BR112021001301A2 - dispositivo transdutor de corrente com transdutor de corrente e método para calibrar transdutor de corrente - Google Patents

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Abstract

A presente invenção refere-se a dispositivo transdutor de corrente (10) com transdutor de corrente (12) para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução (14), o transdutor de corrente (12) com um elemento sensível ao campo magnético (18) para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14) em pelo menos uma quantidade física e um dispositivo de medição (24) para medir a quantidade física. De acordo com a invenção, o dispositivo transdutor de corrente (10) possui também um conjunto de bobina (26) para simular o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14), cujo conjunto de bobina compreende pelo menos uma bobina (28). A invenção ainda se refere a método para calibrar transdutor de corrente correspondente (12) e a produto de programa de computador correspondente para realizar o método de calibração.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO TRANSDUTOR DE CORRENTE COM TRANSDUTOR
DE CORRENTE E MÉTODO PARA CALIBRAR TRANSDUTOR DE CORRENTE". Descrição
[0001] A invenção refere-se a um dispositivo transdutor de corrente com um transdutor de corrente para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução, em que o transdutor de corrente possui um elemento sensível ao campo magnético para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução em pelo menos uma variável física e um dispositivo de medição para medir essa variável física.
[0002] A invenção, além disso, se refere a um método para calibrar um transdutor de corrente para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução, que possui um elemento sensível ao campo magnético para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução em uma variável física, e a um produto de programa de computador correspondente para realizar o método.
[0003] Um dispositivo transdutor de corrente do tipo mencionado no início é conhecido do documento US 3 605 013 A como um transdutor de corrente magneto-óptico. Uma bobina de fibra óptica serve lá como elemento sensível ao campo magnético e converte o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução em uma mudança no estado de polarização da luz laser que passa através da bobina de fibra óptica. Um arranjo analisador-detector serve como dispositivo de medição. Um dispositivo transdutor de corrente que opera com base em um princípio de medição altamente semelhante é divulgado no documento DE 25 48 278 A1.
[0004] Em contraste com os transformadores de corrente indutivos de acordo com o princípio do transformador (doravante referidos como transdutores de corrente convencionais), em que a corrente elétrica a ser determinada ao longo do caminho de condução resulta da corrente medida no lado secundário e da relação de espiras entre o lado primário e transdutores de corrente não convencionais do lado secundário, tais como, por exemplo, o transdutor de corrente magneto-óptico acima mencionado, possuem que ser rotineiramente calibrados.
[0005] O objetivo da invenção é especificar medidas para a calibração simples e confiável do transdutor de corrente.
[0006] O objetivo é alcançado pelas características das reivindicações independentes. Refinamentos vantajosos são especificados nas reivindicações dependentes.
[0007] No dispositivo transdutor de corrente de acordo com a invenção com um transdutor de corrente para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução, que possui um elemento sensível ao campo magnético para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução em pelo menos uma variável física e um dispositivo de medição para medir a variável física, há provisão para este dispositivo transdutor de corrente ter, além disso, um arranjo de bobina para simular o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução, cujo arranjo de bobina compreende pelo menos uma bobina.
[0008] Para calibrar o transdutor de corrente do dispositivo transdutor de corrente, o arranjo de bobina presente no dispositivo transdutor de corrente pode ser usado para gerar um campo magnético que é equivalente ao campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução. Os componentes necessários para a calibração já estão presentes no dispositivo transdutor de corrente e, portanto, nenhuma estrutura adicional precisa ser provida para a calibração. Além disso, os componentes disponibilizados aqui usam a relação de espiras (número de espiras no caminho da corrente para o número de espiras no conjunto de bobina do arranjo de bobina) de acordo com o princípio do transformador para calibração.
[0009] Há, em particular, provisão para que o arranjo interno do dispositivo e a orientação do arranjo de bobina sejam fixamente predefinidos ou fixamente predefinidos em relação ao elemento sensível ao campo magnético.
[0010] De acordo com um refinamento preferido da invenção, está previsto que o elemento sensível ao campo magnético tenha um formato de bobina ou anel ou quadro. Esse formato é necessário em particular para transformadores diretos.
[0011] De acordo com um outro refinamento preferido da invenção, a bobina ou pelo menos uma das bobinas envolve o elemento sensível ao campo magnético pelo menos em seções. No caso de um formato de bobina ou de anel ou de quadro do elemento sensível ao campo magnético, o termo seção se refere às seções circunferenciais do formato de bobina, anel ou quadro.
[0012] De acordo com ainda outra modalidade preferida da invenção, está previsto que o elemento sensível ao campo magnético seja um elemento opticamente ativo e/ou um elemento magnetizável.
[0013] Há provisão vantajosa para que pelo menos uma variável física seja - uma variável que descreve o estado do elemento opticamente ativo em relação a uma propriedade óptica e/ou - uma variável que descreve o estado do elemento magnetizável em relação a uma propriedade magnética.
