CN108291928B - 感应式电流互感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种感应式电流互感器(10)，用于将一次电流转换为二次电流，其中，该感应式电流互感器(10)具有以下特征：带有两个接头(41，42)的二次绕组(40)，构造为用于将信息传输到外部测量设备(120)的电子装置(50)，与二次绕组(40)相连的第一感应式耦合装置(60)，通过第一感应式耦合装置(60)与二次绕组(40)耦合的能源供应装置(80)，并且其构造为，通过二次绕组(40)的二次电流产生用于电子装置(50)的电源电压。

Description

感应式电流互感器
技术领域
本发明涉及一种感应式电流互感器，该感应式电流互感器用于将待测量的一次电流转换为二次电流，以及涉及一种测量结构，其包括这种感应式电流互感器。
背景技术
例如已知的是，在过程自动化中，借助电流互感器监视例如200A的大电流。
由DE 36 15 463 A1已知一种在测量结构中用于信号传输的结构，该结构包括测量用互感器和与其相距较远安置的分析装置。该测量用互感器通过双线电缆与分析装置相连，通过双线电缆一方面将对于测量用互感器的运行所必需的直流电压从分析装置传输到该测量用互感器，并且另一方面将显示测量参数的测量值信号从该测量用互感器传输到分析装置。
由DE 29 521 924 A1已知一种用于产生和处理测量信号的装置，该装置具有带测量用互感器的传感器和远离传感器的用于分析传感器测量信号的分析单元。传感器可以通过数据传输电缆与分析单元相连，通过其还可以传输传感器的特征数据。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种感应式电流互感器，可以独立于外部设备对其内部电子部件供能。
本发明的核心思想体现在，感应式电流互感器本身通过二次电路为集成的电子部件供能，并且可以通过连接在二次绕组上的二次电缆借助电流调制传输数据。
上述问题一方面通过权利要求1的技术特征解决。
以此设置一个用于将待测量的一次电流转换为二次电流的感应式电流互感器。感应式电流互感器可以例如是插入式电流互感器。感应式电流互感器具有带有两个接头的二次绕组。此外，在感应式电流互感器中集成了电子装置，其构造用于将信息传输到外部测量设备。
信息可以包含感应式电流互感器的特征数据，该特征数据优选可存储在电子装置的存储器中。
此外，感应式电流互感器具有与二次绕组相连的感应式耦合装置。内部能源供应装置通过耦合装置与二次绕组耦合，并且构造用于通过二次绕组的二次电流产生用于电子装置的电源电压。
根据一个有利的扩展方案，感应式电流互感器具有两个连接导体，其分别与二次绕组接头中的一个相连。耦合装置优选构造为带有一个第一和一个第二绕组的变流器，其中，连接导体中的一个构成变流器的第一绕组，并且第二绕组与内部能源供应装置相连。
电子装置的有利的设计目的是，有针对性地对二次绕组的二次电流进行调制，从而可以传输优选为特征数据的信息。
为了实现可靠地运行，含有信息的信号的载波频率应当明显高于待测的一次电流的谐波，从而使代表真正的测量信号的二次电流不会由于调制信号而失真。
为了可以通过二次电流传输信息，电子装置可以有利地通过第一感应式耦合装置，或者第二感应式耦合装置或者电容式耦合装置与二次绕组耦合，从而可以有针对性地调制二次电流。
一个有利的扩展方案设计为，感应式电流互感器的电子装置具有用于测量二次电流的测量装置，用于测量位于二次绕组的接头上的二次电压的测量装置和用于根据二次电流和二次电压计算电功率的装置。
为此，电子装置可以构造为，根据算得的电功率识别超出预定的额定功率的情况，并且借助二次电流的调制将该状态为测量设备信号化。为此，电子装置可以具有用作控制单元的微控制器。
