一种磁通门电流传感器的确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种磁通门电流传感器的确定方法及系统，涉及传感器设计技术领域，方法包括：获取多组给定的第一磁芯参量；一组第一磁芯参量对应一个磁通门电流传感器；根据每组第一磁芯参量确定一个磁化曲线，得到多个磁化曲线；根据每个磁化曲线和初始电路拓扑构建传变特性模型，得到多个传变特性模型；对每个传变特性模型，计算线性度和探头外径；利用预设约束条件和多目标遗传算法，对所有线性度和探头外径进行优化，得到最优传变特性模型；将最优传变特性模型对应的第一磁芯参量、第一传感参量、第二传感参量赋给初始电路拓扑，得到最优拓扑电路；最优拓扑电路用于构建目标磁通门电流传感器。本发明专利技术在减小探头体积的同时提高了测量的精度。了测量的精度。了测量的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种磁通门电流传感器的确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及传感器设计
，特别是涉及一种磁通门电流传感器的确定方法及系统。

技术介绍

[0002]塑壳断路器是工业配电系统中重要的低压断路器，是低压电器族群产品的重要类别之一。随着光伏发电行业与直流供配电系统的迅猛发展，直流塑壳断路器得到了广泛的应用。智能直流塑壳断路器要求具备功能多样化、体积小型化、结构装配紧凑化以及零配件模块化等性能。直流电流传感器是实现智能直流塑壳断路器电流测量与电能计费的重要设备，直流电流传感器通过模块化与集成化设计，将传感探头于塑壳断路器内部铜排上。智能直流塑壳断路器要求直流电流传感器在体积满足塑壳断路器内部空间约束且量程高于1.2倍断路器额定电流的前提下，精度达到0.2％或0.5％。
[0003]直流电流产生恒定磁场，故其不可直接利用法拉第电磁感应定律进行测量。目前，市面上常见的直流电流传感装置有霍尔式、巨磁阻式、磁光式以及磁通门式。其中，霍尔电流传感器精度受限于霍尔芯片线性度，且温漂较大，可靠性较差，不适用于电能测量；巨磁阻电流传感器易受温度与外磁场干扰，精度难以做到1％以下；磁光式电流传感器多用于中高压电网、冶金等场合，产品体积较大且价格昂贵，不利于集成化设计与大批量应用；磁通门电流传感器具有高分辨率、高灵敏度、高精确度以及低温漂等优点，适用于智能直流塑壳断路器集成化电流测量。近年来磁通门电流传感器衍生出一种新型的自激振荡磁通门电流传感装置，电路更简洁，制板更小。自激振荡磁通门利用铁芯线圈本身的磁化曲线非线性、运算放大器以及其他基础电子元件搭建RL桥式多谐振荡器，以此测量直流电流。当待测直流为0A时，运放输出占空比50％的激磁电压波形，在激磁绕组内部产生对称的平均电流为0A的激磁电流波形；待测直流不为0A时，激磁电压占空比不为50％，激磁电流不再对称，平均值不为0A。现有磁通门传感器多用于计量校准，其精度较高但体积过大，在塑壳断路器应用中无法满足集成化要求。
[0004]在智能直流塑壳断路器有限的空间内，如何在量程大于1.2倍断路器额定电流且探头体积满足空间约束的前提下，提高磁通门传感器的测量精度，是实现智能塑壳断路器的集成化电流测量需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种磁通门电流传感器的确定方法及系统，在减小探头体积的同时提高了测量的精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种磁通门电流传感器的确定方法，所述方法包括：
[0008]获取多组给定的第一磁芯参量；一组所述第一磁芯参量对应一个磁通门电流传感器；所述第一磁芯参量包括磁芯的磁场强度和磁感应强度；所述磁芯为所述磁通门电流传
感器中的磁芯；
[0009]根据每组所述第一磁芯参量确定一个磁化曲线，得到多个磁化曲线；所述磁化曲线为非线性磁滞反正切拟合磁化曲线；
[0010]根据每个所述磁化曲线和初始电路拓扑构建传变特性模型，得到多个传变特性模型；所述初始电路拓扑为开环的自激振荡磁通门传感电路拓扑；