[0014] Em um refinamento adicional vantajoso, é previsto que o dispositivo transdutor de corrente tenha um gerador de corrente para energizar a pelo menos uma bobina para simular o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução.
[0015] Finalmente, no que diz respeito ao dispositivo transdutor de corrente, é vantajosamente previsto que ele tenha um dispositivo de controle e/ou regulação para realizar um processo de calibração para calibrar o transdutor de corrente. Geralmente é conectado ao dispositivo de medição e ao gerador de corrente para a troca de sinais. O dispositivo de controle e/ou regulação é de preferência um dispositivo de controle e/ou regulação baseado em computador.
[0016] No método de acordo com a invenção para calibrar um transdutor de corrente para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução, que possui um elemento sensível ao campo magnético para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução em uma variável física, há provisão, a fim de calibrar o transdutor de corrente, para o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução a ser simulado por meio de um arranjo de bobina compreendendo pelo menos uma bobina.
[0017] Há, em particular, provisão para o transdutor de corrente ser parte de um dispositivo transdutor de corrente acima mencionado e para o arranjo de bobina deste dispositivo transdutor de corrente ser usado para simular o campo magnético.
[0018] No caso do produto de programa de computador de acordo com a invenção, está previsto que este compreenda porções de programa que são projetadas para serem carregadas em um processador de um dispositivo de controle e/ou de regulação baseado em computador de modo a realizar o método acima mencionado.
[0019] Modalidades exemplares da invenção são mostradas esquematicamente a seguir nos desenhos e descritas em mais detalhes abaixo. Nas figuras: Figura 1 mostra um arranjo que consiste em um caminho de condução e dispositivo transdutor de corrente de acordo com uma modalidade preferida da invenção, e Figura 2 mostra partes de um dispositivo transdutor de corrente de acordo com uma outra modalidade preferida da invenção.
[0020] A Figura 1 mostra um dispositivo transdutor de corrente 10, o componente central do qual é o transdutor de corrente real 12 para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução 14. Este caminho de condução 14 surge, por exemplo, ao longo de um condutor elétrico 16. O transdutor de corrente 12 possui um elemento sensível ao campo magnético 18 para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução 14 em pelo menos uma outra variável física. O elemento sensível ao campo magnético 18 é um elemento magnetizável ferromagnético 20 que possui um formato de anel ou de quadro, através do qual o condutor elétrico 16 é guiado. O elemento magnetizável 20 é projetado como um tipo de núcleo toroidal 22 e o transdutor de corrente 12 mostrado aqui é o que é conhecido como um transformador direto para um caminho de condução 14 que corre essencialmente em uma linha reta. Como alternativa, no entanto, o caminho de condução 14 também pode correr de forma diferente na área de medição, por exemplo, enrolado em um formato de bobina.
[0021] O transdutor de corrente 12 também possui um dispositivo de medição 24 ligado ao elemento sensível ao campo magnético 18 para medir a variável física provida pelo elemento sensível ao campo magnético 18. No exemplo mostrado aqui, o dispositivo de medição 24 é um sensor de campo magnético que está disposto em uma lacuna no elemento magnetizável ferromagnético 20 em forma de anel ou em formato de quadro e é projetado como um sensor Hall. Esse sensor de campo magnético mede a densidade de fluxo magnético B como variável física. Tipos alternativos de sensores de campo magnético são as sondas Förster e os sensores XMR, ou seja, sensores magnetorresistivos, tais como os sensores GMR, AMR ou CMR.
[0022] Além desses componentes do transdutor de corrente 12, o dispositivo de transdutor de corrente 10 também possui um arranjo de bobina 26 com uma ou mais bobinas 28. No exemplo mostrado aqui na figura 1, há apenas uma única bobina 28. Isso circunda uma seção circunferencial do elemento magnetizável ferromagnético 20 em formato de anel ou em formato de quadro que forma um núcleo de bobina, mais precisamente o núcleo toroidal 22, em relação à bobina 28. Em virtude do arranjo de bobina 26, é possível simular o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução 14 e, assim, calibrar facilmente o transdutor de corrente de uma maneira altamente precisa. Também neste caso, a relação entre a corrente através da bobina 28 e a corrente elétrica simulada ao longo do caminho de condução 14 (com o número de espiras N = 1) resulta diretamente do número de espiras na bobina 28.
[0023] O arranjo de bobina 26, além disso, possui conexões (não mostradas aqui) para a conexão de um gerador de corrente 30 para energizar a pelo menos uma bobina 28. Como alternativa ou adicionalmente, o dispositivo transdutor de corrente 10 também possui este gerador de corrente. O dispositivo transdutor de corrente 10, além disso, também possui adicionalmente um dispositivo de controle e/ou regulação 32 para realizar um processo de calibração para calibrar o transdutor de corrente 12. Este é geralmente conectado ao dispositivo de medição 24 e ao gerador de corrente 30 a fim de trocar sinais. O dispositivo de controle e/ou regulação 32 é de preferência um dispositivo de controle e/ou de regulação baseado em computador.
[0024] Isso resulta na seguinte função:
[0025] Para calibrar o transdutor de corrente 12 do dispositivo transdutor de corrente 10, um campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução 14 é simulado por meio do arranjo de bobina 26 instalado fixamente no dispositivo transdutor de corrente 10.
[0026] Isso resulta nas seguintes vantagens:
[0027] Os componentes necessários para a calibração já estão presentes no dispositivo transdutor de corrente 10 e, portanto, nenhuma estrutura deve ser provida para a calibração. Além disso, os componentes disponibilizados aqui usam a relação de espiras (número de espiras no caminho da corrente para o número de espiras no conjunto de bobina do arranjo de bobina) de acordo com o princípio do transformador para calibração.
[0028] Em outras palavras: para transdutores de corrente não convencionais 12 que não operam de acordo com o princípio do transformador como os transformadores de corrente indutivos e, portanto, devem ser calibrados, as vantagens do princípio do transformador são então utilizadas durante a calibração.
[0029] A Figura 2 mostra um refinamento alternativo do dispositivo transdutor de corrente 10. O transdutor de corrente 12 deste dispositivo transdutor de corrente 10 é um transdutor de corrente magneto-óptico semelhante ao transdutor de corrente magneto-óptico do documento US 3 605 013 A mencionado no início.
[0030] O elemento sensível ao campo magnético 18 é um elemento opticamente ativo 34 que possui o formato de um elemento de anel 36. O efeito subjacente é, por exemplo, o efeito Faraday, e a variável resultante é uma rotação de um plano de polarização ou outra mudança mensurável em uma propriedade de polarização. Luz com propriedades de polarização conhecidas é introduzida no elemento de anel 36 por meio de uma entrada óptica 38 e, em seguida, guiada para fora do elemento de anel 36 por meio de uma saída óptica 40 e fornecida ao dispositivo de medição 24, que é projetado como um analisador de polarização.
[0031] O arranjo de bobina 26 da modalidade mostrada na figura 2 possui uma pluralidade de bobinas 28. Nesta modalidade do transdutor de corrente 12, isso é necessário a fim de gerar uma mudança suficiente na propriedade de polarização da luz (por exemplo, rotação do plano de polarização). Lista de sinais de referência 10 - dispositivo transdutor de corrente 12 - transdutor de corrente 14 - caminho de condução 16 - condutor elétrico 18 - elemento sensível ao campo magnético 20 - elemento magnetizável 22 - núcleo toroidal 24 - dispositivo de medição 26 - arranjo de bobina 28 - bobina 30 - gerador de corrente 32- dispositivo de controle e/ou de regulação 34 - elemento opticamente ativo 36 - elemento de anel 38 - entrada óptica 40 - saída óptica

Claims (10)

REIVINDICAÇÕES
1. Dispositivo transdutor de corrente (10) com um transdutor de corrente (12) para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução (14), em que o transdutor de corrente (12) possui um elemento sensível ao campo magnético (18) para converter o campo resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14) em pelo menos uma variável física e um dispositivo de medição (24) para medir a variável física, caracterizado pelo fato de que um arranjo de bobina (26) simula o campo magnético resultante a partir do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14), cujo arranjo de bobina compreende pelo menos uma bobina (28).
2. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o arranjo interno do dispositivo e a orientação do arranjo de bobina (26) são fixamente predefinidos em relação ao elemento sensível ao campo magnético (18).
3. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o elemento sensível ao campo magnético (18) possui o formato de uma bobina ou um anel ou um quadro.
4. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a bobina (28) ou pelo menos uma das bobinas (28) circunda o elemento sensível ao campo magnético (18) pelo menos em seções.
5. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o elemento sensível ao campo magnético (18) é um elemento opticamente ativo (34) e/ou um elemento magnetizável (20).
6. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que um gerador de corrente (30) para energizar a pelo menos uma bobina (28) simula o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14).
7. Dispositivo transdutor de corrente, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de controle e/ou regulação (32) realiza processo de calibração para calibrar o transdutor de corrente (12).
8. Método para calibrar um transdutor de corrente (12) para medir uma corrente elétrica ao longo de um caminho de condução (14), que possui um elemento sensível ao campo magnético (18) para converter o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14) em uma variável física, caracterizado pelo fato de que a fim de calibrar o transdutor de corrente (12), o campo magnético resultante do fluxo de corrente ao longo do caminho de condução (14) é simulado por meio de um arranjo de bobina (26) compreendendo pelo menos uma bobina (28).
9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o transdutor de corrente (12) é parte de um dispositivo transdutor de corrente (10), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7 e o arranjo de bobina (26) deste dispositivo transdutor de corrente (10) é usado para simular o campo magnético.
10. Produto de programa de computador, caracterizado pelo fato de que compreende instruções de programa que são projetadas para serem carregadas em um processador de um dispositivo de controle e/ou regulação baseado em computador (32) a fim de realizar o método, como definido nas reivindicações 8 e 9.
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