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工業控制

電流傳感器

發布日期:2015年01月29日    瀏覽次數:11470

 主要產品:TMR2501、TMR2503、TMR2505、TMR2101、TMR2102、TMR2103、TMR2701,TMR2703、TMR2705、TMR2905、TMR2922線性傳感器

 性能優勢:(1)工作溫度區間:-55℃~+150℃,傳感器溫度特性穩定;(2)靈敏度范圍廣,從0.25mV/V/G ~ 60mV/V/G;(3)低功耗,低磁滯

圖1:開環式電流傳感器

 電流傳感器是在電氣絕緣的狀態下,利用電流所產生的磁場來檢測電流值的一種介于高、低電壓之間的界面器件。如圖1所示,當原邊導體中存在電流Ip時,在導體的周圍就會產生一個環繞導體的、與電流成比例的磁場。用磁傳感器檢測該磁場強度后,生成與電流成線性關系的電信號輸出Vout ——這就是最基本的開環式電流傳感器,也被稱為直測式電流傳感器。當被測磁場信號較弱,或為了抑制干擾磁場時,可以采用軟磁材料來聚集被測磁場,并將磁傳感器探入到軟磁材料內部以增強信號強度。

 為了縮短電流傳感器的響應時間,改善線性誤差,精確測量匝數為Np的原邊電流Ip

圖2:閉環式電流傳感器 如圖所示,我們可用副邊電路產生一電流Is 并流經匝數為Ns 的副邊線圈來生成一個副邊磁場,當該副邊磁場在磁傳感起部分與原生成磁場的原、副邊電流的安匝數Ip* NpIs* Ns相等。邊磁場大小相等、方向相反時,磁場達到平衡狀態,而根據副邊電流Is和原、副邊匝數比Np:Ns,就可計算出原邊電流值---這就是閉環式電流傳感器,也被稱為磁平衡式或磁補償式電流傳感器。

無論開環式還是閉環式電流傳感器,磁傳感器都是其中的關鍵器件,對傳感器性能優劣起著至關重要的作用。目前市場上的電流傳感器主要是采用傳統的霍爾器件,由于半導體材質自身原因,霍爾器件的溫度漂移量較大,一致性差,尤其在低溫區變化劇烈,難以進行統一校準。動態失調消除技術的采用可部分改善霍爾器件的溫度漂移,但在電路中疊加了高頻噪聲干擾,造成電流傳感器的輸出信號失真,影響整機性能。

 隧道磁電阻(TMR)器件是繼霍爾器件、各向異性磁電阻AMR和巨磁電阻GMR之后的新一代磁敏器件,具有低功耗、低溫漂及高靈敏度的特點。在電流傳感器中,采用TMR替代霍爾器件,可顯著改善電流傳感器的靈敏度和溫度特性。

   

 

 

基于TMR的優異性能,閉環電流傳感器可顯著改善其溫度漂移量。替代后,無需任何溫度補償,電流傳感器在-40~85℃的溫度范圍內的溫度漂移總量即可由原來的1~2%降至0.1~0.2%。在使用溫度寬泛的場所如變頻器、伺服器、電動車輛等應用時,TMR閉環電流傳感器可確保在任何地區、任何季節的電流測量的精準度;特別是在風能、太陽能等新能源行業中,電流傳感器的溫度漂移可直接導致逆變器輸出電能中的直流成分的增加,不僅造成能源浪費,直流成分還會消耗在變壓器繞組中,造成變壓器過熱。電流傳感器溫度漂移的改善,將會給能源行業帶來直接的經濟效益和必要的安全性。

圖7:多維科技的tmr閉環電流傳感器

圖6:tmr閉環電流傳感器實物圖


 多維科技生產的TMR2501、TMR2503、TMR2505線性傳感器采用SSIP-4封裝,在垂直方向測量磁場,與通行的霍爾器件完全兼容。對閉環電流傳感器來說,電流傳感器廠家只需改變一下磁傳感器的偏置電阻值,無需更改PCB設計和產品結構既可直接替代霍爾器件。

