高压电源系统电流传感器的设计与研究

摘要

随着电力电子技术的迅猛发展，高压电源系统成为研究的重点，为了保证高压电源系统稳定可靠运行，需要对系统中重要支路的电流实时监测，并且要求传感器具有较高的性能。 本文提出了一种新型电流传感器，具有很好的温度稳定性、宽测量范围、与高精度等特性。本文通过仿真和实验设计了样机，并应用于高压静电除尘系统进行实验研究。具体工作如下： 1.新型电流传感器采用双磁芯探头，内环磁芯应用双向饱和磁通门原理测量直流或低频交流，外环磁芯应用互感器原理测量高频交流。本文在理论上完善了双向饱和原理的测量方法，并拓宽了该方法的测量范围与测量精度。 2.基于双向饱和原理的理论研究成果，提出了一种宽范围电流测量方法：该方法根据高压电源电流检测的应用和要求不同，检测电路中的采样设计也不同。对反应时间要求不高的应用场合，检测电路中采样时间统一推迟半个周期数据有效；对反应时间要求较高的应用场合，被测电流大于临界电流时检测电路初始半个周期采样的数据是有效的，而被测电流小于临界电流时初始半个周期采样的数据是无效的，检测电路通过增加预估采样电阻确定被测电流与临界电流的大小，检测电路根据被测电流的不同选取不同的初始采样时间。 较之传统测量方法，该方法避免了两种不同原理组合引入过多的激励电路和检测电路元件，检测相关量少，数据处理简单，传感器体积小。 3.对所提出的新型电流传感器进行了设计：通过对磁芯材料的选择及传感器的性能要求选定合适的磁芯型号，设计传感器探头结构；针对新型电流传感器的检测方法设计了激励电路和检测电路；研制了一种电流传感器样机，该传感器拓宽了电流的测量范围，提高了传感器的性能。 4.将所研制的新型电流传感器应用于高压电源系统中对负载电流和谐振电流进行检测，仿真电流波形与实验电流波形一致，能够满足高压电源系统电流的检测要求。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及发展趋势

1.3 本课题的主要研究内容

第二章 高压电源系统电流的特性分析与检测要求

2.1 高压电源系统的组成

2.2 高压电源系统电流特性分析

2.2.1 直流侧电流特性分析

2.2.2 谐振电流特性分析

2.2.3 负载电流特性分析

2.3 高压电源系统电流传感器的要求

2.4 本章小结

第三章 新型电流传感器原理及测量方法

3.1 磁通门传感器工作原理

3.2 双向饱和磁通门工作原理

3.3 新型电流传感器工作原理分析

3.4 本章小结

第四章 新型电流传感器的设计与分析

4.1 新型电流传感器结构设计与分析

4.2 新型电流传感器磁芯的设计

4.3 新型电流传感器激励电路的设计

4.4 新型电流传感器检测电路的设计

4.5 本章小结

第五章 新型电流传感器的仿真和实验分析

5.1 仿真验证与分析

5.1.1 磁芯特性仿真分析

5.1.2 电路仿真分析

5.2 实验验证分析

5.2.1 小电流实验分析

5.2.2 大电流实验分析

5.2.3 高频电流实验分析

5.3 高压电源系统电流检测分析

5.3.1 高压电源系统电流仿真分析

5.3.2 高压电源系统电流实验分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 后续工作

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