FBG-GMM電流互感器磁路設(shè)計(jì)與動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、超磁致伸縮材料(giant magnetostrictive material，GMM)和光纖布拉格光柵(fiber Bragg grating，F(xiàn)BG)組合進(jìn)行電流互感研究是一種新的嘗試。本文應(yīng)用有限元方法，基于GMM的磁致伸縮特性設(shè)計(jì)了一個(gè)具有鐵磁回路的GMM-FBG電流互感系統(tǒng)。 在無(wú)偏磁情況下利用有限元方法對(duì)磁路系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，研究了磁路系統(tǒng)中GMM和鐵氧體的特征尺寸對(duì)磁路系統(tǒng)中磁場(chǎng)的影響，根據(jù)磁場(chǎng)的均勻性和大小確定其特征

2、尺寸。確定了激勵(lì)電流與GMM中磁場(chǎng)的數(shù)值關(guān)系。由于GMM工作的準(zhǔn)線性區(qū)限制了電流檢測(cè)的量程，為此在磁路系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)可調(diào)節(jié)的氣隙，確定了氣隙的大小和電流檢測(cè)量程的數(shù)值關(guān)系。應(yīng)用二維仿真可以定性地分析設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性，用三維仿真能較準(zhǔn)確地計(jì)算出激勵(lì)電流與GMM中磁場(chǎng)的關(guān)系。 在無(wú)偏磁磁路優(yōu)化的基礎(chǔ)上，利用有限元方法設(shè)計(jì)將永磁體放置在磁路中為GMM提供偏置磁場(chǎng)。對(duì)永磁體的充磁方向尺寸和面積進(jìn)行優(yōu)化，選擇充磁尺寸為1.8mm，面積與硅

3、鋼片相同的永磁體，為GMM提供30kA·m-1的偏磁。在該系統(tǒng)中，可以通過(guò)改變永磁體充磁方向尺寸來(lái)改變傳感器的靜態(tài)工作點(diǎn)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三維分析中建立的激勵(lì)電流與GMM中磁場(chǎng)的數(shù)值關(guān)系正確；設(shè)置的永磁體放置方法能為GMM提供足夠的偏置磁場(chǎng)。 由于GMM自由桿的諧振頻率與其動(dòng)力學(xué)特性有關(guān)，因此本文從模態(tài)理論出發(fā)，應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)的GMM進(jìn)行幅頻特性分析，可以看出GMM的諧振頻率和頻寬寬度與其長(zhǎng)度成反比、與橫截面