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《华中科技大学》 2017年
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霍尔直流大电流传感器设计与研究

李玲龙  
【摘要】:直流大电流传感器是J-TEXT装置中电源控制系统的关键部件之一,承担着电源系统中电流监测的重担。J-TEXT装置复杂的电磁环境、电源系统的复杂走线布置,使得高精度、小体积、小重量的直流大电流传感器成为迫切需求。本文以基于霍尔效应的电流传感器为研究背景,对阵列式、开环式和闭环式霍尔电流传感器展开了研究,分析了临边导体对传感器测量精度的影响,确定了闭环式霍尔是J-TEXT装置电源系统中电流测量的最佳方案。完成了额定电流10kA的闭环式霍尔电流传感器的设计和研制,通过对磁芯以及相关电路的设计和分析,一定程度上降低了闭环霍尔传感器的体积和重量。本文首先简要介绍了直流大电流常用的测量方法,对比分析了各类直流传感器的特性,深入研究了基于霍尔效应的阵列式、开环式和闭环式三类传感器的基本原理,重点分析了临边导体(外界干扰)对传感器测量误差的影响,确立了以闭环式霍尔作为直流大电流测量的原理,并给出了10kA闭环霍尔电流传感器设计方案。方案设计中,运用有限元方法,分析了磁芯横截面以及气隙长度对霍尔元件放置区域磁场分布的影响,确定了磁芯的相关参数;研究了临边导体存在时反馈电流不均等的情况,确定了反馈电流的取值;通过理论计算给出了反馈线圈匝数、线径等设计参数;运用大功率功放LM3886设计了功率放大电路,并采用高精度、大功率BWL精密电阻作为取样电阻,实现电流的测量。在理论分析与设计的指导下,研制了10kA霍尔电流传感器,搭建了10kA等安匝测试平台,并结合平台对传感器的灵敏度、精度及尺寸进行了测试,测试结果表明研制的霍尔传感器精度达到了0.73%。相关研究成果可为大量程、小体积、轻重量霍尔传感器的设计和研制提供参考。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212;TM835.2

【参考文献】
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