具有有源电容补偿的罗氏电流传感器制造技术

呈现了一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法和传感器，其中，将罗氏线圈(204)与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线(206)拉入所述罗氏线圈(204)的线中并借助以下事实使所述罗氏线圈(204)的所述线圈匝彼此之间的和/或与至少一条进一步电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈(204)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线(206)上。

【技术实现步骤摘要】
具有有源电容补偿的罗氏电流传感器
本专利技术涉及一种用于通过配备有有源电容补偿的罗氏线圈(Rogowski-Steinhaus-Chattock-Spule)来测量电流线中的AC电流的方法和传感器。
技术介绍
准确的电流测量在电气工程中具有核心重要性。就此而言，例如，控制回路中的电流测量一般直接决定了对应的整体系统的质量。所谓的罗氏线圈可以用来测量测量对象中流动的AC电流，所述线圈允许以非常高的带宽进行测量。罗氏电流传感器由至少一个罗氏线圈组成，所述至少一个罗氏线圈是由以圆形方式实施的环形导体回路构造的。为了在线路系统中安排竖直地环绕导体的罗氏线圈，环圈可以具有开口。环形导体回路在所述开口处结束的回流线路通常被引导经过罗氏线圈的内部。罗氏线圈组成了一种确定电力线路系统中的电流的简单且可靠的方法。有待测量的电流引起磁场，所述磁场环绕导体并且在位于导体周围的罗氏线圈中感生电压。然后可以通过所述电压计算导体中的电流。罗氏电流传感器用于宽频范围的AC电流中。在这种情况下，测量干扰朝向更高的频率变得越来越显著。如上文所提及的，罗氏线圈由测量线组成，所述测量线缠绕成环形线圈，并且所述测量线一般作为采用螺旋形式的引出导体来缠绕，并且在折返点之后作为环形线圈内的回流导体被引导回至环形线圈的起点。罗氏线圈(见A.P.Chattock(1887)，伦敦物理学会报告(ProceedingsofthePhysicalSocietyofLondon)23至26页，关于磁性电位计(Onamagneticpotentiometer)；W.Rogowski和W.Steinhaus(1912)，测量磁性电势差：测量磁场强度的线路积分(DieMessungdermagnetischenSpannung:MessungdesLinienintegralsdermagnetischen)，电气工程档案(ArchivfürElektrotechnik)，1(4):141-150))使用有待放置成绕测量电流或绕载有所述测量电流的导体的环形线圈。与其有所不同，所述线圈不一定需要包围导体(见S.Hain、M.Bakran(2014)，“借助电感性电流传感器进行高度动态的电流测量——数值方法(Highlydynamiccurrentmeasurementswithinductivecurrentsensors–anumericalrecipe”，PCIM欧洲，1617至1624)。为了通过罗氏线圈测量与有待测量的电流的导数成比例的电压信号，应该非常均匀地缠绕罗氏线圈。罗氏线圈允许以从毫赫范围到兆赫范围的非常高的带宽对AC电流进行测量。然而，使用常规罗氏线圈进行电流测量时，在具有几兆赫频率的AC电流的情况下，由于罗氏线圈的物理特性而产生限制。已经发现的是，具体在对应的罗氏线圈内以及罗氏线圈与测量对象或地之间产生的电容对通过罗氏线圈所测量的电流的测量准确度有影响。具体地，在此可以标识影响罗氏线圈的测量准确度的四类电容。就此而言，罗氏线圈的任意(特别是相邻的)两个线匝之间的电容具体以穿过罗氏线圈的AC电流的高频率发生。这种电容具有的效果越强，对应的线匝之间的电压差就越高，因为所述电容与对应的线匝之间的电压差之间的耦合产生效果。只要电压差已经在罗氏线圈的相邻线匝之间形成(由于AC电流的短波长)，这种电压差就随着穿过线圈的对应AC电流的频率而增大。而且，罗氏线圈的对应线匝之间的电压差随着对应线匝之间的空间距离的减小而增大。然而，为了提高对应罗氏线圈的灵敏度，罗氏线圈的对应线匝之间的距离通常被减小或保持尽可能地小，并且线匝数被增大或被选定为尽可能地高，从而使得根据上文所给出的解释，促使在线匝之间产生电容。与罗氏线圈的对应线匝之间的电容类似地，对应线匝与在罗氏线圈内部被引导的回流导体之间的电容可以产生并且被等效地视为任意两个线匝之间的电容。而且，在罗氏线圈的每个独立导体部分与对应的测量对象或地之间产生电容。在这种情况下，罗氏线圈的对应导体部分与测量对象之间的耦合的影响随着电压和在测量对象中流动的电流的频率而增大。此外，如果存在静电屏蔽(见例如年度IEEE电力电子专家会议35:1143页至1148页，C.Hewson,W.F.Ray(2004)，“电力电子应用中针对宽带宽电流测量而设计的罗氏线圈的静电屏蔽效应(TheeffectofelectrostaticscreeningofRogowskicoilsdesignedforwide-bandwidthcurrentmeasurementinpowerelectronicapplications)”)，则存在罗氏线圈的每个单独导体部分与屏蔽电势之间的耦合。另外，对应的罗氏线圈的所有电容与对应的电感一起形成可以使得测量带宽成数量级地减小的滤波器或谐振。一般地，跨电容的阻抗随着有待测量的AC电流的渐增频率而减小，为此原因，信号和干扰会经受更大的串扰，尤其是在跨电容的高频率下。对理解和功能重要的是，清楚地在导体中的电压(例如，罗氏线圈的提供测量信号的末端之间)与导体相对于地的参考电势之间进行区分。在这种情况下，电压仅被定义为差，并且具体是由于有待测量的AC电流的感应而形成的。在这种情况下，导体的两个点之间的电压按照定义对应于这两个点的电势之差。然而，电压(包括由待测量电流所感生的电压)不定义相应导体的电势。然而，此电势对使电容性耦合最小化具有核心重要性。文献WO2015104189A1描述了一种电流测量设备，所述电流测量设备提供具有两个屏蔽件的罗氏线圈。在这种情况下，罗氏线圈绕第一屏蔽件被缠绕，同时第二屏蔽件环绕罗氏线圈。由于所述屏蔽件，减小了罗氏线圈的测量不准确性并且增大了带宽。文献WO2010041139A1描述了一种用于在电导体中进行电流测量的线圈，其中，所述线圈包括至少一个几何上完全闭合的环路，即未以螺旋的形式实施，与罗氏线圈情况下的例行实践相反。在此，相邻的环路彼此电连接。文献EP2084721B1描述了一种罗氏线圈安排，所述罗氏线圈安排包括分别被磁性屏蔽件环绕的两个罗氏线圈，其中，继电器将这两个线圈的电压信号彼此相减，以便使电气干扰最小化。文献DE3544508A1描述了一种用于同时测量导体上的电流和电压的组合式传感器，其中，提供了被金属的非磁性屏蔽件环绕的罗氏线圈。在这种情况下，由屏蔽件与有待测量的导体形成电容器，所述电容器用于测量导体中的电压。文献US7545138B2公开了一种电流测量设备，其中，线圈导体被完全地绕线圈铁芯缠绕一次，然后完全以相反的方向缠绕。另外，测量电流被法拉第屏蔽件环绕。
技术实现思路
在这个背景下，本专利技术的目的是呈现一种具有如下项1和10的特征的方法和传感器，借此使产生电容的效果最小化。在相应的项2-9和11-18和以下的说明中可以收集本专利技术的多种构型。1.一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法，其中，将罗氏线圈与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线拉入所述罗氏线圈的线圈匝中，并借助以下事实使所述罗氏线圈的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈的所述线圈匝的电势相对应的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法，其中，将罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)拉入所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的线圈匝中，并借助以下事实使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)上。

