CN116263467A - 用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器、电流测量设备和汇流条 - Google Patents

用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器、电流测量设备和汇流条 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器，该电阻器包括平面电阻器本体和用于测量平面电阻器本体两端的电压的两个连接端子，其中，两个连接端子中的每一个连接到设置在电阻器本体的相反侧上的两个导电迹线中的一个，并且其中，每个导电迹线都包括测量部分和用于将测量部分连接到连接端子中的一个的连接部分。本发明还涉及一种电流测量设备，该电流测量设备包括所述分流电阻器和与分流电阻器并联设置的电流路径。本发明还涉及一种具有相应电流测量设备的汇流条，其中，提供分流电阻器和电流路径以将汇流条连接到电子部件。

Description

用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器、电流测量设备和 汇流条
技术领域
本发明涉及一种用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器，该电阻器包括平面电阻器本体和用于测量平面电阻器本体两端的电压的两个连接端子，其中，两个连接端子中的每一个连接到设置在电阻器本体的相反侧上的两个导电迹线中的一个，并且其中，每个导电迹线都包括测量部分和用于将测量部分连接到连接端子中的一个的连接部分。本发明还涉及一种电流测量设备，该电流测量设备包括所述分流电阻器和与分流电阻器并联设置的电流路径。本发明还涉及一种具有相应电流测量设备的汇流条，其中，提供分流电阻器和电流路径以将汇流条连接到电子部件。
背景技术
用于测量汇流条中的电流(特别是短路电流)的已知的解决方案包括大型且昂贵的闭环电流换能器。已知的解决方案依赖于去饱和保护。通常，这意味着短路保护延迟发生，并且不能保证短路电流保持足够低，以避免损坏与汇流条连接的部件。
此外，已知的解决方案可以基于通过磁场感测的间接电流测量。因此，它们可能不适合测量低频电流，即正常的50/60Hz电流，因为来自相邻汇流条的磁场可能会使测量失真。这在图6a-图6b中示出。尽管这可以在数学上得到补偿，但即使假设三相电流波形对称，短路等异常事件仍然难以测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量汇流条中的电流的改进装置，其中，该装置是紧凑的，并且能够准确地测量低频电流和短路。
通过根据权利要求1的分流电阻器、根据权利要求9的电流测量设备和根据权利要求10的汇流条来实现该目的。
根据权利要求1，提供了一种用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器。所述电阻器包括平面电阻器本体和用于测量平面电阻器本体两端的电压的两个连接端子，其中，两个连接端子中的每一个连接到设置在电阻器本体的相反侧上的两个导电迹线中的一个，并且其中，每个导电迹线都包括测量部分和用于将测量部分连接到连接端子中的一个的连接部分。目前描述的分流电阻器为测量汇流条中的电流提供了一种紧凑且普遍适用的解决方案。
在本发明的优选实施例中，测量部分是导电迹线的线性和/或水平部分，和/或设置在电阻器本体的底部部分或上部部分处。一般来说，每个导电迹线的测量部分都可以被定位成使得其位于电阻器操作期间可以预期最大电流的位置。这提高了使用分流电阻器进行的测量的灵敏度。
在本发明的另一个优选实施例中，连接部分连接到测量部分的中间。每个导电迹线都可以包括测量部分，该测量部分经由相应的连接部分连接到其连接端子。连接部分使得可以将连接端口与测量部分间隔开。因此，测量部分可以被设置在测量灵敏度被优化的区域中，而连接部分可以被设置在有助于将分流电阻器连接到其他部件的区域中。
