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磁调制器原理及误差构成

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  • 发布时间:2017/7/20 16:35:07
  • 作者:czy_yinhe

  随着光伏发电、电动汽车等新兴产业的蓬勃发展和新能源技术应用的不断推广,光伏发电并网、电动汽车充电站、微电网等众多直流系统将会得到大量应用,而这些直流系统经常是高度非线性的,这给测试和计量工作带来了严重的挑战。为了解决这些系统直流测试中带来的新问题,有必要研制出更高稳定性、更高精度的电流传感器,基于磁调制原理的电流传感器就是磁调制器其中一种。

磁调制器原理

  在一个铁芯中同时绕制直流电流与交流电流,电流产生的磁场可以让铁芯交替进入饱和状态,由于铁芯材料的B-H曲线是对称非线性曲线,交流电流可以让铁芯的感应电压中产生激励的高次谐波,当铁芯中绕制的直流电流为零时,铁芯的感应电压中只存在奇次谐波;当直流电流不为零时,感应出的电压不只含有奇次谐波也含有偶次谐波。其中偶次谐波的幅值和相位与被测电流的大小和方向有关,因此可以用偶次谐波来表示被测电流。

磁调制器原理图

图1 磁调制器原理图

      We为激励绕组, Ws为信号绕组, WD为检测绕组,激励绕组根据信号源的不同还分为三角波恒流源、方波恒流源和正弦波恒流源,激励绕组要求We*Ie足够大,要大于Hs,以确保铁芯能够进入充分饱和状态。

铁芯的磁滞曲线

图2 铁芯的磁滞曲线

磁调制器的零误差

  磁调制器零误差包含零点漂移和零位偏置,零点漂移是磁通门的输出电压在一段时间内的误差情况,是误差对时间的函数;而零位偏置是磁通门在不同温度下输出的误差情况,是误差对温度变化的函数。对于磁调制器而言,当无信号输入时,其检测线圈也会有极小数值的输出,这就是我们所说的零位偏置。通过激励线圈的调节以及电位器的调节,可以减小这部分零位偏置。

01磁调制器固有的零误差

  磁调制器的固有零误差主要是由铁芯的磁滞损耗带来的,根据磁滞回线的形状可以看出,铁芯正向饱和与反向饱和的进程不是对称的,这是磁调制器固有零误差的主要来源。

02磁调制器外部的零误差

  磁调制器外部零误差主要是指由于电路或者外部环境干扰下造成的磁调制器的误差。具体分析而言,主要包括两部分:一是激励线圈中的源本身不可能是完美的奇谐函数,总会存在不对称的偶次谐波分量;二是外部环境总是存在弱小的杂散磁场,其也会产生偶次谐波分量。