Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Способы определения электрических параметров синхронных электромеханических преобразователей 10
1.1 Существующие способы определения параметров синхронных электромеханических преобразователей 10
1.1.1 Определение синхронных индуктивных сопротивлений 10
1.1.2 Определение переходных и сверхпереходных индуктивных сопротивлений по d- и д-осям 15
1.1.3 Определение постоянных времени синхронного электромеханического преобразователя 21
1.2 Возможности идентификации параметров на основе методов оценки состояния динамических объектов 24
1.3 Требования, предъявляемые к методу идентификации параметров синхронных электродвигателей 28
1.4 Постановка задачи 34
1.5 Выводы 35
Глава 2 Математические модели синхронных электромеханических преобразователей 38
2.1 Математическое описание синхронного электромеханического преобразователя 38
2.2 Реализация математических моделей синхронных электромеханических преобразователей при компьютерном моделировании в среде MATLAB 44
2.3 Имитационные модели синхронных электродвигателей 50
2.4 Синхронный электродвигатель как управляемый электромеханический преобразователь энергии 55
2.5 Синхронный электродвигатель с неподвижным ротором как объект идентификации параметров 59
2.6 Выводы 63
Глава 3 Идентификация параметров синхронных электродвигателей при неподвижном роторе 64
3.1 Идентификация параметров явнополюсного синхронного электродвигателя 64
3.2 Идентификация параметров неявнополюсного синхронного электродвигателя 68
3.3 Определение сверхпереходных и переходных сопротивлений 70
3.4 Формирование параметров идентифицирующего тестового сигнала 74
3.5 Выводы 80
Глава 4 Алгоритмическое и программно-аппаратное обеспечение идентификации параметров синхронных электродвигателей 81
4.1 Алгоритмы и методика проведения эксперимента идентификации параметров 81
4.2 Средства измерения и обработки сигналов при идентификации параметров синхронных электродвигателей 92
4.2.1 Первичные преобразователи 92
4.2.2 Сопряжение первичных преобразователей с устройством обработки информации 96
4.3 Результаты имитационной идентификации параметров синхронных электродвигателей различных конструктивных исполнений 98
4.4 Выводы 105
Глава 5 Учет влияния идентифицирующего тестового сигнала на температурный режим синхронного электродвигателя с неподвижным ротором 107
5.1 Постановка задачи 107
5.2 Электромеханический преобразователь как объект нагрева 108
5.3 Экспериментальное определение превышения температуры обмоток синхронного электродвигателя при идентификации его электрических параметров 113
5.4 Выводы 118
Заключение 119
Библиографический список использованной
литературы 121
Приложения 134
- Возможности идентификации параметров на основе методов оценки состояния динамических объектов
- Реализация математических моделей синхронных электромеханических преобразователей при компьютерном моделировании в среде MATLAB
- Формирование параметров идентифицирующего тестового сигнала
- Средства измерения и обработки сигналов при идентификации параметров синхронных электродвигателей
Введение к работе
Требования повышения надежности и энергетической эффективности технологических процессов и оборудования предопределяют постановку и решение научно-технических задач по созданию новых эффективных систем автоматического управления и регулирования (САР) с синхронными электродвигателями (СД). Желаемая надежность и эффективность во многом определена свойствами электрической машины, а именно, параметрами СД, точные значения которых необходимы для формирования требуемых статических и динамических режимов.
В действительности реальные параметры электродвигателей могут значительно отличаться от паспортных данных, данных приводимых в справочной и технической документации, клиентских и наладочных формулярах. Это отличие может достигать 5...20 и более процентов.
Отличие реальных параметров от расчетных оказывает значительное влияние на статические и динамические показатели САР с СД, серьезно ухудшая показатели надежности и энергетической эффективности технологического объекта.
Это особенно актуально, например, для питательных электронасосов и тяго-дутьевых машин тепловых электростанций и котельных; мельнично-размольных систем топливоприготовления, горнообогатительного, металлургического и цементного производства; насосных агрегатов перекачивающих станций трубопроводного транспорта и водоводов (каналов); компрессорных и воздуходувных агрегатов металлургического производства и объектов энергетики; основных и вспомогательных механизмов горно-транспортных систем.
Решением проблемы определения параметров электрических машин и синхронной машины (СМ), в частности, занимались многие ведущие отечественные и зарубежные исследователи: Горев А.А.,
Гольдберг О.Д., Копылов И.П., Костенко М.П., Постников И.М., Сипайлов Г.А., Рогозин Г.Г., Beckert U., Wolfgang А. Н., Kertzscher J. и другие.