在本发明的另一个优选实施例中，两个导电迹线的连接部分和/或测量部分彼此对称地布置。两个导电迹线的对应部分之间的对称性可以相对于电阻器本体的中心平面镜像对称。测量部分可以水平定向，和/或连接部分的至少一部分可以垂直和/或水平定向和/或垂直于测量部分和/或相对于测量部分以小于90°的角度定向。
在本发明的另一个优选实施例中，连接端子设置在电阻器本体的上部部分或底部部分处，和/或被设置成与测量部分相对。测量部分可以与连接端子间隔开，并以最大可能距离或接近最大可能距离布置在电阻器本体处。这确保了在附接到连接端子的电气连接件和测量部分之间不会发生干扰。此外，它确保了尽可能有效地使用电阻器本体的表面面积。
在本发明的另一个优选实施例中，电阻器本体被包封在非导电材料/绝缘体中。术语“非导电材料”被理解为广义的术语，并且可以指具有比连接到电阻器本体或整个分流电阻器的电导体的导电率低的导电率的材料。非导电材料的导电率可以比导体的导电率小例如百分之十或几十，或一个或多个数量级。电阻器本体可以被封装，以使得其三个侧面至少部分地被非导电材料覆盖和/或与非导电材料接触。
在本发明的一个特别优选的实施例中，包封电阻器本体的非导电材料覆盖电阻器本体的两个主要面和底部边缘，并且包封电阻器本体的非导电性材料暴露连接端子。电阻器的底部边缘可以被定义为靠近向其提供测量部分的边缘的边缘。电阻器本体的两个主要面可以是电阻器本体的所有面中具有最大表面面积的两个相对面。
在本发明的另一个优选实施例中，电阻器本体具有矩形形状。该形状可以不限于正方形，而是可以是任何形状，例如圆形、椭圆形、具有或不具有圆形边缘的矩形。
本发明还针对根据权利要求9所述的电流测量设备。电流测量设备包括当前描述的分流电阻器，以及与分流电阻器并联设置的电流路径。分流电阻器可以连接到提供电流测量所需的任何其他装置。
本发明还针对具有相应的电流测量设备的汇流条，其中，提供分流电阻器和电流路径以将汇流条连接到电子部件。
附图说明
参考附图描述本发明的进一步细节和优点。附图示出：
图1：根据本发明的分流电阻器的线框视图；
图2：根据本发明的分流电阻器的透视图；
图3：模拟分流电阻器的电压的图；
图4a-图4b：已知的分流电阻器的透视图；
图5a-图5b：已知的分流电阻器中的电场；
图6a-图6b：紧凑型三相逆变器中的汇流条及其对应图；和
图7：根据现有技术的分流电阻器RDC。
具体实施方式
图1是根据本发明的分流电阻器1的线框视图。分流电阻器1被设置成用于汇流条的电流测量设备。图1中未示出测量设备的汇流条和其他部件。电阻器1包括平面电阻器本体2，在图1中其被示出为垂直地定向。电阻器本体2可以由导电性足够低的任何合适材料制成。
电阻器1包括两个连接端子3、4，以用于测量平面电阻器本体2两端的电压。两个连接端子设置在电阻器本体2的相反侧上。
两个连接端子3、4中的每一个连接到两个导电迹线5、6中的一个，这两个导电迹线也设置在电阻器本体2的相反侧上。导电迹线5、6中的每一个都包括测量部分51、61和用于将测量部分51、61连接到连接端子3、4中的一个的连接部分52、62。这两个导电迹线5、6通过电阻器本体2彼此电分离。
测量部分51、61被示出为导电迹线5、6的线性部分和水平部分，和/或设置在电阻器本体2的底部部分处。测量部分51、61可以在电阻器本体2的整个宽度上延伸。测量部分51和61可以在电阻器本体2的较小部分上延伸。然而，测量部分51，61覆盖电阻器本体2的宽度的相当大部分是有利的。
为了提高电流测量的精度，连接部分52、62可以有利地连接到测量部分51、61的中间。连接部分52和62可以包括弯曲部和由所述弯曲部连接的两个线性子部分。连接部分52、62的子部分可以相对于彼此成垂直角度。
在所示实施例中，两个导电迹线5、6的连接部分52、62和测量部分51、61彼此对称地布置。因此，导电迹线5、6可以至少部分地彼此相对地布置在电阻器本体2的相反侧处或内部。
连接端子3、4设置在电阻器本体2的上部部分处并且与测量部分51、61相对。两个连接端子3、4可以相对于彼此不对称地布置，以便于将一些电气部件附接到连接端子3、4。然而，连接端子3、4可以被布置成使得当在垂直于电阻器本体2的方向上观察时它们至少部分地重叠。
电阻器本体2可以被非导电材料7包封。非导电材料7可以设置在两个导体9、9’之间。两个导体9、9’将电阻器1电连接到例如需要汇流条连接的汇流条和一些电子元件。电阻器本体2可以具有矩形形状。
