无接触式电流测量制造技术

本发明专利技术涉及用于无接触式电流测量的设备和方法。为了借助环形磁芯在第一初级导体处和在第二初级导体处进行无接触式电流测量，第一初级导体被构造用于传导具有第一电流强度的第一初级电流，并且第二初级导体被构造用于，传导具有第二电流强度的第二初级电流，所述磁芯包围第一初级导和第二初级导体，提出：检测所述磁芯中的总磁场并且由所述磁芯中的检测的总磁场产生与由第一电流强度和第二电流强度组成的总和对应的信号。此外提出：分别为其检测第一磁场分量或第二磁场分量或者两者并且由所检测的第一磁场分量或第二磁场分量或两者产生与第一电流强度对应的信号或与第二电流强度对应的信号或两个所述信号。

【技术实现步骤摘要】
无接触式电流测量
本说明书涉及用于无接触式电流测量的设备和方法、尤其根据磁通门原理的设备和方法。
技术介绍
为了无接触式地并且因此无电位地测量导体中的待测量电流的强度，特别是使用所谓的直接反映的电流传感器，所述电流传感器例如借助霍尔传感器结合完全地或部分地包围导体的环形磁芯来检测通过电流引起的磁通量并且在无（闭合的）调节回路结构的情况下借助后续的信号处理产生与电流强度成比例的信号。这些传感器是成本有利的，但是具有相对低的准确性。此外，也应用所谓的补偿电流传感器，其中，例如借助闭合的调节回路和施加到环形磁芯上的补偿线圈连续地产生与由待测量电流引起的磁场的强度相同强度的反向磁场，以便持续地实现完全的磁场补偿。然后，由用于产生反向磁场的参数可以导出导体中的待测量电流的大小。补偿电流传感器是更耗费的，但对此也是更准确的。然而，特别的补偿电流传感器群组不包含闭合的调节回路。在这种所谓的磁通门电流传感器中，仅仅在测量循环内的确定时间间隔期间进行由待测量电流引起的磁场的补偿。此外，在每个测量循环期间，借助补偿线圈以磁的方式驱动环形芯进入饱和，不仅在正的磁场方向上而且在负的磁场方向上。通过后续的合适的信号处理，可以消除磁芯的磁滞影响并且因此实现非常准确的电流测量。出于该原因，磁通门电流传感器也适用于差动电流测量。差动电流测量是总和电流测量的特殊情况。在总和电流测量的情况下，至少两个导体由环形芯包围并且求取在所有这些导体中的总电流。如果现在在总和电流测量的情况下电流在至少两个导体中在相互相反的方向上流动，则谈及差动电流测量，其中，电流的差在两个电流方向上的电流大致相同强的情况下可以变得非常小。适合于差动电流测量的电流传感器通常应用在故障电流保护开关中。根据VDE规范0100-530，在家庭中大多使用类型A的故障电流保护开关，所述故障电流保护开关被设计用于探测交变电流中的以及脉动式直流电流中的故障。如果例如应该通过用电器在电网中产生大于6mA的直流电流，则保护开关中的磁芯变得饱和并且因此不能够充分地或者完全不能够再探测到故障。由于该状况，对于人存在最高的危险并且也不能够再确保防火。在现今的应用中（例如在用于电动汽车的充电线缆、无隔离变压器的太阳能逆变器等中），可能在电网中发生这种直流电流叠加。对于这种情况，也可以安装类型B的故障电流保护开关，所述故障电流保护开关在确定的混合电流值的情况下可以分离电网。为了安全，可以在存在直流电流叠加的危险的装置中采取附加的措施来进行保护。然而，必须一直确保，无高于预给定的最大值（例如6mA）的直流电流部分流到电网中，以便不使故障电流保护开关的磁芯饱和。
技术实现思路
这通过如下描述的用于无接触式电流测量的电流传感器设备和方法来解决。电流传感器设备包括第一初级导体、第二初级导体以及环形的磁芯，所述第一初级导体被构造用于，传导具有第一电流强度的第一初级电流，所述第二初级导体被构造用于，传导具有第二电流强度的第二初级电流，所述磁芯包围所述第一初级导体和所述第二初级导体，使得在所述磁芯中，第一初级电流产生第一磁场分量，并且第二初级电流产生第二磁场分量，其中，所述第一磁场分量和所述第二磁场分量叠加成总磁场。所述电流传感器设备还包括磁场分析装置，所述磁场分析装置被构造用于，检测所述磁芯中的总磁场并且由所述总磁场产生与由所述第一电流强度和所述第二电流强度组成的总和对应的信号，并且所述磁场分析装置还被构造用于，分别为其检测所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者并且由所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者产生与第一电流强度对应的信号或与第二电流强度对应的信号或两个所述信号。