电流换能器，包括用于测量初级导体(2)中流动的初级电流IP的测量电路(6)和电感器(4)，所述电感器包括由高磁导材料制作的可饱和磁芯(10)以及用于承载被配置为使所述磁芯交变地饱和的交变励磁i的次级线圈(12)，所述线圈被连接到所述测量电路。所述测量电路被配置为对于小电流振幅测量所述次级线圈中励磁电流的平均值并从其确定所述初级电流的数值，所述测量电路进一步被配置为对于大电流估计所述励磁电流i的频率并从其确定所述初级电流的数值。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电流换能器，尤其是磁通门类型的。
技术介绍
常规的磁通门电流换能器典型情况下包括经受着磁通门励磁线圈的交变磁场的高磁导率软磁性材料的磁芯。励磁线圈的交变磁场以交变方式使磁芯饱和。磁场，例如由初级导体中流动的电流产生的外磁场存在时，软磁芯的饱和特性变为(显然，从次级侧所见) 不对称并在驱动磁通门线圈的电路中产生对应的信号。结果信号与外磁场的振幅相关。在闭环电流换能器中，这个信号在反馈回路中被用于驱动被配置为抵消由初级电流联接引起的磁场效应的磁路上的次级线圈。闭环磁通门换能器的主要优点是它们的测量稳定性和准确地测量小振幅电流的能力以及动态范围大。不过，这样的换能器构建成本相对昂贵，所以并非最适于一般的成本敏感的电流测量应用。一定的应用要求以有限成本测量大范围的电流。要求准确地测量小振幅电流和大测量范围的应用实例是电池监视。电池监视可以包括测量电池系统的不同参数，温度、电压、阻抗和电流，以便估计电池的状态(电量、健全)。往往需要监视由几百模块组成的复杂系统，如工业UPS、电信系统或电池存储器系统。涉及电池监视应用的困难之一是电流测量，其中测量范围(DC)典型情况下可能从IOmA升到1000A变化。当今可用的低成本电流换能器不太适应对小振幅电流具有足够的准确度同时支持非常大的测量范围的工作，该非常大的测量范围可以从几毫安的涓流充电(浮动)电流到几百安培的电池放电和再充电电流。某些电动机、发电机和其他电力驱动器还可能要求在非常大范围上测量电流，用于准确而可靠地控制驱动器或发电机。
技术实现思路
在本专利技术的目标是提供准确地测量小电流又具有大测量范围的电流换能器。有利地，提供生产成本低的电流换能器。有利地，提供准确且生产成本低的用于电池监视的电流换能器。有利地，提供容易实施的电流换能器。有利地，提供紧凑而可靠的电流换能器。本专利技术的若干目标已经实现了，方式为提供根据权利要求1的混合模式磁通门换能器和根据权利要求10的电流测量方法。本文公开的磁通门电流换能器包括用于测量初级导体中流动的初级电流Ip的测量电路和电感器，所述电感器包括由高磁导材料制作的可饱和磁芯以及连接到所述测量电路的自振荡电路的次级线圈，所述次级线圈用于施加被配置为使所述磁芯交变地饱和的交变励磁电流i。估计电路被配置为对于小电流振幅测量所述励磁电流i的均值并从其确定所述初级电流的数值，所述估计电路进一步被配置为对于大电流测量所述励磁电流i的频率并从其确定所述初级电流的数值。所述电流换能器优选情况下具有的测量电路包括双极型DC电压源V。、将这个电压源交替地以一个或另一个极性连接到所述可饱和电感器的装置、检测流过影响所述连接装置的电感器的电流阈值的装置、测量这个电流的均(平均)值的电路、测量振荡频率的电路、将这些测量值线性化并结合的装置以及传送所述初级电流的计算值的输出电路。将所述电压源连接到所述可饱和电感器和所述电流阈值检测器的装置可以是比较器电路。所述平均值测量电路可以包括低通滤波器和模数转换器。测量所述振荡频率的电路可以被配置为通过在电压连接装置的切换周期期间对已知频率的周期计数而执行频率测量。使所述信号线性化并结合的装置可以是具有数模转换器和/或数字接口的系统。所述测量电路可以包括电阻Rm以测量所述励磁电流。所述电流换能器可以进一步包括连接所述测量电路的微处理器，所述微处理器除包括数值处理单元外还包括一个或多个以下模块模数转换器、电压基准、用于时间(周期)测量的计数器、数模转换器、数字输出。