[0011]对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第一传感参量计算所述传变特性模型的线性度；所述第一传感参量包括所述磁通门电流传感器的量程和匝数比；所述匝数比为所述磁通门电流传感器的待测直流电流绕组匝数与激磁电流绕组匝数之比；
[0012]对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第二传感参量计算每个所述传变特性模型的探头外径；所述第二传感参量包括所述磁芯的第二磁芯参量和所述磁通门电流传感器的激磁电流绕组线圈的直径，所述第二磁芯参量包括磁芯的外径和磁芯的内径；
[0013]利用预设约束条件和多目标遗传算法，对所有传变特性模型的线性度和探头外径进行优化，得到最优传变特性模型；所述最优传变特性模型为所有传变特性模型中线性度和探头外径均为最小时的传变特性模型；所述预设约束条件根据目标磁通门电流传感器所在的断路器的参数设置，所述参数包括：额定工作电流、铜排穿心直径和铜排间距；
[0014]将所述最优传变特性模型对应的第一磁芯参量、第一传感参量、第二传感参量赋给所述初始电路拓扑，得到最优拓扑电路；所述最优拓扑电路用于构建目标磁通门电流传感器。
[0015]可选地，所述磁化曲线的数学表达式为：
[0016][0017]其中，B表示磁芯的磁感应强度，H表示磁芯的磁场强度，a和b是简化参数，a＝2B
s
/π，b＝πμ0μ
m
/2B
s
，μ0表示磁芯的真空磁导率，μ
m
表示磁芯的最大磁导率，H
c
表示磁芯的矫顽力，t表示时间，T
P
表示磁化曲线中电流上升时间，T
N
表示磁化曲线中电流下降时间。
[0018]可选地，所述根据每个所述磁化曲线和初始电路拓扑构建传变特性模型，得到多个传变特性模型，具体包括：
[0019]根据所述磁芯的矫顽力、激磁电流绕组匝数、所述匝数比、磁化曲线中电流上升时间、磁化曲线中电流下降时间、激磁电流的最大值、激磁电流的幅值、激磁电压的幅值和待测直流电流，得到激磁电压函数；
[0020]根据所述激磁电压函数和给定的第一拓扑参数构建传变特性模型；所述第一拓扑参数包括所述初始电路拓扑中的激磁电流的取样电阻和激磁绕组的自身电阻。
[0021]可选地，所述对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第一传感参量计算所述传变特性模型的线性度，具体包括：
[0022]获取所述第一传感参量；
[0023]将量程内的连续待测直流电流值离散为多个离散电流值；
[0024]将每个离散电流值输入至所述传变特性模型中，得到每个离散电流值对应的激磁电流值；
[0025]根据所有离散电流值和所有激磁电流值进行拟合，得到期望曲线的斜率和截距；
[0026]根据所述量程的最大值、所述离散电流值、所述激磁电流值、所述斜率和截距，计
算所述传变特性模型的线性度。
[0027]可选地，所述对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第二传感参量计算每个所述传变特性模型的探头外径，具体包括：
[0028]获取第二传感参量；
[0029]根据所述第二传感参量计算当前绕制匝数所在层的绕组参数；所述绕组参数包括：绕组外径和绕组内径；
[0030]根据所述当前绕制匝数所在层的绕组参数计算当前绕制匝数所在层的最大绕制匝数；
[0031]判断当前绕制匝数是否大于预设目标激磁绕组匝数，得到第一判断结果；
[0032]若所述第一判断结果为是，则绕制完成，将所述当前绕制匝数所在层的绕组外径确定为所述传变特性模型的探头外径；
[0033]若所述第一判断结果为否，则绕制未完成，判断匝数差是否大于所述当前绕制匝数所在层的最大绕制匝数，得到第二判断结果；所述匝数差为当前绕制匝数与当前绕制匝数所在层的上一层的绕制总匝数的差；
