基于巨磁阻的电力系统三相电流测量及其应用

在叙述了巨磁阻基本原理的基础上,提出了用巨磁阻传感器测量电力系统三相电流的原理和方法,解决了三相电流磁场相互干扰情况下三相电流的测量问题。     

基于巨磁阻效应的电流传感器密封式聚磁环设计

智能电网的建设离不开先进的传感和量测技术。相对于传统巨磁阻电流传感器聚磁环有开口的情况,文中提出了一种应用于巨磁阻电流传感器上的密封式聚磁环,包括对密封式聚磁环形状与构造、气隙开口大小与凹凸程度的设计,以及对密封式聚磁环所用的材料进行挑选。利用COMSOL Multiphysics对密封式聚磁环的模型进行仿真,对比分析了密封式聚磁环与传统式聚磁环之间的磁场饱和程度,气隙中心磁场均匀度的大小关系。仿真结果表明,密封式聚磁环的聚磁能力是传统开口式聚磁环的764倍,其结构能够使得巨磁阻传感器拥有更低的磁滞,灵敏度比传统开口结构磁环更好,从而可以为现场实时、精确、可靠的电流进行测量;小电流实验验证了密封式聚磁环在微弱磁场下的聚磁效果显著,0.2 A及其以下电流所产生的磁场经密封式聚磁环聚磁后作用于巨磁阻芯片上,密封后巨磁阻芯片输出的电压是密封前的5倍以上。     

基于巨磁阻效应的高压宽频大电流传感器及其抗干扰设计

智能电网的快速发展使其对高性能传感器的需求日益强烈。为此,针对电力系统应用需求设计了基于巨磁阻效应的宽频大电流传感装置,包括放大、滤波、退磁和供电等调理电路,并考虑智能电网中传感器高压、强干扰的应用场合,对装置进行了电磁屏蔽设计和印刷电路板抗干扰设计。计算结果表明该装置对工频磁场的屏蔽效能达到41.6 d B,抗干扰测试结果表明所设计传感器具备抵抗强电磁干扰能力,同时实验结果表明该装置对雷电流测量准确度93.9%。基于巨磁阻效应的宽频大电流传感装置有效实现了对直流到10 MHz带宽的大电流的准确测量,相对其他电流测量装置具有更高的灵敏度和电流测量范围,适应了智能电网的发展需求。     

巨磁阻传感器动态特性测量方法的研究

与传统的磁阻传感器相比,巨磁阻传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、体积小等优点。电力系统中交流大电流测量新方法的研究始终是热点问题。由于电流信号是由工频与高次谐波构成,对其监测需选择频域范围宽的传感器,具有良好动态特性的巨磁阻传感器符合这一要求。但目前没有可以准确评估其在高次谐波情况下动态特性的方法。提出一种测试方法,采用亥姆霍兹线圈产生标准高频磁场,用数据采集板卡收发信号,上位机编写程序实现传感器输出信号的自动采集与处理,首先对巨磁阻传感器进行了静态特性测试,在此基础上利用所设计的测试方法对不同频率的磁场进行了测试。在一定程度上实现了巨磁阻传感器动态特性的测量,为巨磁阻传感器动态特性的分析提供了一种新思路。     

光学电流传感层叠抗外磁干扰技术研究EI北大核心CSCD

直通光路型磁光式光学电流传感器(magneto-optical current sensor,MOCS)因具有体积小,测量准确度高等多种优点,在智能电网中有广阔应用前景。然而,由于无法构成闭合光路,外磁场干扰一直是制约直通光路型磁光式光学电流传感器实用化的重要因素。为解决此问题,该文提出光学电流传感层叠抗外磁干扰技术。首先通过定义非连续积分路径,积分张角等概念,推导出电流位于非连续闭合路径内外时对应的磁场积分表达式,进而建立适用于含任意数量磁光传感单元、按对称多边形方式布置的MOCS所受外磁干扰分析的数学模型,提出闭合路径中心偏转模型,并得出最佳中心偏转角。在此基础上提出一种新型的层叠式MOCS结构,基本抗御传感结构外任意位置电流给MOCS带来的磁场干扰。其次,提出通用的层叠式MOCS测量误差分析方法,从理论上证明层叠式MOCS满足工程需求及标准。分别建立层叠式MOCS数值仿真模型及COMSOL有限元仿真模型。仿真结果表明,在不同干扰条件下,层叠式MOCS的测量误差均低于0.2%,证明此结构能够有效降低存在外磁干扰时MOCS的测量误差。最后,设计并搭建相应的层叠式MOCS实验平台并进行相应实验。实验结果表明,新型层叠式MOCS在多种干扰情况下其测量误差均小于0.2%,证明了所提数学模型正确性及层叠式结构应用于提高MOCS抗外磁干扰能力时的有效性。     

基于LMS的环型TMR阵列传感器滤波算法设计

针对环型TMR传感器阵列测量电流时易受外界环境的干扰,提出一种磁阵列自适应测量方法。根据毕奥萨伐尔定律分析环型磁阵列的测量原理。提出了一种基于最小均方根(Least-Mean-Squares,LMS)方法,为磁阵列测得的磁场强度设计自适应滤波算法,即将某一段时间的传感器测量磁场作为输入,并过滤外界的杂散磁场信号,能够实现对外界磁场的自适应屏蔽。进行了数值仿真分析和搭建了实验平台,验证了所提方法的正确性及有效性。     

直流配电网隧道磁电阻传感器外磁场干扰模型及其抑制方法研究

隧道磁电阻传感器作为新一代磁传感器,具有温度特性好、灵敏度高等优点,在电能计量中得到大量研究和应用。外磁场干扰是影响磁传感器测量准确度的重要因素,文中针对直流配电网电流测量场景,建立了隧道磁电阻元件传感器阵列的外磁场干扰模型,继而基于自适应滤波(LMS)分析的算法,提出了磁传感器最优结构参数,并通过数值分析和有限元仿真验证了该模型的有效性。研究结果表明,当被测电流在±50 ~±300 A之间、阵列半径与母排间距比例为1:2.5时,外磁场影响最小,通过自适应滤波算法可将磁传感器测量误差降到1%以下。     

基于卡尔曼滤波的磁传感器阵列电流测量

单个磁传感器非接触式测量电流容易受到干扰磁场的影响,通过使用多个磁传感器组成的阵列进行非接触式电流测量可以排除干扰的影响.在建立多传感器阵列测量模型的基础上,提出基于卡尔曼滤波的非接触式多传感器电流测量,并介绍了状态值最优估计和最优稳态滤波算法.为了减少传感器个数,提高实用性,提出次优稳态滤波算法.在不同的干扰情况下,对该算法进行了仿真和实验.结果说明基于卡尔曼滤波的信号处理算法,不但可以降低环境影响带来的误差,而且减轻了多传感器非接触式电流测量的计算负担.     

线性双极巨磁阻传感器输出特性的测试研究

单极型巨磁阻传感器需加偏置磁场才能得到双极输出效果,增加了交流电子式电流互感器传感头的复杂程度和不稳定性。为此,测试分析一种线性双极巨磁阻传感器的输出特性,可为简化交流电子式电流互感器传感头的设计提供新的思路和实验依据。利用安捷伦交直流电源和自制的环形跑道磁体、样品架搭建了静态动态测试平台;通过计算机、Keithley2000万用表、Pt100温度传感器构成的数据采集系统,对巨磁阻的输出信号和温度信号进行实时采集和处理。数据分析结果表明,该线性双极巨磁阻传感器在不用加偏置磁场的情况下可以输出几乎对称的正、负电压,具有相近的静动态线性度和灵敏度,巨磁阻(GMR)输出的电压幅值在关心的谐波电流范围内几乎与频率无关。但饱和区间和零漂会受温度的影响,如果采取一定的补偿措施,可能会在高压电流检测中取代单极巨磁阻传感器而获得更广泛的应用。     

带线环行器、隔离器生产技术

(续上期) 4.1.2 磁路 导电需要电路,导磁需要磁路.磁路结构如何势必影响环行器、隔离器的微波性能,环行器、隔离器通常采用的磁路结构一般都为屏蔽性的.环行器的磁屏蔽有三个作用.第一,减小外部磁场对环行器的影响;第二,保护环行器周围的磁敏感元器件不受环行器磁场的影响;第三,提供一个低磁阻通道,提高环行器的磁路效率,减小漏磁.