度SD公式（2-48）一致。G2的传递函数常通过比例环节及积分环节的特征参数表示：(1)G2=-KPI|1+|（3－14）（jwτ1)温度变化和电气噪声可能是影响分流器精度的主要因素。无锡新能源电流传感器发展现状

将一次电流中的直流和交流分量分通道单独检测研制了四铁芯六绕组交直流电流比较仪。无锡新能源电流传感器发展现状

一阶低通滤波器及高通滤波器的截止频率f0为：f0=采样电阻Rs2后接高通滤波器用于获取高于50Hz的反向激磁电流中无用高频分量。将高通滤波器HPF滤波后信号V’Rs2与采样电阻Rs1上电压信号叠加后合成电压信号VR12完成信号解调，VR12中有用低频信号为直流分量及工频50Hz交流，故低通滤波器LPF截止频率应大于50Hz，通过参数设计，实际LPF的截止频率设计为59Hz。设计HPF的截止频率为59Hz，以完成对采样电阻Rs2上的激磁电压信号的采样并通过HPF取出其反向无用高频分量。无锡新能源电流传感器发展现状