發(fā)布時(shí)間：2018-03-14 20:02

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

【摘要】：磁通門(mén)電流傳感器作為直流大電流精密測(cè)量與反饋元件廣泛用于新能源電動(dòng)汽車(chē)、高鐵動(dòng)車(chē)、智能電網(wǎng)、磁共振成像儀、精密直流大電流測(cè)量?jī)x、精密直流大電流源等工業(yè)、醫(yī)療以及精密測(cè)試、測(cè)量等領(lǐng)域。但是,受?chē)?guó)外核心技術(shù)壟斷,目前國(guó)內(nèi)大量使用的精密磁通門(mén)電流傳感器幾乎全部依賴進(jìn)口。近年來(lái),自激振蕩磁通門(mén)技術(shù)以其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度與激勵(lì)頻率和磁芯參數(shù)無(wú)關(guān)等諸多優(yōu)點(diǎn)逐漸引起關(guān)注,這為我們突破國(guó)外核心技術(shù)封鎖,研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型精密電流傳感器提供了一個(gè)契機(jī)。在上述背景下,本課題來(lái)源于國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開(kāi)發(fā)專項(xiàng)——“寬量限超高精密電流測(cè)量?jī)x”(項(xiàng)目編號(hào):2011YQ090004),致力于探索基于自激振蕩磁通門(mén)技術(shù)實(shí)現(xiàn)直流大電流測(cè)量的新方案,基于新方案,研制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型電流傳感器,打破國(guó)外對(duì)精密磁通門(mén)電流傳感器的壟斷,提高國(guó)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?jī)?nèi)容如下:(1)在對(duì)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(mén)的占空比模型,即激磁電壓占空比與被測(cè)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(duì)其進(jìn)行了證明,并通過(guò)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(mén)作為閉環(huán)系統(tǒng)直流零磁通檢測(cè)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(duì)感應(yīng)調(diào)制紋波的抑制原理奠定了理論基礎(chǔ)。(2)針對(duì)現(xiàn)有閉環(huán)測(cè)量方案由于未考慮自激振蕩磁通門(mén)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(cè)量誤差等導(dǎo)致測(cè)量精度難以提高的問(wèn)題,提出了一種將自激振蕩磁通門(mén)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(cè)量的新方案。分析了新方案的基本組成與工作原理,并通過(guò)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(cè)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(duì)濾波解調(diào)電路引起的傳導(dǎo)調(diào)制紋波,采用了通過(guò)加入高通濾波器,同時(shí)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(duì)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(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的磁積分器同時(shí)降低激磁電流頻率的抑制方法,并通過(guò)理論計(jì)算、電路仿真和對(duì)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(duì)其關(guān)鍵性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明:傳感器的測(cè)量精度達(dá)到1.3ppm,與現(xiàn)有類(lèi)似方案達(dá)到的最高指標(biāo)0.2%相比提高了3個(gè)數(shù)量級(jí);調(diào)制紋波降至0.12μA,與現(xiàn)有類(lèi)似方案指標(biāo)10μA相比降低了83倍;與國(guó)外知名商用磁通門(mén)電流傳感器對(duì)比,關(guān)鍵性能指標(biāo)已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平。(4)針對(duì)現(xiàn)有測(cè)試用恒流源的長(zhǎng)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(zhǎng)期比例穩(wěn)定性無(wú)法測(cè)試的問(wèn)題,研制了一臺(tái)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(duì)本文研制的新型精密電流傳感器額定電流下的長(zhǎng)期(24小時(shí))比例穩(wěn)定性進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明:傳感器額定電流600A下的長(zhǎng)期比例穩(wěn)定性達(dá)到1.7×10-7/24h。為了實(shí)現(xiàn)測(cè)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(dòng)導(dǎo)致輸出電流漂移的關(guān)鍵問(wèn)題。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP212

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本文編號(hào)：1612695