为了使感应式电流互感器更智能，电子装置可以具有温度传感器，其中电子装置可以构造用于，借助二次电流的调制将温度传感器测得的温度值传输到外部测量设备。
上述技术问题同样可以通过权利要求10所述的技术特征解决。
由此设计一种测量结构，其具有根据前述权利要求中任意一项所述的感应式电流互感器和测量设备，测量设备通过连接导线与感应式电流互感器相连。
为了可以解调并分析感应式电流互感器调制的二次电流，测量设备具有相应的用于解调和分析的装置。
附图说明
以下将根据多个实施例并结合附图进一步阐释本发明。其中，
图1示出了移除了前壳体壁的根据本发明的感应式电流互感器的正视图，
图2示出了图1所示的感应式电流互感器的示例性设计方案，
图3示出了用于二次电流的调制的感应式耦合装置，
图4示出了用于二次电流的调制的电容式耦合装置，并且
图5示出了具有图1所示的感应式电流互感器的示例性测量结构。
具体实施方式
图1示出了感应式电流互感器10的示例性框图，其例如构造为插入式电流转换器。
感应式电流互感器10还用于将流过导体90的待测的一次电流转换为二次电流。在示例性示出的插入式电流互感器10中，引导待测的一次电流的导体90构成感应式电流互感器10的一次绕组。如图1所示，电流导体90穿过感应式电流互感器10的插入口20。感应式电流互感器10以已知的方式具有带有两个接头41和42的二次绕组20。二次绕组40可以布置在壳体30中。感应式电流互感器10还具有电子装置50或者电子功能组件，其构造用于将信息传输到外部测量设备120等。可以传输的信息优选例如是一次额定电流和二次额定电流的特征数据，这些特征数据对于感应式电流互感器10的传输比是关键性的；调整参数以及用于识别感应式电流互感器10的序列号。这些特征数据可以存放在存储器55中。
电子装置50可以放置在感应式电流互感器10的头部件，该头部件可以布置于单独的壳体35中。该头部件可以构造为可插接的模块，从而可以以可拆卸的方式固定在壳体30上。可选地，头部件的壳体35还可以在安装过程中与壳体30粘贴或者以其它方式方法以不可再拆卸的方式相连。
感应式电流互感器10具有与二次绕组40相连的第一感应式耦合装置60。此外，感应式电流互感器10具有能源供应装置80，该能源供应装置通过第一感应式耦合装置60与二次绕组40耦合，并且构造用于通过二次绕组40的二次电流产生用于电子装置50的电源电压。
在所示例子中，二次绕组40的接头41和42与内部连接导体70或内部连接导体72相连。接头41和42与连接导体70和72之间的电连接在组装壳体35和壳体30时进行。连接导体72与感应式电流互感器10的输出接头或输出端子22相连。
第一感应式耦合装置60以有利的方式构造为带有第一绕组61和第二绕组62的变流器，其中，两个导体中的一个，在所示例子中为连接导体70，构成耦合装置60的第一绕组，并且第二绕组62通过接头64和65与内部能源供应装置80相连。
需要指出的是，图1中所示的第一感应式耦合装置60与二次绕组40串联，因为连接导体70构成了构造为变流器的耦合装置60的第一绕组61。这样的连接是有利的，因为与待测的一次电流相应的二次绕组的二次电流不会失真。在这一方案中，二次绕组40的二次电流流过感应式耦合装置60，该感应式耦合装置在第二绕组62的接头64和65处供应电压，该电压由能源供应装置80转换为直流电压，以用于电子装置50或其组件的电压供应。例如，在接头64和65上提供的第二绕组62的电压由能源供应装置80转换成大约3.3V的直流电压。连接导体70与感应式电流互感器10的一个接头或接头端子21相连。
通过获取接头导体70中的能量，一部分通过感应式电流互感器10提供的视在功率的一部分得以利用；代表测量信号的二次绕组40的二次电流因此基本不变。需要注意的是，只有在一次电流通过导体90，也就是流经感应式电流互感器10的一次绕组的电流足够大，从而能够为电子装置50提供能量时，此种方式方法的能源供应才可以进行。这样的限制基本可以接受，因为的传输，优选为感应式电流互感器的特征数据的传输对时间要求不严格，并且其他数据，例如测量或温度数据只在运行时出现。
