[发明专利]一种基于隧穿磁阻的电流传感器及其参数确定方法

说明书

本发明涉及一种基于隧穿磁阻的电流传感器及其参数确定方法，属于电力系统电流测量技术领域，将电流传感器中的磁环和绕制在磁环上的阻尼线圈的组合抽象为变压器，构建等效电路图；根据所述等效电路图中各元件的电磁特性，建立所述电流传感器的频率响应和传感器参数之间的关系，所述的传感器参数包括阻尼线圈的匝数和电阻值；根据待测电流幅值及频率范围调整所述阻尼线圈的匝数和电阻值，使所述电流传感器的输出频率响应下降区间处于待测电流幅值及频率范围内，以解决现有电流传感器由于参数设置不合理导致的测量不准确、测试效果差的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于隧穿磁阻的电流传感器及其参数确定方法，属于电力系统电流测量技术领域。

背景技术

巨磁阻电流传感器具有宽量程的优点，但其测量范围主要集中在中小电流，相比电流互感器，巨磁阻电流传感器测量大电流的能力处于劣势，对电力系统中的大电流测量能力不足，传感器量程需要进一步提高。通过增大磁环气隙宽度、取消磁环、增大传感器与待测电流之间的距离等方法能够提高传感器量程，但同时也会导致传感器抵抗外界磁场干扰的能力降低，对与待测电流之间的相对位置敏感等问题。因此，提出了使用饶有阻尼线圈的开口磁环这一新型结构来扩大隧穿磁阻效应电流传感器的暂态量程。

例如，申请公布号为CN 106018939 A、发明名称为“一种基于隧穿磁阻的大量程暂态电流传感器”的中国专利申请，公开了采用开口磁环，以及设置在开口处的隧穿磁阻传感芯片对穿过开口磁环中心处的载流导线中的电流进行测量，同时，通过绕制在开口磁环上的阻尼线圈，形成与被测电流产生磁力线相交感应磁场。当高频冲击电流到来时，能够有效削弱气隙磁场，达到扩大量程的目的。

上述现有方案中，电流传感器的参数设置至关重要，如果没有上述电流传感器参数进行合理设置，可能会造成显著的误差，导致测量不准确，测试效果差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于隧穿磁阻的电流传感器及其参数确定方法，以解决现有电流传感器由于参数设置不合理导致的测量不准确、测试效果差的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：本发明提供了一种电流传感器性能优化方法，包括如下步骤：

1)将电流传感器中的磁环和绕制在磁环上的阻尼线圈的组合抽象为变压器，构建等效电路图；

2)根据所述等效电路图中各元件的电磁特性，建立所述电流传感器的频率响应和传感器参数之间的关系，所述的传感器参数包括阻尼线圈的匝数和电阻值；

3)根据待测电流幅值及频率范围调整所述阻尼线圈的匝数和电阻值，使所述电流传感器的输出频率响应下降区间处于待测电流幅值及频率范围内。

本发明考虑基于隧穿磁阻的电流传感器中反馈线圈参数的设置对传感器测量结果的影响，通过建立阻尼线圈磁环的等效电路，获得电流传感器的频率响应与反馈线圈匝数和电阻值的对应关系，从而根据待测电流频率范围调整所述阻尼线圈的匝数和电阻值，使得电流传感器的频率响应下降区间处于待测电流频率范围内，从而通过电流传感器的理论模型对参数进行合理设置，根据该参数设置下的电流传感器能够实现待测电流的精确测量。

进一步的，所述步骤2)中所述电流传感器的输出频率响应与传感器参数之间的关系为：

其中，V为电压输出频率响应，I₁为待测电流，R₂为阻尼线圈的电阻，L_σ2为二次侧漏电感，R_m2为励磁电阻，L_m2为励磁电感，K为无阻尼线圈时传感器的电流灵敏度，K_B为电流传感器磁场灵敏度，μ₀为空气磁导率，μ_r为磁环的磁导率，l₀为磁环开口气隙长度，l₁为磁环去除气隙长度后的有效磁路长度，ω为频率。