【技术特征摘要】
2016.12.13 DE 102016124167.91.一种用于测量流经测量对象的AC电流的时间导数的方法，其中，将罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)与所述测量对象对准，并且将至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)拉入所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的线圈匝中，并借助以下事实使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝彼此之间的电容性耦合和/或使所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝与至少一条另一电力线的电容性耦合最小化：通过有源反馈将与所述罗氏线圈(101，204，304，404，504，604，704)的所述线圈匝的电势相对应的电势施加到所述至少一条分隔线(106，206，306，406，506，606，706)上。2.如权利要求1所述的方法，其中，至少一个电压源(214，314，414，514，522，614，622，714)用于所述有源反馈。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少一个滤波器(316，416，516，524，616，624)用于所述有源反馈。4.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个放大器元件(318，418，518，526，618，626)用于所述有源反馈。5.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少一个可校准偏置件(420，520，528，620，628)用于所述有源反馈。6.如权利要求1或2所述的方法，其中，在所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706)的多个位置处实现对电势的所述有源反馈。7.如权利要求6所述的方法，其中，在至少一个位置处，用于所述有源反馈的对应部件具有有限输出电阻。8.如权利要求1或2所述的方法，其中，具有高分布电阻的导体材料被用于至所述分隔线(106，206，306，406，506，606，706)的至少一个位置的馈线。9.如权利要求1或2所述的方法，其中，至少两条分隔线(7...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·格茨，H·迪波斯，
申请(专利权)人：保时捷股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE