一种振膜式电流传感器

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1、第//卷!第'期3AR(//!HA('%))!年&月%0日G*V(%0#%))!一种振膜式电流传感器徐启峰!福州大学电气工程与自动化学院#福建省福州市/0)$)'"摘要!介绍了一种全新思路的电流传感器"""振膜式电流传感器!+364#&+364的工作原理是基于永磁体的磁场力对电流的作用&实现方法是用一片置入电流线圈的薄膜$电流线圈分流了主导线电流$永磁体磁场力对电流的作用使薄膜振动!交流#或进动!直流#$其幅值是电流的线性函数&从低电位经光纤向高电位发射普通光束$经薄膜反射后再传回低电位$反射光的强度随薄膜的振动或进动发

2、生变化$通过测量光强的变化得到需要测量的电流&同时$传输光纤实现了高电位与低电位之间的电气隔离&+364高电位无源$既可以用于交流电流的测量$也可以用于直流电流的测量$不受电压等级的限制$能真实地反映谐波和故障暂态非周期分量&原理样机初步实现了)j0级测量准确度&关键词!电流传感器(电流互感器(振膜式中图分类号!4L11/(4L&0"!引言基于永磁体磁场力对电流!磁场"的作用$一片厚度只有几微米的薄膜#电流线圈印刷在薄膜上并分流目前电力系统中使用的电流互感器!或电流传导线电流$匀强永磁场!磁感应强度@"对电流$有感器#下

3、同"#是基于法拉第!+:V:D:W"电磁感应原理力的作用#这种力为磁场力或牛顿力$电流线圈与的电磁式电流互感器和磁旋光效应原理的光学式电薄膜合为一体#因此#永磁体磁场力将驱动载流薄膜流互感器!264"$这类电流互感器存在许多原理振动!交流电流"或进动!直流电流"$薄膜与电流线'$=&(性缺陷$利用^ASA9<5>线圈实现的电子式电圈的质量可以忽略不计#振动或进动的幅值大小是流互感器!X64"属于电磁式一类#因为它是基于测电流的线性函数$'0(量交变磁场的感应电动势$近年来#X64的实用化进展迅速$X64具有许多突出的优点

4、#如原理简单+易于实现+没有铁芯因而没有磁路饱和的问题等$但是#X64对高电位电子电路和驱动电源的可靠性有较高的要求$如果将传统电流互感器的工作原理称之为电*磁*电模式#264的工作原理称之为电*光*电模图>!$JI9的物理模型式#那么#本文提出的振膜式电流传感器!+364"可$%&'>!A4,6%-+;?130;1<$JI9以称之为电*振动*电模式$这一模式的优点是高电位无源#导线电流驱动薄膜振动#光强式微振动测$!$JI9的数学模型量系统将振动信号经光纤传递到低电位#高电位与电流磁场和匀强永磁场的相互作用就是永磁场低

5、电位之间实现了光隔离#可以用于交流测量#也可对电流的磁场力#也称牛顿力$在图%中#流过印刷以用于直流测量$对谐波和故障暂态都能如实反在薄膜上的电流线圈的电流$分流了很小一部分主映&尤其适合在超高压+特高压电力系统中使用$导线电流$#$A$#$为毫安级#当电流方向与$$B$%#!$JI9的物理模型永磁场@方向垂直时#磁场力C的大小与电流强度$+电流元长度#+磁感应强度@成正比$在以下表图$所示为+364的物理模型#其工作原理是达式中D#D#D#D#D和D为常数#那么)$%/&0"CA@#$AD$$!$"收稿日期%%))'=

6、$$=%1(修回日期%%))!=)%=)%&式!$"表明磁场力是电流$的线性函数$已申请国家发明专利!申请号%%))'$))$1)$"('#&*'$*%))!#//!'"!使薄膜在磁场力的驱动下做一维简谐振动#有)($,的测量准确度$CAD%:!%"式中):为薄膜的位移$由式!$"和!%"有):AD/$!/"式!/"表示薄膜的位移:是电流$的线性函数$图7!$JI9的原理$%&'7!A*%/-%.;01<$JI9图@!$JI9的原理样机用E表示反射光信号的强度#那么)$%&'@!A*1)1),.01<$JI9EAD&:!

7、&"利用原理样机成功地完成了原理验证#但没有将式!&"中的光强信号在低电位转换为电流信号$F#考虑屏蔽掉外部自然的或人为的振动干扰$在工业则有)样机中会设置%个电流薄膜#其中一个接入电流#另$FAD0E!0"一个不接入电流#永磁体对接入电流的薄膜有磁场$FAD"$!""力的作用#对不接入电流的薄膜没有磁场力的作用#式!""表明可实现对导线电流的线性测量$%个薄膜对外部振动干扰有相同的反应#%个探头分%!$JI9的实现别检测电流薄膜和非电流薄膜的振动#并在光电转换后的电信号中将外部干扰过滤掉$+364的原理样机如图/所示$

8、其中#光纤探头安装在高压端距离薄膜较近处#与薄膜的振动方+364的原理样机在室温条件下初步实现了向一致#并使薄膜静止时的位置处在光强特性曲线)(0级准确度交流测量#但需要分析和考虑环境温度变化对测量准确度的影响#主要是对高分子薄膜+直线部分的中点$普通光经发射光纤从低电位传送分流线路电阻和永磁体的影响$到高电位并发射