[发明专利]基于TMR的母排电流及磁场强度测量装置

说明书

本发明提供的一种基于TMR的母排电流及磁场强度测量装置，包括TMR芯片阵列、信号处理电路、微控制器以及显示器；所述TMR芯片阵列设置于被测母排所处空间内，所述TMR芯片阵列的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与微控制器的输入端连接，所述微控制器的显示输出端与显示器的输入端连接，通过上述结构，能够实现对配电网中的母排电流进行非接触式测量，避免对输电线路造成影响以及安全隐患，而且能够有效去除测量过程中存在的干扰，确保测量精度，进而使得测量参数准确指导电网的安全、稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种电流测量装置，尤其涉及一种基于TMR的母排电流及磁场强度测量装置。

背景技术

随着智能电网建设的不断推进，电网对于各种能够实现检测与控制电气设备产生了极大的需求，而实现智能电网实时监测和控制的前提条件便是要有先进的传感和测量技术作为支撑。

现有技术中，母排作为电力系统中较为常见的载流导体，现有母排电流测量技术多为非接触式测量。交流电流测量多为使用互感器，直流电流测量多为使用霍尔传感器或基于安培环路定理的磁传感器阵列，以上主流母排电流测量设备的加装以及检修均需要断开相应母排的开关，降低了电力系统运行的可靠性。同时，不需要断开母排供电的磁传感芯片测量方式由于母排的电流及其磁场未有合适有效的数学模型，使得该方式未能在实际工程中得到充分的运用。

与此同时，由于母排的结构参数较普通导线更为复杂，工程中对于母排空间磁场磁感应强度的计算多为有限元仿真，测量多为磁传感技术，未有合适有效的数学模型将母排磁场计算以及测量结合于一体，增加了母排工程设计与现场验证的复杂性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于TMR的母排电流及磁场强度测量装置，能够实现对配电网中的母排电流进行非接触式测量，避免对输电线路造成影响以及安全隐患，而且能够有效去除测量过程中存在的干扰，确保测量精度，进而使得测量参数准确指导电网的安全、稳定运行。

本发明提供的一种基于TMR的母排电流及磁场强度测量装置，包括TMR芯片阵列、信号处理电路、微控制器以及显示器；

所述TMR芯片阵列设置于被测母排所处空间内，所述TMR芯片阵列的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与微控制器的输入端连接，所述微控制器的显示输出端与显示器的输入端连接。

进一步，所述TMR芯片阵列包括4个TMR芯片：TMR芯片Ⅰ、TMR芯片Ⅱ、TMR芯片Ⅲ以及TMR芯片Ⅳ，4个TMR芯片处于同一平面内且呈矩形阵列布置，4个TMR芯片分别位于矩形的4个顶点。

进一步，所述被测母排到TMR芯片Ⅰ的连线与被测母排到矩形阵列的对角线交叉点的连线之间的夹角为45度；被测母排到TMR芯片Ⅱ的连线与被测母排到矩形阵列的对角线交叉点的连线之间的夹角为45度。

进一步，所述电流测量装置根据如下方法测量电流：

以母排一个表面的几何中心为原点构建三维直角坐标系，其中，以母排电流方向为Z轴，垂直于母排选定表面的方向为Y轴，平行于母排选定表面的方向为X轴；

由TMR芯片阵列测量在三维直角坐标系中X轴方向的磁场强度分量B_x；

构建X轴磁场分量与被测母排的电流关系模型：

其中，B_x为X轴方向的磁场分量，母排的长度为2a，L为母排的宽度，I为待测的母排电流，d为芯片距离母排最近表面的垂直距离，b为母排厚度，(x₁,y₁,z₁)表示TMR芯片在三维直角坐标系中的坐标，y₁＝d，μ₀为真空磁导率；