如图2所示，非导电材料7并未覆盖电阻器本体2的所有部分。非导电材料7覆盖了电阻器本体2的两个主要面21、22的大部分以及底部边缘23的一些或大部分。第一主要面21和底部边缘23在图2中不可见，因为它们被定向成远离观察者。它们相应地由附图标记21和23表示。
非导电材料7可以与电阻器本体2的底部边缘23接触，或者在非导电材料7和底部边缘23之间可能存在间隙。非导电材料7可以包括U形部分，其中，至少部分地包含电阻器本体2的底部边缘23或电阻器本体2的某个其他部分。非导电材料7暴露连接端子3、4和电阻器本体2的相应部分。非导电材料7还暴露出与电阻器本体2的测量部分51、61和/或左侧边缘25和右侧边缘26相对的上部边缘24。测量部分51、61如图1所示，位于非导电材料7的底部U形部分附近。
电阻器1的夹层结构在图2中清晰可见。电阻器1的最内侧部分包括电阻器本体2。电阻器本体2在其两个相对的主要面21、22和底部边缘23处被非导电材料7包封。两个导体9、9’形成夹层结构的最外层。
夹层结构的上部部分11示出了彼此相邻并平行布置的总共五层。最外层包括两个导体9、9’。这两个导体9、9’与非导电材料7接触，而非导电材料又包封电阻器本体2。电阻器1的夹层结构的上部部分11可以是平面的，使得形成夹层结构的五个层的上边缘被布置成彼此共面。
电阻器1可以包括两个侧部分12、13、右侧部分12和左侧部分13。左侧部分13可以包括连接端子3、4。连接端子3被定位成与连接端子4相对，并远离观察者。因此在图2中看不到连接端子3。电阻器1的左侧和右侧可以沿电阻器1的水平方向定向。
两个侧部分12、13可以包括由夹层结构的先前提到的层形成的阶梯子部分。电阻器本体2可以形成夹层结构的最内层，并且同时表示夹层结构的最外层。换句话说，电阻器本体2可以在电阻器1的水平方向上延伸得最远，同时是夹层结构的最内侧部件。
导体9、9’可以在夹层结构的所有部件中沿水平方向延伸最少。非导电材料7可以比导体9、9’在水平方向上延伸得更远，但比电阻器本体延伸得少。
在夹层结构的部件中，导体9、9’中的至少一个可以在其垂直方向上延伸得最远。电阻器本体2可以在夹层结构的垂直方向上延伸得最少。非导电材料7可以在垂直方向上比电阻器本体2延伸得更远，但比导体9、9’中的至少一个延伸得少。
电流测量设备可以包括分流电阻器1和与分流电阻器1并联设置的电流路径8。电阻器1和电流路径8都可以将电子部件电连接到汇流条。测量设备还可以包括提供电流测量所需的任何附加装置。
电流测量设备以及因此分流电阻器1可以与汇流条集成，其中，分流电阻器1和电流路径8被提供用于将汇流条连接到电子部件。
夹在中间的导体9、9’(其中，电流可以在9、9’之间流动)可以迫使电磁场均匀并保持在导体9、9’之间。图2的夹层内的电磁场可能不会影响在9、9’之间流动的所述电流的任何测量值。
在所述测量部分51、61的电阻部分中，可以测量作为流过测量部分51、61的电流的结果的电压。测量部分51、61如图1所示，可以使用高精度冶金技术制造，以在宽温度范围内获得低公差。所得静态R电阻值可以用于使用欧姆定律估计电流。
连接端子3、测量部分51和连接部分52可以与图1所示的连接端子4、测量部分61和/或连接部分62相邻地对称放置。与部分4、61、62相邻的部分3、51、52的对称布置由于布置中的对称电流分布，可以确保精确的电压测量。即使在导致高电流流过该布置的短路期间，并且电流流过导体9、9’期间，对称布置也可以帮助精确的电压测量。
图3是在4μs内短路电流等于1500A时的模拟分流电阻器电压的图。由于分流电阻器1的特定结构，分流电阻器1能够准确地测量动态短路事件，其中，线性电压斜率作为电流的函数而增加。将分流电阻器1连接到电线的迹线或先前示出的导体9、9’被夹在中间，以使杂散电感和噪声敏感性最小化。电压的初始跳变是由于分流器两端的寄生电感，L＝Vjump/di/dt＝0mV/1500A/4μs＝80pH，非常低。该阶跃电压变化引起偏移，该偏移可以提供对可能的短路事件的早期检测以及对分流电阻器1两端的线性增加的电压的后续观察。
图4a和图4b是已知的分流电阻器1’的透视图。图4a是已知的用于直流+至直流-短路的分流电阻器1’的模拟模型，并且图4b是已知的用于DC至接地短路的分流电阻器1’的仿真模型。在图4a和图4b的两种情况下，已知的分流电阻器1’设置在汇流条和由汇流条供电的装置之间。然而，在图4a的示例中，在装置和汇流条之间提供了额外的电流路径8。
在已知的分流电阻器1’中，由于趋肤效应和邻近效应，短路电流不均匀地流过所述已知的分流电阻1’。这在图5a和图5b中示出，其中，已知的板状分流电阻器1’安装到在导体9、9’之间的DC链路端子。如果电阻器1’被放置在逆变器模块的AC侧，同样的原理也成立。图5a示出了用于在1MHz下的1500A直流+到直流-短路的已知的分流电阻器1’中的电场，图5b示出了用于在1kHz下的1500A直流+到直流-短路的已知的分流电阻器1’中的电场。
图6a和图6b示出了紧凑型三相逆变器中的汇流条和相应的电压图。在这种情况下的电流测量通常可以基于磁场感测。在紧凑型三相逆变器中，汇流条和传感器紧密地放置在一起，并且相邻相位的磁场将影响传感器的测量。测量的电流取决于传感器位置和相邻相位的电流。因此，u相位和v相位应该测量相等的磁场振幅，但不是，测量例如图6b中的点4。
图7为现有技术FI U20219，其中，短路电流由于趋肤效应而未均匀流过分流电阻器RDC。包括图1中所示出的导电迹线5、6的本发明克服了现有技术的相关测量限制。

Claims (10)

1.一种用于汇流条的电流测量设备的分流电阻器(1)，所述电阻器(1)包括平面电阻器本体(2)和用于测量所述平面电阻器本体(2)的两端电压的两个连接端子(3、4)，
其中，所述两个连接端子(3、4)中的每一个连接到设置于所述电阻器本体(2)的相反侧上的两个导电迹线(5、6)中的一个，并且
其中，所述导电迹线(5、6)中的每一个都包括测量部分(51、61)和用于将所述测量部分(51、61)连接到所述连接端子(3、4)中的一个的连接部分(52、62)。
2.根据权利要求1所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述测量部分(51、61)是所述导电迹线(5、6)的线性和/或水平部分，和/或设置于所述电阻器本体(2)的底部部分或上部部分处。
3.根据权利要求1或2所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述连接部分(52、62)连接到所述测量部分(51、61)的中间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述两个导电迹线(5、6)的所述连接部分(52、62)和/或所述测量部分(51、61)彼此对称地布置。
5.根据前述权利要求中任一项所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述连接端子(3、4)设置于所述电阻器本体(2)的上部部分或底部部分处，和/或被设置成与所述测量部分(51、61)相对。
6.根据前述权利要求中任一项所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述电阻器本体(2)被包封在非导电材料(7)中。
7.根据权利要求6所述的分流电阻器(1)，其特征在于，包封所述电阻器本体(2)的所述非导电材料(7)覆盖所述电阻器本体(2)的两个主要面(21、22)和底部边缘(23)，并且包封所述电阻器本体(2)的所述非导电材料(7)暴露所述连接端子(3、4)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的分流电阻器(1)，其特征在于，所述电阻器本体(2)具有矩形形状。
9.一种电流测量设备，其包括根据前述权利要求中任一项所述的分流电阻器(1)和与所述分流电阻器(1)并联设置的电流路径(8)。
10.一种汇流条，其具有根据权利要求9所述的电流测量设备，其特征在于，所述分流电阻器(1)和所述电流路径(8)被设置成用于将所述汇流条连接到电子部件。
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