示例性地构造为变流器的第一感应式耦合装置60在图2中详细示出。图2示出了耦合装置60的第一绕组61，该第一绕组通过接头导体70构成。第二绕组62优选通过环形线圈构成，其由环绕环形支架63或环形芯缠绕的金属丝组成。图2还示出了第二绕组62的两个接头64和65。
为了能够传输例如存放在存储器55中的特征数据，电子装置50可以构造用于有针对性地调制二次绕组40的二次电流。为此，电子装置50可以具有例如构造为微控制器的发送装置52。微控制器52还可以访问存储例如感应式电流互感器10的特征数据的存储器55。此外，微控制器52还可以构造用于，一旦通过能源供应装置80提供了运行电压，就周期性地将存储在存储器55中的特征数据调制到在接头导体70中流动的二次电流中。通讯协议可以使用例如数字串行端口，例如UART(通用非同步收发传输器，Universal AsynchronousReceiver Transmitter)端口。电子装置50还可以具有温度传感器51，该温度传感器可以监视环境温度或感应式电流互感器10的温度。由温度传感器51获得的温度测量值同样可以通过电子装置50，特别是通过微控制器52借助对二次电流的调制传输到图5所示的外部测量设备120处。
电子装置50还可以具有用于测量位于二次绕组40的接头41和42上的二次电压的测量装置53，用于测量二次电流的测量装置，以及用于根据二次电流和二次电压计算功率的装置。根据二次电流和二次电压对电功率的计算可以在微控制器52中进行。
电子装置50，特别是微控制器52可以构造用于，根据算得的功率识别是否超出预定的、对微控制器52来说已知的额定功率，并且借助二次电流的调制将该状态为外部测量设备信号化。将超出预定的额定功率告知给测量设备120是有利的，因为在这种情况下测量信号会失真并且错误地计算测量结果。
接下来将对几个用于调制二次绕组40的二次电流的实施例进行说明。
一种可能性在于，电子装置50并且特别是微控制器52具有用于连接在感应式耦合装置60的第二绕组62的接头64和65上的单独的接头。该单独的接头以及用于将微控制器连接在能源供应装置80上的接头在图1中象征性地通过两条线表示。只要电子装置50希望向测量设备传输数据，微控制器52就驱动信号电流通过第二绕组62，由此将接头导体70中的二次电流对应于待传输的数据进行调制。
图3示出了感应式电流互感器10的替代性的调制装置。如图3所示，电子装置50通过与二次绕组40并联的第二感应式耦合装置100耦合在二次绕组40上，从而可以有针对性地调制二次电流。第二感应式耦合装置100具有与二次绕组40并联的第一绕组101。此外，第二感应式耦合装置还具有连接在电子装置50或微控制器52上的第二绕组102。图3还示意性地示出了待测量的一次电流所流经的导体90或一次绕组90。还示出了接头端子21和22，图5中所示的测量设备120通过接头导线130连接在其上。
图4中示出了替代性的调制装置。在此将使用例如电容器形式的电容式耦合装置110，从而使电子装置50耦合在二次绕组40上。电子装置50或微控制器如此构造，即，按照待传输的数据的周期改变电容器110中的电容，由此调制二次电流。
需要指出的是，传输信息的数据信号的载波频率应当明显高于二次测量电流的谐波，从而使二次电流测量信号不会通过数据信号而失真。
图5中示出了示例性的测量结构，其具有例如在图1中示出的感应式电流互感器10和已经提到的测量设备120，测量设备通过连接导线130与感应式电流互感器10相连。双线电缆130与感应式电流互感器10的接头端子21和22相连。
测量设备120具有解调和分析装置，从而可以解调和分析通过连接导线130接收的调制的二次电流。
附图标记说明
10 感应式电流互感器
20 插入口
21，22 输出接头，例如输出端子
30，35 壳体
40 二次绕组
41，42 接头
50 电子装置
51 温度传感器
52 控制单元，例如微控制器
53 电压测量装置
54 电流测量装置
55 存储器，特别用于特征数据
60 第一感应式耦合装置，例如电流转换器
61 第一绕组
62 第二绕组
64，65 接头
70，72 连接导体
80 能源供应装置
90 一次绕组
100 第二感应式耦合装置
101 第一绕组
102 第二绕组
110 电容式耦合装置
120 测量设备
130 连接导线

Claims (9)

1.一种感应式电流互感器(10)，用于将待测量的一次电流转换为二次电流，其中，感应式电流互感器(10)具有以下特征：
带有两个接头(41，42)的二次绕组(40)，
构造用于将信息传输到外部测量设备(120)的电子装置(50)，
所述外部测量设备能够通过接头导线(130)与感应式电流互感器(10)相连，其中，电子装置(50)具有存储器(55)，所述感应式电流互感器(10)的特征数据能够作为待传输的信息存储在所述存储器中，
与所述二次绕组(40)相连的第一感应式耦合装置(60)，
通过所述第一感应式耦合装置(60)与所述二次绕组(40)耦合的能源供应装置(80)，并且所述能源供应装置构造用于利用所述二次绕组(40)的二次电流产生用于所述电子装置(50)的电源电压，
两个连接导体(70，72)，所述两个连接导体分别与所述二次绕组(40)的所述接头(41，42)中的一个相连并且分别与输出端子(21,22)中的一个相连，其中，在所述输出端子(21,22)上能够连接接头导线(130)，所述电子装置(50)构造用于有针对性地调制所述二次绕组(40)的二次电流，从而能够向所述外部测量设备(120)传输信息。
2.根据权利要求1所述的感应式电流互感器，其特征在于，
所述第一感应式耦合装置(60)构造为带有第一绕组(61)和第二绕组(62)的变流器，其中，连接导体中的一个构成所述变流器的所述第一绕组(61)，并且所述第二绕组(62)与所述能源供应装置(80)相连。
3.根据权利要求1所述的感应式电流互感器，
其特征在于，
所述电子装置(50)通过所述第一感应式耦合装置(60)，第二感应式耦合装置(100)或者电容式耦合装置(110)与所述二次绕组(40)耦合，从而能够有针对性地调制二次电流。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的感应式电流互感器，
其特征在于，
所述电子装置(50)具有用于测量二次电流的测量装置(54)，用于测量位于二次绕组的接头上的二次电压的测量装置(53)和用于根据二次电流和二次电压计算电功率的装置(52)。
5.根据权利要求4所述的感应式电流互感器，
其特征在于，
所述电子装置(50)构造用于根据算得的电功率识别超出预定的额定功率的状态，并且借助二次电流的调制将该状态用信号通知所述外部测量设备(120)。
6.根据权利要求1所述的感应式电流互感器，
其特征在于，
所述电子装置(50)具有温度传感器(51)，并且所述电子装置(50)构造用于借助对二次电流的调制，将所述温度传感器(51)所测得的温度值传输到所述外部测量设备(120)处。
7.根据权利要求1所述的感应式电流互感器，
其特征在于，
所述感应式电流互感器(10)是插入式转换器。
8.测量结构，所述测量结构具有前述权利要求中任意一项所述的感应式电流互感器(10)和外部测量设备(120)，所述测量设备通过连接导线(130)与所述感应式电流互感器(10)相连。
9.根据权利要求8所述的测量结构，
其特征在于，
所述外部测量设备(120)构造为用于解调和分析由感应式电流互感器(10)调制的二次电流。
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