[0034]若所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁通门电流传感器的确定方法，其特征在于，所述方法包括：获取多组给定的第一磁芯参量；一组所述第一磁芯参量对应一个磁通门电流传感器；所述第一磁芯参量包括磁芯的磁场强度和磁感应强度；所述磁芯为所述磁通门电流传感器中的磁芯；根据每组所述第一磁芯参量确定一个磁化曲线，得到多个磁化曲线；所述磁化曲线为非线性磁滞反正切拟合磁化曲线；根据每个所述磁化曲线和初始电路拓扑构建传变特性模型，得到多个传变特性模型；所述初始电路拓扑为开环的自激振荡磁通门传感电路拓扑；对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第一传感参量计算所述传变特性模型的线性度；所述第一传感参量包括所述磁通门电流传感器的量程和匝数比；所述匝数比为所述磁通门电流传感器的待测直流电流绕组匝数与激磁电流绕组匝数之比；对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第二传感参量计算每个所述传变特性模型的探头外径；所述第二传感参量包括所述磁芯的第二磁芯参量和所述磁通门电流传感器的激磁电流绕组线圈的直径，所述第二磁芯参量包括磁芯的外径和磁芯的内径；利用预设约束条件和多目标遗传算法，对所有传变特性模型的线性度和探头外径进行优化，得到最优传变特性模型；所述最优传变特性模型为所有传变特性模型中线性度和探头外径均为最小时的传变特性模型；所述预设约束条件根据目标磁通门电流传感器所在的断路器的参数设置，所述参数包括：额定工作电流、铜排穿心直径和铜排间距；将所述最优传变特性模型对应的第一磁芯参量、第一传感参量、第二传感参量赋给所述初始电路拓扑，得到最优拓扑电路；所述最优拓扑电路用于构建目标磁通门电流传感器。2.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器的确定方法，其特征在于，所述磁化曲线的数学表达式为：其中，B表示磁芯的磁感应强度，H表示磁芯的磁场强度，a和b是简化参数，a＝2B
s
/π，b＝πμ0μ
m
/2B
s
，μ0表示磁芯的真空磁导率，μ
m
表示磁芯的最大磁导率，H
c
表示磁芯的矫顽力，t表示时间，T
P
表示磁化曲线中电流上升时间，T
N
表示磁化曲线中电流下降时间。3.根据权利要求2所述的磁通门电流传感器的确定方法，其特征在于，所述根据每个所述磁化曲线和初始电路拓扑构建传变特性模型，得到多个传变特性模型，具体包括：根据所述磁芯的矫顽力、激磁电流绕组匝数、所述匝数比、磁化曲线中电流上升时间、磁化曲线中电流下降时间、激磁电流的最大值、激磁电流的幅值、激磁电压的幅值和待测直流电流，得到激磁电压函数；根据所述激磁电压函数和给定的第一拓扑参数构建传变特性模型；所述第一拓扑参数包括所述初始电路拓扑中的激磁电流的取样电阻和激磁绕组的自身电阻。4.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器的确定方法，其特征在于，所述对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第一传感参量计算所述传变特性模型的线性度，具体包括：获取所述第一传感参量；将量程内的连续待测直流电流值离散为多个离散电流值；
将每个离散电流值输入至所述传变特性模型中，得到每个离散电流值对应的激磁电流值；根据所有离散电流值和所有激磁电流值进行拟合，得到期望曲线的斜率和截距；根据所述量程的最大值、所述离散电流值、所述激磁电流值、所述斜率和所述截距，计算所述传变特性模型的线性度。5.根据权利要求1所述的磁通门电流传感器的确定方法，其特征在于，所述对于任意一个所述传变特性模型，根据给定的第二传感参量计算每个所述传变特性模型的探头外径，具体包括：获取所述第二传感参量；根据所述第二传感参量计算当前绕制匝数所在层的绕组参数；所述绕组参数包括：绕组外径和绕组内径；根据所述当前绕制匝数所在层的绕组参数计算当前绕制匝数所在层的最大绕制匝数；判断当前绕制匝数是否大于预设目标激磁绕组匝数，得到第一判断结果；若所述第一判断结果为是，则绕制完成，将所述当前绕制匝数所在层的绕组外径确定为所述传变特性模型的探头外径；若所述第一判断结果为否，则绕制未完成，判断匝数差是否大于所述当前绕制匝数所在层的最大绕制匝数，得到第二判断结果；所述匝数差为当前绕制匝数与当前绕制匝数所在层的上一层的绕制总匝数的差；若所述第二判断结果为是，则当前绕制匝数所在层绕制完成，进行下一层绕制，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈威，郭镇镇，袁尧鑫，舒亮，吴自然，林振权，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：