根据本专利技术，测量在初级导体中流动的电流的方法包括-提供包括具有自振荡励磁电路的测量电路以及电感器的电流换能器，所述电感器包括围绕可饱和磁芯缠绕的次级线圈。-将励磁电压施加到被配置为交变地使所述磁芯饱和的所述次级线圈。-对于小初级电流振幅，测量所述励磁电流i的均值，并从其确定所述初级电流的数值，以及-对于大初级电流振幅，测量驱动所述励磁电流流过所述电感器的所述自振荡电路的频率，并从其确定所述初级电流的数值。对于在数值i = 0附近的过渡区中的初级电流，可以根据所述励磁电流平均值和所述振荡频率两者计算所述输出值。根据本专利技术的、基于“磁通门”类型技术的电流换能器，生产和实施成本低又具有宽广的测量范围，同时提供了足够的准确度。所述换能器使用了由作用于可饱和电感器的初级电流所建立的磁场。在初级电流振幅低时，在所述次级线圈中流动的所述励磁电流的平均值产生趋向抵消由所述初级电流产生的磁场的平均磁场，使得所述交变励磁电流的平均值与所述初级电流的平均值相关。对于大初级电流，在励磁电流方向改变之间所述磁芯没有完全去饱和，使得所述交变励磁电流的平均值不再与所述初级电流相关。对于大初级电流，测量了所述交变励磁电流的励磁频率，其与所述初级电流相关，并且利用了适宜的微控制器，从而对于非常大测量范围上的高低电流级别都有可能准确地估计所述初级电流的数值。对于小初级电流IP，根据在所述次级线圈中流动的所述励磁电流的平均值的数值，可以确定所述初级电流值。优选情况下，对于表示了以下条件的初级电流，采用用于小电流的测量方法 Ip .— < Is0N其中Ip是初级电流，N是所述次级线圈的匝数，而is(1是在初级电流为0时使所述磁芯饱和的所述励磁电流的振幅。对于大初级电流，所述初级电流的测量基于对驱动所述次级线圈中所述交变励磁电流i的所述自振荡电路的所述励磁频率的估计。附图说明按照权利要求书以及本专利技术若干实施例的以下详细说明和附图，本专利技术的进一步目标和优势特征将显而易见，其中图1是表明测量参数的电池监视系统的简化展示；图2展示了根据本专利技术的实施例的电流换能器的可饱和电感器及其主要参数；图3是曲线图，展示了作为初级电流的函数，在次级(即励磁)线圈中电流频率变化的测量值；图如展示了根据本专利技术实施例的磁通门电流换能器的仿真模型的电路图，电流源由此被连接到磁通门换能器的等效电路图和电子测量电路；图4b是根据本专利技术的用于估计流过磁通门的电流的均值及其振荡频率的示范测量电路的仿真模型的功能框图；图如展示了仿真模型的几何和磁性参数以及电子比较器所需要的电压源；图如是曲线图，展示了初级电流小时在次级磁通门绕组中流动的电流；图恥是曲线图，展示了初级电流大时在次级磁通门绕组中流动的电流的切换频率；图6a是曲线图，展示了电路的两个输出信号与初级电流的关系；图6b是图6a的放大图；图6c是图6a的另一幅放大图；图7展示了根据本专利技术的电流换能器的测量电路的实施例的电路图。 具体实施例方式参考图1、图2和图7，根据本专利技术的电流换能器的实施例，用于测量在例如连接到电池1或者其他电气设备或电机的初级导体2中流动的初级电流IP，该初级电流对应于电池的充电或放电电流，或者电动机的驱动电流。换能器包括连接到测量电路6的电感器 4(表示电感L)。电感器包括磁路8以及次级线圈(文本也称励磁线圈)12，磁路8包括由高磁导率材料(软磁性材料)制作的磁芯10，次级线圈12围绕可饱和磁芯的至少一部分缠绕。次级线圈12被连接到供给励磁电流+i、_i通过次级线圈的测量电路6，励磁电流被配置为在一个方向然后在相反的方向交替地使该磁芯饱和。在显示的实施例中，磁芯为闭环的环形形式，具有初级导体延伸经过的中心通路14。初级导体被显示为直通本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：W·泰帕，小幡宽，畠山自，
申请(专利权)人：机电联合股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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