Однако существующие методы определения параметров электрических машин не могут в полной мере выявить все необходимые электрические параметры. Это вызывает необходимость создания специального инструмента, позволяющего простыми средствами осуществлять идентификацию параметров СД. Таким инструментом может стать созданный научно-обоснованный метод, разработанные алгоритмы и технические реализации, обеспечивающие эффективную идентификацию параметров обмоток СД различных конструктивных модификаций в режиме с неподвижным ротором.
Указанные обстоятельства определили выбор объекта исследования, которым является синхронный электромеханический преобразователь энергии - СД, а также предмета исследования -идентификации параметров СД в режиме с неподвижным ротором.
Целью диссертационной работы является разработка метода определения параметров СД различного конструктивного исполнения путем идентификации электрических параметров обмоток в режиме с неподвижным ротором.
Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие научные задачи:
Разработка научно обоснованных имитационных моделей СД различного конструктивного исполнения в среде MATLAB, учитывающих его основные свойства при осуществлении идентификации электрических параметров обмоток.
Разработка метода и алгоритмов идентификации, позволяющих определять весь комплекс электрических параметров СД различной конструкции.
Формулирование и обоснование требований к качеству тестового сигнала при идентификации электрических параметров СД.
Разработка технических решений идентификации электрических параметров, позволяющих проводить физический эксперимент.
Оценка эффективности разработанного метода идентификации через анализ результатов эксперимента.
6 Анализ тепловых режимов в процессе идентификации электрических параметров обмоток СД различного конструктивного исполнения при неподвижном роторе, доказывающий отсутствие перегрева обмоток и ненужность применения дополнительных средств охлаждения.
Методы исследований базируются на методах теории автоматического управления, идентификации, планирования эксперимента, цифровой обработки сигналов. Для решения поставленных задач использовалась программная среда MATLAB с приложениями Power System Blockset и Simulink.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается корректным использованием при теоретическом анализе методов, базирующихся на фундаментальных положениях теории электрических машин переменного тока, теории электромеханических преобразователей энергии, теории автоматического управления и регулирования, методов математического моделирования динамических систем, численных методов решения задач управления и оптимизации, а также результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна работы:
1 Разработаны и исследованы имитационные модели СД различного конструктивного исполнения, полученные на основе анализа процессов электромеханического преобразования энергии и используемые для моделирования в MATLAB.
2 Разработан метод идентификации электрических параметров СД при неподвижном роторе, отличающийся от известных возможностью определения всех его электрических параметров.
Основные положения, защищаемые автором.
1 Метод идентификации электрических параметров СД.
2 Методика проведения эксперимента идентификации, включая программно-техническое обеспечение.
Практическая ценность работы.
Разработаны алгоритмы идентификации и созданы компьютерные программы, используемые для обработки результатов эксперимента.
Разработаны схемные решения для проведения идентификации электрических параметров СД.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Результаты теоретических исследований используются в учебном процессе при подготовке инженеров и бакалавров на кафедрах «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова. Кроме того, результаты работы приняты к внедрению в ТОО «Павлодартехэнерго», г. Павлодар, Казахстан.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Международных конференциях: «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск, 2000 г.; «Электромеханические преобразователи энергии», Томск: ТПУ, 2001 г.; «Математические модели и информационные технологии в социально-экономических и экологических системах», Луганск (Украина): ВНУ, 2001 г.; «3 Международная (14 Всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу», Нижний Новгород, 2001 г.; «Микропроцессорные, аналоговые и цифровые системы: проектирование и схемотехника, теория и вопросы применения», Новочеркасск: Южно-Российский государственный университет, 2001 г.; «Наука-Техника-Технологии на рубеже третьего тысячелетия», Находка, 2001 г.; «Энерго- ресурсосберегающие технологии Прииртышья», Павлодар (Казахстан), 2001 г.; «Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы», Павлодар, 2001 г. и 2003 г.; «Казахстан в 3-м тысячелетии: качество образования в современных условиях», Павлодар, 2001 г.; 14th Int. Conference «Process Control», Bratislava (Словакия), 2003 г.; «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития», Томск: ТУ СУР, 2007 г.; «Энергетика: управление, качество и эффективность использования энергоресурсов», Благовещенск: Амурский государственный университет, 2008 г.
Диссертация одобрена на расширенном заседании кафедр электропривода и электрооборудования Томского политехнического университета, «Электроэнергетика» Инновационного Евразийского университета и «Автоматизация и управление» Павлодарского государственного университета им. С. Торайгырова.
