【摘要】：對(duì)一種現(xiàn)有的磁電層合大電流傳感器做了參數(shù)優(yōu)化和改進(jìn)。通過優(yōu)化磁路設(shè)計(jì)、合理設(shè)置直流偏磁和擴(kuò)大磁環(huán)氣隙等方式,解決了原有傳感器的測(cè)量波形失真問題,使其可以輸出與待測(cè)交流電流具有線性幅值關(guān)系、波形形狀一致的電壓信號(hào)。試驗(yàn)測(cè)試表明,在測(cè)量700 A以內(nèi)的待測(cè)電流時(shí),改進(jìn)后的電流傳感器具有4.5 m V/A的電流測(cè)量靈敏度,在頻率40~1 500 Hz范圍內(nèi)有平坦的輸出,并具有一定的抗干擾能力。
【圖文】：

。但該大電流傳感器仍存在一定的問題:雖然該傳感器的電壓輸出能夠在數(shù)值上體現(xiàn)出與待測(cè)電流幅值的線性關(guān)系，但其輸出電壓的波形出現(xiàn)了明顯的失真，未能真實(shí)反映待測(cè)電流的全部情況。本文對(duì)該結(jié)構(gòu)的大電流傳感器進(jìn)行了改進(jìn)性分析，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，嘗試解決其輸出波形失真的問題，，并力求將其電流測(cè)量范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。最后進(jìn)行了一系列的性能測(cè)試，得出了一些有意義的結(jié)果。1大電流傳感器的改進(jìn)性思路文獻(xiàn)［15］提出的大電流傳感器結(jié)構(gòu)由圓片形磁電層合材料及磁環(huán)、永磁體等配套材料組成。整個(gè)電流傳感器結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，磁電層合材料工作在T-T模式下［16］:在厚度方向的交流磁場(chǎng)下，磁致伸縮材料(M層)將產(chǎn)生徑向形變，通過力學(xué)連接傳遞到壓電材料(P層)，由此產(chǎn)生厚度方向的電位差。鐵氧體磁環(huán)用以鎖閉載流導(dǎo)線周圍的磁場(chǎng)，并將其加載于磁電層合材料之上。在磁環(huán)的20mm氣隙中，對(duì)稱地放置了兩層用于支撐和填充的硬質(zhì)紙片、一對(duì)用于提高磁電材料動(dòng)態(tài)磁致伸縮系數(shù)的鐵釹硼永磁體，最后將磁電層合材料放置于中間。圖1磁電層合電流傳感器整體結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1Thestructureschematicofthemagnetoelectriclaminatedhigh-currentsensor在磁環(huán)氣隙中的硬質(zhì)紙片－永磁體－磁電層合材料是一個(gè)整體的測(cè)量模塊，且可以從氣隙中取出。在測(cè)量電流時(shí)可以先讓載流導(dǎo)線從磁環(huán)氣隙中穿入，再將測(cè)量模塊置入氣隙。這樣，在使用該電流傳感器時(shí)無需改變待測(cè)線路的拓?fù)�，在不斷電的條件下隨時(shí)裝卸，便于裝置的安裝和維護(hù)。其他關(guān)于傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可參閱文獻(xiàn)［15］。試驗(yàn)證實(shí)，該大電流傳感器在測(cè)量500A(峰峰值)以內(nèi)的工頻電流時(shí)，其電壓輸出幅值與待測(cè)電流幅值之間具有線性關(guān)系，其電壓、電流比為0.0585V/A。但其輸出電壓波形

綺愫喜牧?是一個(gè)整體的測(cè)量模塊，且可以從氣隙中取出。在測(cè)量電流時(shí)可以先讓載流導(dǎo)線從磁環(huán)氣隙中穿入，再將測(cè)量模塊置入氣隙。這樣，在使用該電流傳感器時(shí)無需改變待測(cè)線路的拓?fù)�，在不斷電的條件下隨時(shí)裝卸，便于裝置的安裝和維護(hù)。其他關(guān)于傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)可參閱文獻(xiàn)［15］。試驗(yàn)證實(shí)，該大電流傳感器在測(cè)量500A(峰峰值)以內(nèi)的工頻電流時(shí)，其電壓輸出幅值與待測(cè)電流幅值之間具有線性關(guān)系，其電壓、電流比為0.0585V/A。但其輸出電壓波形存在明顯的失真現(xiàn)象。原傳感器在160A工頻交流電流下的電壓、電流波形如圖2所示，其中通道1為傳感器的電壓輸出波形，通道2為待測(cè)電流的波形(通道2的轉(zhuǎn)換比例為1000A/8V)。圖2原傳感器在160A工頻電流下的電壓、電流波形Fig.2Currentandvoltagewaveformsoftheoriginalsensorunder160A可以發(fā)現(xiàn)，原傳感器的輸出電壓波形存在上下不對(duì)稱的情況，通過計(jì)算可以得到其總諧波失真(THD)達(dá)到9.32%，而傳統(tǒng)電流互感器的THD僅為0.68%，這說明原傳感器在測(cè)量電流波形時(shí)存在較為嚴(yán)重的失真。出現(xiàn)這一情況，是因?yàn)樵谡�、�?fù)半波磁電層合材91

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