本文選題：直流大電流測量　切入點(diǎn)：自激振蕩磁通門　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：磁通門電流傳感器作為直流大電流精密測量與反饋元件廣泛用于新能源電動汽車、高鐵動車、智能電網(wǎng)、磁共振成像儀、精密直流大電流測量儀、精密直流大電流源等工業(yè)、醫(yī)療以及精密測試、測量等領(lǐng)域。但是,受國外核心技術(shù)壟斷,目前國內(nèi)大量使用的精密磁通門電流傳感器幾乎全部依賴進(jìn)口。近年來,自激振蕩磁通門技術(shù)以其電路結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度與激勵頻率和磁芯參數(shù)無關(guān)等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸引起關(guān)注,這為我們突破國外核心技術(shù)封鎖,研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型精密電流傳感器提供了一個契機(jī)。在上述背景下,本課題來源于國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)——“寬量限超高精密電流測量儀”(項(xiàng)目編號:2011YQ090004),致力于探索基于自激振蕩磁通門技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流大電流測量的新方案,基于新方案,研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新型電流傳感器,打破國外對精密磁通門電流傳感器的壟斷,提高國產(chǎn)儀器的自主創(chuàng)新能力和自我裝備水平。論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)在對現(xiàn)有平均電流模型進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上,提出了自激振蕩磁通門的占空比模型,即激磁電壓占空比與被測電流之間存在近似線性關(guān)系。分別基于磁化曲線的分段線性函數(shù)模型和反正切函數(shù)模型對其進(jìn)行了證明,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。在此基礎(chǔ)上,分析了平均電流模型與占空比模型的線性度和穩(wěn)定度的主要影響因素及提高措施,為自激振蕩磁通門作為閉環(huán)系統(tǒng)直流零磁通檢測器實(shí)現(xiàn)自身線性度和穩(wěn)定度的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要參考。提出的占空比模型為后文建立閉環(huán)系統(tǒng)感應(yīng)調(diào)制紋波的理論模型,從而研究磁積分器對感應(yīng)調(diào)制紋波的抑制原理奠定了理論基礎(chǔ)。(2)針對現(xiàn)有閉環(huán)測量方案由于未考慮自激振蕩磁通門自身線性度和穩(wěn)定度、缺乏系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論依據(jù)、未考慮調(diào)制紋波引入的測量誤差等導(dǎo)致測量精度難以提高的問題,提出了一種將自激振蕩磁通門技術(shù)與磁積分器技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成新型零磁通閉環(huán)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)直流大電流精密測量的新方案。分析了新方案的基本組成與工作原理,并通過仿真進(jìn)行了驗(yàn)證�；诖怕贩�,建立了安匝平衡控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)并推導(dǎo)出便于實(shí)際工程應(yīng)用的直流穩(wěn)態(tài)誤差模型,為提高測量精度,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)建立了理論依據(jù)。針對濾波解調(diào)電路引起的傳導(dǎo)調(diào)制紋波,采用了通過加入高通濾波器,同時降低激磁電流采樣電阻和激磁電流峰值的抑制方法,并驗(yàn)證了其有效性;針對變壓器效應(yīng)引起的感應(yīng)調(diào)制紋波,提出了使用經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)的磁積分器同時降低激磁電流頻率的抑制方法,并通過理論計(jì)算、電路仿真和對比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了證明。(3)基于以上研究成果,作為方案驗(yàn)證,研制了一種600A新型精密電流傳感器,并對其關(guān)鍵性能進(jìn)行了測試。結(jié)果表明:傳感器的測量精度達(dá)到1.3ppm,與現(xiàn)有類似方案達(dá)到的最高指標(biāo)0.2%相比提高了3個數(shù)量級;調(diào)制紋波降至0.12μA,與現(xiàn)有類似方案指標(biāo)10μA相比降低了83倍;與國外知名商用磁通門電流傳感器對比,關(guān)鍵性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至超過了國外同類產(chǎn)品水平。(4)針對現(xiàn)有測試用恒流源的長期穩(wěn)定性指標(biāo)不滿足要求導(dǎo)致新型精密電流傳感器額定電流下的長期比例穩(wěn)定性無法測試的問題,研制了一臺輸出電流為10A、穩(wěn)定度達(dá)到9.8×10-8/24h的高穩(wěn)定度恒流源,并基于等安匝法對本文研制的新型精密電流傳感器額定電流下的長期(24小時)比例穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。結(jié)果表明:傳感器額定電流600A下的長期比例穩(wěn)定性達(dá)到1.7×10-7/24h。為了實(shí)現(xiàn)測試用恒流源的高穩(wěn)定度,基于低頻等效電路模型建立了MOSFET壓控恒流源的嚴(yán)密電流方程,為關(guān)鍵部件選型建立了理論依據(jù);基于高頻等效電路模型分析了多MOSFET并聯(lián)導(dǎo)致恒流源自激振蕩的原因,并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò);在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于可調(diào)線性穩(wěn)壓源的調(diào)整管壓降控制方法,解決了恒流源調(diào)整管壓降波動導(dǎo)致輸出電流漂移的關(guān)鍵問題。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

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本文編號：1612695