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, из них 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК, 5 патентов на изобретение Республики Казахстан, 1 монография.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка использованной литературы и приложений. Общий объем работы составляет 148 страниц машинописного текста.
Возможности идентификации параметров на основе методов оценки состояния динамических объектов
Рассмотрим теоретические возможности применения классических методов идентификации для определения или оценивания параметров. Под идентификацией в широком смысле понимают получение или уточнение по экспериментальным данным модели реального объекта, выраженной в тех или иных терминах [14, 23, 40, 44, 62, 73, 101, 102, 105, 112, 113, 120, 121] посредством того или иного математического аппарата. Прежде чем синтезировать алгоритмы оценивания и идентификации целесообразно рассмотреть принципиальные возможности осуществления этих процессов для заданного объекта или системы, каковым является СД при неподвижном роторе. Эти возможности в значительной степени выявляются при изучении свойств системы, которые принято называть наблюдаемостью и идентифицируемостью [40, 44, 62, 101, 102, 105, 112, 113, 120, 121]. Они обычно определяются в идеальных условиях при отсутствии шумов и неизвестных возмущающих воздействий. Под наблюдаемостью понимается возможность косвенного определения величин на основе измерения некоторых других величин и использования априорной информации [40, 44, 62, 101, 102, 105, 112, 113, 120,121]. Наблюдаемость можно рассматривать как в пространстве состояний, так и в пространстве сигналов [30, 40, 44, 62, 101, 102, 105, 112, 113, 120, 121]. Так как компоненты вектора сигналов чаще всего выбираются измеримыми, то в пространстве сигналов обычно имеет место непосредственная наблюдаемость [30, 40, 44, 62, 101, 102, 105, 112, 113, 120, 121].
Общая постановка задачи определения состояния системы по наблюдениям заключается в следующем: получено через наблюдение множество Y, связанное известным оператором с множеством X, принадлежащим пространству состояний системы с заданной математической моделью. Требуется определить X или некоторое его подмножество X п с X. В технической интерпретации это выглядит следующим образом. Известно множество выходных величин идеальных, без шумов, но в общем случае инерционных измерителей заданных функций состояния контролируемого процесса, подчиняющегося точно известным уравнениям. Требуется определить множество или подмножество состояний процесса, которому соответствует указанное множество выходных величин. Понятие параметрической идентифицируемости является частным случаем наблюдаемости. Параметрическая идентифицируемость представляет собой возможность определения параметров математической модели некоторого объекта (системы или процесса) по результатам измерения определенных выходных величин в течение некоторого интервала времени. Управляемость, наблюдаемость и идентифицируемость объекта определяются из его математического описания в пространстве состояния методом переменных состояния с помощью векторно-матричного представления, дающего наиболее полное и однозначное описание объекта. Переменными состояния называют минимальный набор независимых переменных, достаточный для полного описания состояний системы в любой момент времени.
Модель состояния в общем случае имеет вид [30, 40, 49, 105, 113] где А, В, С — матрицы коэффициентов, соответственно А - переменных состояния, размерностью пхп\ В - управления, размерностью пхг ; С -выхода, размерностью тх п \Х- вектор-столбец переменных состояния; Y — вектор-столбец выходных координат; U — вектор-столбец переменных управления. Система полностью управляема, если существует воздействие, переводящее ее из любого начального состояния в заданное конечное состояние за ограниченный интервал времени. Необходимое и достаточное условие полной управляемости по Калману [30, 40, 105, ИЗ] имеет вид где п - размерность вектора X. Необходимое и достаточное условие полной наблюдаемости по Калману [30, 40, 105, 113] имеет вид Объект будет являться идентифицируемым, если по измерениям координат состояния объекта можно определить матрицу системы А. Критерий идентифицируемости будет иметь вид [[30, 40, 49, 105, 113] Приступать к осуществлению процедуры идентификации можно только после проверки объекта по условиям управляемости, наблюдаемости и идентифицируемости. Эффективность идентификации во многом зависит от того, насколько удачно выбраны языки и структуры модели, которые целиком базируются на теоретических априорных предпосылках, например изложенных в [112, 120, 121]. Классификация задач идентификации может осуществляться по целому ряду признаков: идентифицируемый объект или процесс; класс модели, в терминах которой осуществляется идентификация; условия наблюдения и возбуждающие процесс воздействия.
