电流测量制造技术

本公开涉及电流测量。测量电路被布置成在不同时间或者在多相供电系统的各个相中由电流传感器测量的电流的不同频率分量进行多次测量。然后使用测量来校正传感器的传递函数的差异。

【技术实现步骤摘要】
电流测量
本专利技术涉及电流测量设备，其配置成测量多相电源的导体中的电流，并涉及电流测量方法。本主题还涉及包括这种电流测量设备的多相电力供应装置。
技术介绍
期望测量提供给负载的电流，例如用于计费目的或用于安全监控。各种电流测量装置包括电流分流器、电流互感器、Rogowski线圈、霍尔效应器件等。电流分流器通过测量通过电流分流器的电流在电流分流器两端产生的电压来提供电流值的间接测量。在使用中，提供与负载串联的已知电阻的电流分流器，并且测量由负载汲取电流在电流分流器两端产生的电压。然后，考虑到测量的电压和分流器的已知电阻，基于欧姆定律确定通过电流分流器的电流。因此，如果在分流器两端测量的电压是Vs并且分流器的传递函数是Fs，则可以从Is＝Vs*Fs计算电流Is。该概念可以扩展到包括作用于分流器两端产生的电压的信号处理链的传递特性。例如，来自分流器的电压信号可能在被数字化之前经受增益。需要考虑这些缩放因子。
技术实现思路
某些应用，例如电力消耗和发电的计量，需要在长时间内高精度地进行测量。例如，在北美，ANSIC12.20标准规定，对于.5消耗量表，精度为±0.5％，对于.2消耗量表，精度为±0.2％。适用于欧洲和其他地方的标准，如IEC62053，规定了类似的精度要求。因此可以理解，必须高精度地知道电流分流器的电阻，以使仪表能够满足规定的精度要求。虽然分流电阻通常较低，以使功耗和不良电路效应最小化，但电流分流器仍然容易随温度漂移而发热，从而导致电阻变化，这可能导致在电阻的普通温度系数的分流中测量精度的损失。因此，鉴于其非常低的电阻温度系数，因此广泛使用由锰铜合金形成的分流电阻器。显而易见的是，准确的电流测量取决于在分流器上产生的电压的测量对于温度和寿命的准确和稳定。这是因为电压测量电路的传输增益的变化或电压测量电路中使用的参考的精度不足将导致误差。由于这些原因，当电流分流器和读出电子器件组合在一起时执行一次性工厂校准是正常的，因此与电流与测量值的实际组合传递函数相关的因子很大程度上由分流电阻器和电压测量，可以存储并用于后续测量，以达到所需的精度。测量高电流值的另一种方法涉及使用缠绕在磁芯上的电流互感器，该磁芯设置在承载待测量电流的导体周围。电流互感器具有优于分流电阻器的优点，其具有较小的侵入性并且提供与载流导体的隔离。电流互感器只能测量交流电流。电流互感器在次级线圈中产生电流，该电流是初级导体中的电流的比率，然后次级线圈电流通过负载变为电压，称为负载电阻器。准确测量负载电阻两端的电压，并准确了解负载电阻两端的初级电流与电压的传递函数(即结合匝数，磁性和负载电阻的影响)，以准确和精确地测量电流。与电流分流器一样，通常执行一次性工厂校准以补偿一些或所有元件中的不准确性，这些元件有助于初级电流到测量值的整体传递函数。另一种方法使用霍尔电流探头，它能够测量交流和直流。然而，在开环配置中，霍尔电流探头易于出现非线性和温度漂移。在闭环配置中，霍尔电流探头在非线性和温度漂移方面提供了改进，尽管在测量更高电流的情况下配置的重量和尺寸显着增加。Rogowski线圈电流探头可用于测量高电流。电流测量的方法，例如通过分流电阻器，电流互感器，Rogowski线圈和霍尔电流探头，在下面进行了描述和讨论：CurrentSensingTechniques:AReview,SilvioZieglerRobertC.WoodwardandHerbertHo-ChingIu,IEEESensorsJournal,Vol.9,No.4,April2009。不同的方法各有优缺点。负载电流测量通常与线电压测量结合进行，线电压测量涉及测量电流在其上传递的导体之间的电压，以便确定电功率。通常，导体之间的电阻分压器用于线电压测量。高精度功率计算需要精确且稳定的负载电流和线电压测量的相对相位和频率响应，以便精确地确定诸如功率因数，谐波含量以及有功功率和无功功率之间的差异等指标。WO2013/038176描述了一种改进的电流测量方法。根据WO2013/038176的方法，如上所述，设置电流传感器，例如电流分流器，电流互感器，霍尔电流探头或罗果夫斯基线圈，与导体相关联以感测负载汲取电流流过导体。将具有足够高精度的参考信号施加到电流传感器，使得电流传感器响应于负载汲取电流信号和施加的参考信号。获取来自电流传感器的输出信号，并从输出信号中提取对应于参考信号的输出信号部分。然后，基于参考信号和对应于参考信号的输出信号的提取部分，确定电流传感器和电流传感器处理链的传递函数。此后，使用由电流传感器检测的传递函数和负载汲取电流确定流过导体的实际负载汲取电流。因此，负载汲取电流的测量精度取决于已知的参考信号具有相当高的精度，而不是电流传感器的性能，并且其处理链具有高精度。不依赖于电流传感器的已知精度意味着可以使用较低质量的传感器。此外，WO2013/038176的方法解决了由于老化和温度变化等引起的电流传感器及其处理链的漂移，并且还提供了附加功能，例如检测对电力消耗计的篡改。WO2013/038176的方法依赖于从输出信号的其余部分适当地提取对应于参考信号的输出信号的一部分的能力，并且通常在参考信号的幅度比负载电流信号小得多的情况下。尽管WO2013/038176的装置被配置为改变参考信号的特性以改善对应于参考信号的输出信号的部分的适当提取，但在某些情况下参考信号和负载电流信号共享特性，对信号提取过程提出了障碍。WO2013/038176描述了一种解决该问题的方法，其涉及从输出信号中去除负载电流信号。更具体地，该方法包括对负载电流信号进行第二次测量，该负载电流信号缺少所施加的参考信号以提供第二输出信号并从第一输出信号中减去第二输出信号以留下对应于参考的第一输出信号的部分信号。WO2013/038176描述了如何通过同一导体中的两个电流传感器来实现这种方法，例如，带电导体，或带电导体中的一个电流传感器和中性导体中的另一个电流传感器，并且参考信号仅施加到两个电流传感器之一。本专利技术人已经考虑将从负载电流信号中去除负载电流信号的方法扩展到多相配置，并且已经开始认识到这样做的容易性的障碍。考虑到WO2013/038176的配置，其包括在带电导体中的一个电流传感器和在中性导体中的另一个电流传感器，现在将描述表达WO2013/038176中描述的方法的替代方式。带电电传感器具有传递函数F1，中性电流传感器具有传递函数FN。当没有参考信号施加到任何电流传感器时，由带电电流传感器产生的测量M1与由第二电流传感器产生的测量MN的比率等于F1和FN的比率，假设带电电流返回到中性点上导体。因此，可以基于由两个电流传感器进行的测量来确定传递函数的比率K。因此，比率K基于独立的等式确定，即F1*M1+FN*MN＝0，其中K＝F1/FN＝-MN/M1。在确定了传递函数的比率之后，将参考信号施加到两个电流传感器之一，例如，两个电流传感器。带电导体中的电流传感器。测量来自两个电流传感器的输出信号。施加参考信号的电流传感器的传递函数，例如，电流传感器的传递函数。然后可以将F1确定为两个输出信号的函数，即较早确定的传递函数的比率K和单独的参考信号。因此，该过程涉及从确定施加参考信号的电流传感器的传递函本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于多相电源的电流测量设备，包括：至少两个电流测量变换器；和数据处理器，布置为通过应用Kirchoffs电流法则来比较多个电流测量值并确定传递函数的比率，确定所述至少两个电流测量变换器的传递函数的比率。

