隧道磁电阻技术在电力系统传感测量中的应用(2)
3隧道磁电阻传感器
3.1TMR电流传感器
TMR电流传感器通常采用惠斯通电桥结构,这种结构中包含有4个TMR元件,所有TMR元件均未屏蔽,但R1、R2和R3、R4的磁敏感方向相反。当磁场变化时,R1、R2电阻变大,而R3、R4电阻变小,这样可以输出较大的电压。TMR磁传感器也可以采用半桥结构,这种结构只包含2个磁敏感方向相反的TMR元件,虽然输出电压和灵敏度减小,但功耗低,尺寸小,成本低,使用更加灵活。
所示,与现有的电流互感器、感应式磁力计、霍尔传感器和OFCT电流传感器等电流测量方式相比,TMR电流传感器具有能够测量从直流到高频(MHz)信号、测量范围宽、灵敏度高、温度稳定性好、体积小等优点。而且,对于电力系统分布式测量和数据采集而言,TMR电流传感器具有结构简单、成本低廉、便于大规模推广使用的优势。
3.2TMR角度传感器
TMR角度传感器,TMR传感器平行贴近安装在转轴附近,并使转轴轴线垂直穿过传感器检测平面中心,转轴上放置磁铁,TMR传感器与磁铁间隙不变,磁铁随着转轴旋转,传感器磁敏感方向上的磁场分量呈正(余)弦变化,使用敏感轴正交的两个TMR传感器就可以检测360度角度变化。另一种角度测量方式,当齿轮转动时,靠近齿轮的永磁体磁场分布会发生变化,放置的TMR传感器将有周期性信号输出,通过对信号的分析处理即可得到转动角度变化。
4TMR传感器的不足
TMR传感器是一种新型高灵敏度磁敏传感器,适用于电力系统中各种交直流、电压、频率、位移、角度等的传感测量,但在实际推广使用中,还存在一些问题需要考虑。
(1)TMR传感器的本质是磁场测量,因此必须考虑电磁兼容性,需采用屏蔽、滤波等多种手段减小干扰。
(2)TMR传感器存在一定的磁滞误差,需通过数据预处理方式消除误差。
(3)TMR传感器属于有源测量方式,因此在分布式测量时要额外考虑供电电源。
(4)TMR传感器具有方向性,安装时要注意传感器敏感轴的位置和方向。
5总结
TMR传感器对于磁场具有很高的敏感性,可测量从直流到高频的电力信号,具有很宽的频率范围,可用于电流传感器、电压传感器、功率传感器、位移传感器、角度传感器、开关传感器等,与现有的传感器相比,TMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、温度稳定性好、体积小、成本低等优点,对于智能电网分布式测量而言,具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]陈树勇,宋书芳,李兰欣.智能电网技术综述[J].电网技术,2009,33(8),1-7
[2]戴道生.磁性薄膜研究的现状和未来[J].物理,2000,29(5),262-269
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