合肥粒子加速器電流傳感器設計標準

由于高頻大功率電力電子設備應用的增加，這些設備中可能會產(chǎn)生交直流復合的復雜電流波形，包含直流、低頻交流和高達幾十千赫茲以上的高頻成分。高頻電力電子系統(tǒng)的實現(xiàn)依賴于整流、逆變、濾波等環(huán)節(jié)，逆變器的作用在系統(tǒng)中尤其重要。逆變器的拓撲結構有以下幾種形式：帶工頻變壓器的逆變器、帶高頻變壓器的逆變器和無變壓器的逆變器三種基本形式。將隔離變壓器置于逆變器和輸入電路之間，可實現(xiàn)前后級電路的電氣隔離，防止直流電流分量注入到后級電路中。但是這樣會造成變壓器本身損耗增大，效率明顯降低，而且由于變壓器的加入提高了系統(tǒng)整體成本，增大了電路體積。無變壓器型逆變器則由于其成本較帶變壓器型明顯降低，效率得到提高而越來越受到人們的很多關注。但是由于逆變器輸出的交流中可能含有直流成分制，因此這種情況下要求電流傳感器能夠測量較小的直流成分。由于逆變器中的功率開關管的高頻開關特性，濾波電感中的電流會在指定輸出電流頻率的基礎上波動，可能含有與基頻相比大很多的高頻紋波。因此，同時可以測量直流微小電流，低頻及高頻交流的電流傳感器的研究十分必要。在高速電力電子變換器、電機控制、電磁兼容性測試等領域，需要測量和監(jiān)控高頻電流。合肥粒子加速器電流傳感器設計標準

電流精密測量研究一直以來都是計量領域的重點研究方向之一。測量電流基本的原理是法拉第電磁感應原理，由此發(fā)展出電流互感器。而研究發(fā)現(xiàn)電流互感器正常工作時，需要勵磁電流對主鐵芯進行磁化，而鐵芯磁化曲線具有非線性特征，因此勵磁電流也表現(xiàn)出非線性特征。非線性勵磁電流為電流互感器誤差的根本原因。一開始基于電流互感器結構對交流精密測量提出改進措施的是南斯拉夫尼古拉特斯拉（Insititue Nikola Tesla）研究所，其結合指零儀提出交流比較儀結構，通過外加電流源對勵磁電流進行補償，使得一二次安匝平衡，然后完成電流互感器精度的提升，其研究成果用于電流互感器的計量性能測試。1950 年之后，加拿大學者 N.L.Kuster 等，通過對原有比較儀結 構參數(shù)進行優(yōu)化，研制出了比例精度高于0.1ppm 的交流比較儀。隨后1964 年，N.L.Kuster 和 W.J.M.Moore 在原有交流比較儀結構的基礎上，將其與傳統(tǒng)電磁式電流互 感器結構結合，提出了補償式電流比較儀概念，所研制的寬量程補償式交流比較儀在 5A 至1200A量程內(nèi)，比例精度達到 5ppm。合肥粒子加速器電流傳感器設計標準當電流傳感器工作時，激勵線圈中加載一固定頻率、固定波形的交變電流進行激勵使磁芯往復磁化達到飽和。

當一二次磁勢平衡時，環(huán)形鐵芯C1及C2磁勢平衡方程滿足：NPIP+NFIF=0（3－1）由式（3－1）可知，當系統(tǒng)達到平衡時，一次電流與反饋電流成比例，比例系數(shù)為NF/NP。即通過測量反饋繞組中的電流幅值大小即可對一次交直流電流幅值進行測量，反饋電流的相位與一次電流相位相反。實際新型交直流傳感器通過測量串接在反饋繞組中的終端測量電阻RM上的終端測量電壓信號VRM間接完成反饋電流測量，終端測量電壓信號VRM與一次電流IP滿足：I=IF=NNR（3－2）式（3－2）表明終端測量電壓信號VRM與一次電流IP成比例，其中負號表示兩者相位相反。同時根據(jù)式（3－2）可得新型交直流電流傳感器的靈敏度SD1為：dVRMNPRMD1dIPNF

電流傳感器在新能源汽車中的應用確實非常重要，它們幫助監(jiān)測和管理多個系統(tǒng)，以確保車輛的安全和高效運行。以下是關于電流傳感器在新能源汽車中應用的更多細節(jié)： 電池管理系統(tǒng)（BMS）：在新能源汽車中，電池的充電和放電過程都涉及到大電流的流動。電流傳感器可以測量并反饋這些電流的變化，幫助BMS更精確地控制電池的充放電過程。此外，通過監(jiān)測電流變化，BMS還可以判斷電池的健康狀態(tài)，預測電池的續(xù)航里程，并防止電池過充或過放。 電動機控制系統(tǒng)：在新能源汽車的電動機控制系統(tǒng)中，電流傳感器的主要作用是測量電動機的工作電流。這有助于控制系統(tǒng)根據(jù)實時電流變化調(diào)整電動機的運行狀態(tài)，實現(xiàn)更精確的速度和轉(zhuǎn)矩控制。此外，通過監(jiān)測電流變化，可以及時發(fā)現(xiàn)電動機的故障或過載情況，并采取相應的保護措施。磁通門電流傳感器還可以用于測量其他復雜的電流信號，例如在電子電路中，進行故障診斷和電路優(yōu)化。

近年來，隨著精密電子電路的發(fā)展，在微弱電流測量領域，自激振蕩磁通門技術得到了廣泛應用，不同于傳統(tǒng)磁調(diào)制器式磁通門傳感器，其電路結構簡單，不需外加激磁電源，供電部分直接取自電子電路。其靈敏度不受自激振蕩頻率限制，自身線性度可通過優(yōu)化鐵磁參數(shù)提高，然后結合傳統(tǒng)電流比較儀結構，成為本文交直流電流精密測量的新方案。無錫納吉伏公司基于高精度交直流電流測量方法的適應性及自激振蕩磁通門技術理論研究，提出新型交直流電流檢測方法，主要完成交直流電流的高精度測量方法研究及裝置研制，致力于解決一二次融合背景下交直流電流計量失準的問題，同時通過設計合適鐵磁參數(shù)及相關電路達到高精度交直流電流測量要求，為抗直流電流互感器及交直流電流傳感器的溯源提供一種新思路。磁場穩(wěn)定性：由于激勵磁場是持續(xù)振蕩的，它可以有效地抵消外部磁場的干擾，從而保證了測量的準確性。長沙車規(guī)級電流傳感器

這種復雜電流波形可能包含直流、低頻以及高頻交流。合肥粒子加速器電流傳感器設計標準

在t1≤t≤t2期間，電路初始條件iex(t1)仍滿足式（2－7），且此時鐵芯C1工作在線性區(qū)A，激磁電感為L，鐵芯C1回路電壓滿足：vex=VOH=Vout。此時回路電壓方程為：Vout=iex(t)*Rsum+L根據(jù)式(2－7)、(2－9)，可得t1≤t≤t2內(nèi)，激磁電流iex表達式為：t-t1iex(t)=IC(1-eτ1)-（Ith-βIp1)eτ2（2－9）（2－10）此階段激磁電感由l變?yōu)長，因此鐵芯C1回路放放電時間常數(shù)τ2滿足τ2=L/Rsum。在t2時刻，鐵芯C1激磁電流iex達到正向飽和閾值電流I+th1，其滿足I+th1=I+th+βIp1，可得t2時刻激磁電流終值iex(t2)滿足：合肥粒子加速器電流傳感器設計標準