Реализация математических моделей синхронных электромеханических преобразователей при компьютерном моделировании в среде MATLAB
Модели синхронных электромеханических преобразователей могут быть представлены для моделирования различными компьютерными системами [1,18, 48, 49, 54, 74, 80, 81, 95, 96, 97, 99]. Из общедоступных универсальных и имеющих наиболее мощную математическую базу, широко и легко применимую для подавляющего большинства электротехнических и электроэнергетических задач, хорошо развитые и удобные интерфейс и библиотеки, профессиональных систем компьютерного моделирования, внимания заслуживает система MATLAB [1, 18, 49, 74, 95, 96, 97]. MATLAB - это открытая расширяемая система компьютерного моделирования, состоящая из основной части - ядра и множества специализированных дополнительных программных пакетов [1, 18, 49, 74, 95, 96, 97], предназначенных для решения различных задач прикладного характера, в том числе и электротехнических. Главным преимуществом является то, что MATLAB был специально создан как универсальная среда имитационного моделирования для проведения инженерных и технических расчетов высокой сложности. При этом его мощнейший математический аппарат в наибольшей степени приближен к современному математическому аппарату инженера и ученого и базируется на вычислениях с матрицами, векторами и комплексными числами.
Предельно доступное и простое для понимания представление результатов расчетов в графическом виде и пользовательский интерфейс дают хорошие возможности для работы. Например, имитационная модель СД с нерегулируемым постоянным возбуждением - с обмоткой возбуждения, питаемой номинальным током от постоянного независимого источника, или с возбуждением от постоянных магнитов - в среде имитационного моделирования MATLAB внешне выглядит (рис. 2.3) как обычная, и очень простая, электрическая схема, хорошо знакомая любому инженеру-электрику [103, 104, 107, 114, 115, 116, 117, 119, 122, 123].
На схеме имитационной модели, как и на обычной электрической схеме, в явном виде обозначены точки всех входных воздействий: точки подключения трехфазного источника напряжения питания двигателя, точка подключения момента статического сопротивления нагрузки, объединяющая все возможные внешние механические воздействия. Выходной координатой этой модели является точка т, образующая универсальный выход, в котором выделены: основные механические координаты СД как преобразователя электрической энергии в механическую. Такими координатами являются, прежде всего, развиваемый двигателем электромагнитный момент, скорость вращения ротора и его угловое положение, а, кроме того, статорные токи в фазных осях, статорные напряжения и токи в преобразованных координатах d- и 7-осей. Схема, приведенная на рис. 2.3 представляется в виде развернутой схемы моделирования как подсистемы программных модулей на рис. 2.4.
Математическое описание протекания электромагнитных процессов в СД представлено выражениями (2.11), а в виде расчетной схемы подсистемы СД на рис. 2.5. где /, , Z,? - индуктивности по продольной и поперечной осям соответственно; R — активное сопротивление статора; id, iq - токи статора по продольной и поперечной осям соответственно; vd, vq - напряжение статора по продольной и поперечной осям соответственно; сог - скорость вращения ротора; X - амплитуда магнитного потока, создаваемого постоянными магнитами ротора; р - число пар полюсов; Те -электромагнитный момент.
Подсистема механической части СД реализована на основе уравнений (2.12) и в виде схемы на рис. 2.6. где J- суммарный момент инерции ротора и нагрузки; в - угол поворота ротора; F - суммарное вязкое трение ротора и нагрузки; Тт - момент статического сопротивления.
В библиотеке Simulink MATLAB представлены также типовые имитационные модели синхронных генераторов большой мощности, схемы которых приведены на рис. 2.9.
Следует отметить, что готовые типовые модели СМ из библиотеки Simulink MATLAB хорошо пригодны для изучения статических и динамических свойств в различных режимах и полностью отражают протекание электромагнитных и электромеханических процессов в СМ с реальными техническими характеристиками в широком диапазоне мощностей. В то же время они не могут быть рекомендованы для широкого использования как полноценные модели при идентификации параметров СД при неподвижном роторе, так не учитывают особенности конструкции обмотки возбуждения и демпферных обмоток.
В связи с этим возникает необходимость разработки в среде имитационного моделирования Siimilink MATLAB специализированных имитационных моделей явно- и неявнополюсных СД с демпферными обмотками и без таковых, пригодных для полноценной идентификации электрических параметров обмоток при неподвижном роторе.
Формирование параметров идентифицирующего тестового сигнала
Идентификацию электрических параметров обмоток [4, 5, б, 11, 13, 14, 23, 44, 52, 53, 56, 60, 62, 101, 102, 105, 120, 121] СД осуществляют при неподвижном роторе методом активного эксперимента. Наиболее важным моментом в процедуре идентификации является получение наилучшего отклика объекта на возбуждение его подаваемыми извне сигналами. При этом амплитудный спектр идентифицирующего сигнала должен быть явно выражен и иметь ненулевые спектральные составляющие в широком диапазоне частот [47]. Использование для возбуждения возмущений, содержащихся непосредственно в самом объекте — СД при неподвижном роторе, затруднительно по следующим причинам [44, 120, 121]: а) энергетический спектр возмущений может быть слишком узким или содержать доминирующие частоты, что требует предварительного приведения его к широкополосному виду - «отбеливанию», либо периодической отсортировки для приближения спектра входного сигнала к спектру белого шума; б) из-за того, что доступны лишь конечные реализации входных и выходных сигналов, точность оценивания корреляционных функций ограничена. Поэтому целесообразно использовать специальные тестовые сигналы в виде некоторых периодических воздействий. Это могут быть ступенчатые и импульсные временные сигналы, гармонические сигналы, случайные воздействия с заданными параметрами [4, 5, 6, 11, 13, 14, 23, 44, 52, 53, 56, 60, 62, 101, 102, 105, 120, 121].
Рассмотрим возможности использования в качестве тестового сигнала для идентификации электрических параметров обмоток СД некоторых типовых периодических сигналов. Синусоидальный сигнал (см. рис. 3.4) в чистом виде не подходит для идентификации, так как в нем присутствует только одна основная гармоника, что не позволит получить от объекта (СД) необходимый отклик. Пилообразный сигнал имеет амплитудный спектр, содержащий малую долю частот ненулевых составляющих и поэтому непригоден для идентификации (см. рис. 3.5). Сигнал единичного скачка, также являющийся функцией Хевисайда или функцией включения, также не может быть применен в качестве тестового сигнала из-за отсутствия ненулевых гармонических составляющих (см. рис. 3.6.) Периодический прямоугольный сигнал. При рассмотрении прямоугольного периодического сигнала с шириной импульса равной 50 % от периода сигнала, можно отметить, что значительная часть мощности сигнала лежит в узкой полосе частот спектральной характеристики, что делает его непригодным в качестве тестового сигнала для идентификации параметров СД при неподвижном роторе (см. рис. 3.7). Но, изменяя скважность (отношение периода к длительности импульса), мы можем изменять спектр периодического прямоугольного сигнала (рис. 3.8, рис. 3.9), т.к. в нем отсутствуют гармоники с номерами кратными скважности.
Большим достоинством данного типа сигнала является его простота реализации, что позволяет взять его за основу для тестового сигнала. Таким образом, для полноценной идентификации параметров СД целесообразно применение импульсного периодического сигнала, который имеет распределение мощности спектра в достаточной полосе частот и дает наименьшую погрешность в оценке параметров при имитационном моделировании. Требования к амплитуде и частоте идентифицирующего сигнала. Амплитуда тестового идентифицирующего сигнала определяется значением тока соответствующей обмотки, который не должен превышать номинального тока и не должен вызывать насыщения магнитной системы СД. Таким образом, тестовый сигнал для идентификации электрических параметров СД при неподвижном роторе должен иметь: - форму идентифицирующего напряжения с ненулевыми составляющими спектра, обеспечивающими наилучший отклик системы и легко реализуемую стандартными источниками; - частоту идентифицирующего напряжения, равную частоте собственных колебаний СД; - амплитуду идентифицирующего напряжения, исключающую в процессе процедуры идентификации возникновение насыщения магнитной системы СД.
Средства измерения и обработки сигналов при идентификации параметров синхронных электродвигателей
Правильный выбор первичных преобразователей — непосредственно измерительных устройств - датчиков, а также устройств их сопряжения с устройствами передачи и обработки информации, предопределяет получение достоверной и качественной информации, необходимой для осуществления процесса идентификации электрических параметров СД при неподвижном роторе и получения приемлемых результатов.
В качестве первичных преобразователей в процессе идентификации электрических параметров обмоток СД при неподвижном роторе могут быть использованы различные измерительные устройства, в частности, измерительные трансформаторы, измерительные шунты, гальваномагнитные преобразователи и преобразователи магнитного поля.
Для измерения токов и напряжений в низковольтных и высоковольтных электрических цепях широкое применение получили измерительные трансформаторы тока (ТТ) и трансформаторы напряжения (ТН), которые включаются своими первичными обмотками непосредственно в силовые электрические цепи: ТТ - последовательно, а ТН - параллельно [122, 123].
Измерительные трансформаторы напряжения ТН имеют классы точности: 0,5; 1 и 3 при номинальном напряжении вторичной обмотки, равном 100 В или 100Л/ЗВ.
Диапазон основных номинальных параметров измерительных трансформаторов тока ТТ следующий: измеряемый ток - ток первичной обмотки от 1 А до 40000 А при токах вторичной обмотки - 1 А, 2 А, 2,5 А и 5 А; классы точности - 0,2; 0,5; 1; 3; 5 и 10 при напряжениях от 0,66 кВ до 750 кВ, [122, 123].
Для повышения точности измерения токов и напряжения статорной обмотки СД можно рекомендовать применение измерительных трансформаторов напряжения ТН класса точности 0,5 и тока ТТ класса точности 0,2. В этом случае токовая и угловая погрешности имеют наименьшее значение во всем рассматриваемом диапазоне. Если этого класса точности оказывается недостаточно, то могут быть использованы известные методы компенсации погрешностей трансформаторов [104, 107, 118, 123].
Измерение тока в цепи обмотки возбуждения СД, как правило, осуществляется с помощью измерительных токовых шунтов, выполняющих функции измерительных преобразователей типа «ток-напряжение» без гальванического разделения силовых и информационных электрических цепей.
Кроме ТТ и измерительных токовых шунтов для измерения переменного тока синусоидальной и сложной форм с изменяющейся частотой нашли широкое распространение гальваномагнитные преобразователи, особенно измерители тока на основе элементов Холла (ЭХ) [31, 32, 83, 85, 103, 111, 118]. Преобразователи информации на основе ЭХ - преобразователи Холла (ПХ) позволяют осуществить непрерывное измерение индукции магнитных полей с точностью до 1 %.
Для измерения токов СД могут быть использованы различные варианты конструктивного исполнения и пространственного расположения ПХ.
Возможен вариант конструктивного исполнения ПХ с магнитопроводом из электротехнической стали, непосредственно в зазорах которого размещен один единственный ЭХ. Измерение тока с помощью такого ПХ, расположенного в непосредственной близости к электрической шине, связано с проблемой высокой чувствительности к внешним магнитным ПОЛЯМ. Компенсация нежелательного влияния на результаты измерений внешних магнитных полей обеспечивается более совершенным вариантом ПХ с использованием двух ЭХ и магнитопровода из электротехнической стали. Однако значительное увеличение массогабаритных показателей существенно ограничивает применение такого ПХ, особенно в недостаточных пространственных объемах.
Вариант конструктивного исполнения ПХ без магнитопровода из электротехнической стали, широко известный как измерительный «холловский пояс», представляет собой интегрирующий контур из большого числа ЭХ, электрически соединенных между собой в определенную цепь и размещенных вокруг токопровода или электрической шины, где необходимо осуществлять измерение. Однако, «холловские пояса» конструктивно сложны в изготовлении; возможные неравномерности геометрического расположения отдельных ЭХ, в том числе и связанные с неидеальной технологией изготовления «холловского пояса» оказывают значительное влияние на точность измерения, что можно рассматривать как недостаток.
Для измерения тока также могут быть использованы такие элементы как магниторезистор и магнитодиод [24, 31, 108, 111, 118].
Магниторезистор обладает свойством изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от величины воздействующего внешнего магнитного поля. Электрическое сопротивление магниторезистора не зависит от направления вектора магнитной индукции, имеет одинаковый характер изменения, как в постоянных, так и в переменных магнитных полях с частотами до 109 Гц. Основным недостатком магниторезистора является то, что его магнитная чувствительность и электрическое сопротивление значительно изменяются при изменении температуры. Таким образом, применение магниторезистора целесообразно в случае неизменной температуры при измерениях тока в цепях постоянного напряжения, либо для измерения модульного значения тока в цепях переменного напряжения.
Магнитодиод - это полупроводниковый преобразователь магнитного поля [111] в электрический ток. Величина электрического тока в нем зависит от величины магнитного поля, воздействующего на магнитодиод в поперечном направлении. Магнитная чувствительность магнитодиода в проводящем состоянии на порядок выше, чем у преобразователей Холла и магниторезисторов [24, 31, 108, 111], но имеет значительную зависимость от температуры. В непроводящем направлении сопротивление магнитодиода очень велико и практически не изменяется.