用于借助环形芯在第一初级导体处和在第二初级导体处进行无接触式电流测量的方法，所述第一初级导体被构造用于，传导具有第一电流强度的第一初级电流，所述第二初级导体被构造用于，传导具有第二电流强度的第二初级电流，所述磁芯包围所述第一初级导体和所述第二初级导体，使得在所述磁芯中，第一初级电流产生第一磁场分量，并且第二初级电流产生第二磁场分量，并且所述第一磁场分量和所述第二磁场分量叠加成总磁场，所述方法包括：检测所述磁芯中的总磁场并且由所述磁芯中的所检测的总磁场产生与由第一电流强度和第二电流强度组成的总和对应的信号。所述方法还包括：分别为其检测所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者并且由所检测的第一磁场分量或第二磁场分量或两者产生与第一电流强度对应的信号或与第二电流强度对应的信号或两个所述信号。附图说明下面根据在附图的图中示出的实施例详细阐述本专利技术，其中，相同的或类似的元件配备有相同的附图标记。图1以框图示出按照磁通门原理工作的电流传感器。图2以作为在磁场强度上的磁化的曲线图示出在初级电流为零的情况下，自由振荡的电流传感器中的磁芯的磁化特征曲线的理想的变化过程。图3以电流/时间曲线图示出在初级电流为零的情况下，自由振荡的电流传感器中的次级电流的理想的变化过程。图4以作为在磁场强度上的磁化的曲线图示出在初级电流大于零的情况下，自由振荡的电流传感器中的磁芯的磁化特征曲线的理想的变化过程。图5以电流/时间曲线图示出在初级电流大于零的情况下，自由振荡的电流传感器中的次级电流的理想的变化过程。图6以框图示出按照磁通门原理工作的电流传感器，所述电流传感器尤其用于差动电流测量以及用于检测初级电流的强度。图7以电压/时间曲线图示出在初级电流为零的情况下，与次级电流对应的次级源电压的时间变化过程。图8以电压/时间曲线图示出在无初级电流的情况下在图7中示出的源电压的频谱。图9以电压/时间曲线图示出在初级电流大于零和频率为50Hz的情况下，与次级电流对应的次级源电压的时间变化过程。图10以电压/时间曲线图示出在5A和50Hz的初级电流的情况下，在图9中示出的源电压的频谱。图11以电压/时间曲线图示出在初级电流大于零以及10A和100Hz的频率的情况下，源电流的频谱。图12以框图示出用于检测初级电流强度的替代设备。具体实施方式在图1中示出示例性的按照磁通门原理工作的不具有磁滞误差的电流传感器。在所示的示例中，电流传感器应测量以下电流：该电流在下面称作初级电流iP并且流过初级导体101。电流传感器具有次级导体102以及例如未开孔的环形的（磁）芯103，所述（磁）芯由软磁材料制成。初级导体101和次级导体102通过芯103相互磁耦合并且为此可以例如分别未经卷绕（绕组数目等于1）或经卷绕（绕组数目大于1）地实施，其中，初级导体101的绕组的数目和次级导体102的绕组的数目可以相同或不同。例如，初级导体可以直线地引导通过环形的芯103，也即未经卷绕并且由环形的芯103包围。次级导体102可以以绕组数目N（N>1）卷绕地实施，也即，以多于一个绕组环绕芯103地实施。次级导体102通过受控电压源104馈电，所述电压源产生例如矩形的双极源电压±Us并且因此驱动通过次级导体102的次级电流iS。为了测量次级电流，在次级导体102和电压源104之间连接有具有电阻值RSH的分流电阻105。在分流电阻105上出现的电压USH借助测量单元106来量取、分析并且以代表差动电流的信号D的形式供给给控制单元107。控制单元107由其产生控制信号CTR，借助该控制信号控制电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电流传感器设备，所述电流传感器设备具有：第一初级导体，所述第一初级导体被构造用于，传导具有第一电流强度的第一初级电流，第二初级导体，所述第二初级导体被构造用于，传导具有第二电流强度的第二初级电流，环形的磁芯，所述磁芯包围所述第一初级导体和所述第二初级导体，使得在所述磁芯中，第一初级电流产生第一磁场分量，并且第二初级电流产生第二磁场分量，其中，所述第一磁场分量和所述第二磁场分量叠加成总磁场，和磁场分析装置，所述磁场分析装置被构造用于，检测所述磁芯中的总磁场并且由所述总磁场产生与由所述第一电流强度和所述第二电流强度组成的总和对应的信号，并且分别为其检测所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者并且由所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者产生与第一电流强度对应的信号或与第二电流强度对应的信号或两个所述信号。