【技术特征摘要】
2017.09.11 US 15/700,8671.一种用于多相电源的电流测量设备，包括：至少两个电流测量变换器；和数据处理器，布置为通过应用Kirchoffs电流法则来比较多个电流测量值并确定传递函数的比率，确定所述至少两个电流测量变换器的传递函数的比率。2.权利要求1所述的电流测量设备，其中使用以下中的至少一个来确定每个传递函数与该传递函数比或每个其他传递函数比不同：在至少一个频率范围内测量的电流的实部和虚部；和在不同时间进行的电流测量。3.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述电流测量设备执行频域分析，并使用在一个或多个频率范围内的电流的同相(实部)和异相(虚部)分量的测量值作为传递函数比率的确定的一部分。4.权利要求1所述的电流测量设备，还包括表征设备，用于表征至少一个电流测量变换器的传递函数到指定的精度。5.权利要求4所述的电流测量设备，其中所述表征设备包括：用于将第一已知时变电流添加到由所述第一电流传感器测量的电流的电流源；以及用于监控所述第一电流传感器的输出的处理器，用于由于已知的时变电流提取信号分量，并且基于将已知时变电流的提取信号与已知时变电流进行比较以确定所述第一电流传感器的传递函数。6.权利要求1所述的电流测量设备，包括第一、第二和第三电流变换器，用于测量分相电源中三相电源或电流的第一、第二和第三相中的电流。7.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述数据处理器进一步设置为确定在多相电源的每个相中流动的电流。8.权利要求3所述的电流测量设备，其中来自测量换能器的信号从时域变换到频域，以提供在多个频率区间处测量的电流的实部和虚部的估计，并且所述数据处理器被布置为解决多个独立方程，其中对于两个或更多个频率仓，所测量的电流的实部的总和为零，并且所测量的电流的虚部的总和为零。9.权利要求1所述的电流测量设备，其中所述数据处理器被布置为执行时域分析，其中所述数据处理器被布置为将多个不同的时间窗口应用于测量的输出信号，以识别多相电源的负载的变化。10.权利要求9所述的电流测量设备，其中应用以下其中一项：预计负载的变化将在AC电流的周期与周期之间发生，并且时间窗跨越AC电流的周期；预计负载电流的变化发生在AC电流的一个周期内，并且窗口在AC电流的一个周期内。11.权利要求1所述的电流测量设备，包括在功耗表中，包括包括至少一个用于测量电压的电压测量装置和累加器，用于累积给定时间的电压乘积和在相同给定时间吸取的电流之和。12.权利要求5所述的电流测量设备，其中所述电流测量设备进一步配置为将第二已知时变电流施加到第二个电流传感器，并且其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·E·D·赫维茨，W·M·J·霍兰德，S·A·A·达内斯，
申请(专利权)人：亚德诺半导体无限责任公司，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM