高動態(tài)直流電流的巨磁阻傳感技術研究.pdf

1、伴隨智能電網(wǎng)的日趨成熟，直流用電負載越來越多，電力系統(tǒng)需要測量范圍更廣的電流測量技術。為了更好地監(jiān)測輸配電線路狀態(tài)，需要采集多個電力節(jié)點的信息，而目前由于輸配電線路廣、電流動態(tài)范圍大，很多重要電力節(jié)點尚未實現(xiàn)電流監(jiān)測。同時，電動汽車作為未來接入智能電網(wǎng)的重要負載，對其在快充和慢充模式下的直流電流實現(xiàn)精準測量，關系到電網(wǎng)和用戶的切身利益?；诖?，本文以巨磁阻材料為基礎設計了一款能夠實現(xiàn)高動態(tài)直流測量的新型電流傳感器。
　　首先，對比

2、了不同直流電流傳感器的原理和特點，對其優(yōu)缺點進行分析，其中，著重介紹了巨磁阻（Giant Magnetoresistance，GMR）電流傳感器的研究現(xiàn)狀。通過建立巨磁阻靜態(tài)實驗平臺分別對巨磁阻的靈敏度、磁滯、溫度以及敏感軸特性進行了研究。測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題。
　　針對巨磁阻芯片靈敏度低、線性度差的缺點，提出一種用巨磁阻芯片作磁探頭的開環(huán)電流傳感器結構。開環(huán)GMR電流傳感器由巨

3、磁阻芯片、聚磁環(huán)和差分運算放大器組成，該設計可以有效提高傳感器的靈敏度。在開環(huán)GMR電流傳感器結構的基礎上，還提出了一種閉環(huán)GMR電流傳感器設計，該設計通過反饋電路產生補償磁場，提高了GMR電流傳感器的精度和動態(tài)測量范圍。
　　而后，通過有限元軟件仿真研究GMR電流傳感器的電磁關系，并驗證閉環(huán)控制原理。同時，在實驗室搭建GMR電流傳感器測試平臺，測試不同結構GMR電流傳感器的靜態(tài)特性。實驗顯示，所設計的開環(huán) GMR電流傳感器精度為

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