【技术特征摘要】
2017.12.13 DE 102017222667.61.一种电流传感器设备，所述电流传感器设备具有：第一初级导体，所述第一初级导体被构造用于，传导具有第一电流强度的第一初级电流，第二初级导体，所述第二初级导体被构造用于，传导具有第二电流强度的第二初级电流，环形的磁芯，所述磁芯包围所述第一初级导体和所述第二初级导体，使得在所述磁芯中，第一初级电流产生第一磁场分量，并且第二初级电流产生第二磁场分量，其中，所述第一磁场分量和所述第二磁场分量叠加成总磁场，和磁场分析装置，所述磁场分析装置被构造用于，检测所述磁芯中的总磁场并且由所述总磁场产生与由所述第一电流强度和所述第二电流强度组成的总和对应的信号，并且分别为其检测所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者并且由所述第一磁场分量或所述第二磁场分量或者两者产生与第一电流强度对应的信号或与第二电流强度对应的信号或两个所述信号。2.根据权利要求1所述的电流传感器设备，其中，所述第一初级电流在所述第一初级导体中流动并且所述第二初级电流在所述第二初级导体中流动，使得在所述磁芯中所述第一磁场分量与所述第二磁场分量相互反向。3.根据权利要求2所述的电流传感器设备，其中，所述第一初级电流和所述第二初级电流具有相同的频率。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电流传感器设备，其中，所述磁场分析装置具有：次级导体，所述次级导体在至少一个区段处由所述磁芯包围；可控电压源，其与所述次级导体连接并且被构造用于施加具有可控极性的电压到所述次级导体上，使得相应的次级电流流过所述次级导体，与所述次级导体和所述可控电压源耦合的控制单元，所述控制单元被构造用于，持续地探测在所述芯中磁饱和的达到并且在探测到所述芯中的磁饱和时如下控制所述电压源：使所述电压换极，以便重新磁化所述磁芯，电流分析单元，所述电流分析单元被构造用于产生代表所述次级电流的测量信号，由所述测量信号求取所述第一初级电流的频率或所述第二初级电流的频率或者两者以及求取在所属的频率处所述第一初级电流的幅度或在所属的频率处所述第二初级电流的幅度或者两者。5.根据权利要求4所述的电流传感器设备，其中，所述控制单元与所述电流分析单元耦合并且此外被构造用于，通过分析所述测量信号，当所述测量信号超出所定义的最大值或低于所定义的最小值时，探测到在所述磁芯中的磁饱和的达到。6.根据权利要求4或5所述的电流传感器设备，其中，所述电流分析单元此外被构造用于，形成所述测量信号的频谱，由所述频谱求取所述第一初级电流的频率或所述第二初级电流的频率或者两者，以及由所述频谱求取在所属的频率处所述第一初级电流的幅度或在所属的频率处所述第二初级电流的幅度或者两者。7.根据权利要求6所述的电流传感器设备，其中，所述电流分析单元被构造用于周期性地采样所述测量信号并且借助频谱变换由采样值计算所述测量信号的数字频谱。8.根据权利要求7所述的电流传感器设备，其中，所述次级电流具有振荡频率，并且所述频谱在所述次级电流的振荡频率处具有主瓣并且与所述主瓣对称地具有两个旁瓣，以及由主瓣和旁瓣之间的间距或由所述两个旁瓣的间距求取所述初级电流的频率。9.根据权利要求8所述的电流传感器设备，其中，主瓣和相邻的旁瓣之间的间距相应于所述初级电流的频率。10.根据权利要求5所述的电流传感器设备，其中，所述电流分析单元此外被构造用于，确定以下时间段并且产生相应于所述时间段的正的信号：在所述时间段期间，所述测量信号超出所定义的最大值，确定以下时间段并且产生相应于所述时间段的负的信号：在所述时间段期间，所述测量信号低于所定义的最小值，将所述正的信号和所述负的信号进行相互比较。11.根据权利要求1至3中...

【专利技术属性】
技术研发人员：S伯特歇尔，H施温克，
申请(专利权)人：真空融化两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE