铁心含气隙电子式电流传感器的研究

摘要

电流互感器是测量电力系统母线电流的重要设备之一。目前，我国采用的电流互感器主要是电磁式电流互感器。传统电磁式电流互感器绝缘结构复杂，且当电力系统短路时，短路电流产生的磁通使铁心饱和，二次侧输出电流将发生严重畸变，造成保护拒动使电力系统发生严重事故。为了克服传统电流互感器的这一缺点，新型电子式电流互感器的研制受到各国学者和工程技术人员的关注。
　　 本文提出了铁心含气隙电子式电流传感器的设计方案，将从以下两方面进行:传感器设计与硬件设计。首先简要介绍了常用电子互感器的分类及原理，综合空心式传感器与铁心式传感器的优缺点提出并设计了一种新型的传感器，即带有气隙的铁心式传感器，并设计了传感器的基本结构。
　　 其次，利用ANSYS软件对传感器在不同气隙大小与铁心厚度的情况下进行了三组仿真，分别为加载电流为短路电流最大值、加载电流为额定电流与加载电流为5％额定电流。通过对仿真数据结果进行对比分析，得出磁感应强度平均值与气隙大小、铁心厚度的关系。为了更直观的观察磁感应强度的变化规律，利用MATLAB编程绘制出曲线。
　　 本文设计的电流互感器的精度为0.2级，被测母线电流额定值为500A，测量范围为5％IN～120％IN，当母线发生短路时，电流互感器也可起到保护作用。本文主要对信号调理电路、分档测量电路、逻辑控制电路与光纤发射电路进行设计。并对逻辑控制器进行编程，实现对被测信号的采样、分档判断、曼彻斯特编码与信号传输。对硬件电路进行调试，验证了硬件电路的可行性。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 电子式互感器现状

1．3 本课题的主要任务

第2章 电子互感器原理及结构

2．1 电子式电流互感器分类

2．1．1 按供电形式分类

2．1．2 按传感头分类

2．2 带有气隙的电流互感器原理

2．3 高压侧调制电路设计与实现

2．4 本章小结

第3章 带有气隙的电流互感器传感器设计

3．1 带有气隙的传感器的设计要求

3．1．1 传感器结构尺寸设计

3．1．2 原理

3．2 ANSYS仿真

3．2．1 仿真方法

3．2．2 仿真过程

3．3 实验数据

3．4 电流互感器传感器公式推导

3．5 本章小结

第4章 电子式互感器硬件设计

4．1 数字化电路结构与原理

4．2 电路参数设计要求

4．2．1 信号调理电路的设计

4．2．2 分档电路的设计

4．2．3 采样电路的设计

4．2．4 逻辑控制电路的设计

4．2．5 电源的设计

4．2．6 光纤发射器的设计

4．3 逻辑控制电路程序的设计

4．4 硬件电路调试

4．5 本章小结

结论

参考文献

致谢