 多維科技生產的TMR2101、TMR2102、TMR2103、TMR2701、TMR2703、TMR2705、TMR2905 和TMR2922為平面方向測量磁場,配合使用縱向氣隙磁芯。擺脫了斷面氣隙漏磁所帶來的困擾,大大提升了磁芯的聚磁能力,使電流傳感器的分辨率低至毫安量級,并有效遏制外來干擾。較之磁通門閉環電流傳感器,TMR閉環電流傳感器結構簡單,抗干擾能力強,分辨率高。產品響應時間快,測量頻帶寬。

圖8:閉環電流傳感器的典型電路

上圖為閉環電流傳感器的典型電路,其中原有的霍爾器件H1可以直接用TMR替代。通過調整偏置電阻R1和R2,使H1的1、3引腳間電壓為1伏左右。例如:當電源電壓為+/-15V,TMR輸入電阻為6k歐姆時,若1、3引腳間電壓為1V,則H1輸入電流Id=1V/6k=0.17mA,偏置電阻R1及R2=(15-0.5)/0.17=85.3KΩ

 RARB為上下對稱結構,用于調整傳感器的失調值,建議采用相同系列電阻,以降低調整電阻與磁傳感器之間的溫度系數差異所帶來的額外誤差。



參考文獻:

[1]李東昇, 程武山. 基于TMR磁傳感器的電力系統大電流測量[J]. 傳感器與微系統, 2013, 32(12):131-134.

文獻摘要:針對傳統電力系統大電流測量方法存在體積大、測量范圍窄、數字化程度低的問題,提出了一種新型的基于隧道磁電阻(TMR)磁傳感器陣列測量大電流的方法.敘述了TMR效應和傳感器的測量原理,利用磁傳感器測量輸入-輸 出特性,推導出電流測量數學模型,建立了磁傳感器安放拓撲結構,解決了三相電流磁場相互干擾情況下電流測量不精確問題.以10kV高壓開關柜為基礎,設計出一種實驗系統對測量模型進行驗證。對采集數據進行擬合分析,得到影響磁傳感器測量精度的2個因素:傳感器安放位置和測量范圍。通過對安放位置進行優化,確定磁傳感器最佳放置位置.計算結果表明:TMR磁傳感器具有很好的精度,能夠達到測量要求.

出版源:《傳感器與微系統》, 2013, 32(12):131-134


關鍵詞:TMR磁傳感器;電力系統;大電流測量;高壓開關柜;非線性分析



[2]王昕, 王靜怡. 隧道磁電阻技術在電力系統傳感測量中的應用[J]. 科技傳播, 2014(7).

文獻摘要:本文概述了隧道磁電阻(TMR)效應的技術原理,著重介紹了基于TMR效應的傳感器的工作原理和性能特性,分析了其存在的優勢和不足,展望了TMR技術在電力系統中的應用前景。

出版源:《科技傳播》, 2014(7)

關鍵詞:隧道磁電阻效應;傳感器;電力系統

 

[3]陳田, 程武山. 高壓開關柜電流在線測量[J]. 儀表技術與傳感器, 2014(3):85-88.

*注:上海工程技術大學機械工程學院使用TMR2101(兼容型號:MMLP57H)設計了一套應用于高壓開關柜電流測量的測量。

文獻摘要:針對傳統電流互感器動態范圍小、體積大、成本高等問題,提出了一種基于TMR磁傳感器的10kV高壓開關柜電流測量方法。在分析了TMR磁傳感器測量原理和測量方法的基礎上,設計了一套應用于高壓開關柜電流測量的測量系統,詳細介紹了該測量系統的硬件設計和軟件測試流程。通過實驗的方法驗證了該測量方法的可行性和TMR磁傳感器的測量性能,并提出了相關實驗方法的改進措施。

出版源:《儀表技術與傳感器》, 2014(3):85-88

關鍵詞:TMR磁傳感器;kV高壓開關柜;電流測量;線性度;重復性

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