CZ20031222A3

CZ20031222A3 - Circuit arrangement for measuring electric current by means of a shunt

Info

Publication number: CZ20031222A3
Application number: CZ20031222A
Authority: CZ
Inventors: Škaloudámiroslaváing
Original assignee: Škaloudámiroslaváing
Priority date: 2003-05-02
Filing date: 2003-05-02
Publication date: 2004-10-13
Also published as: CZ294229B6

Abstract

The invented circuit arrangement for measuring electric current by means of a shunt is characterized in that a shunt is divided into a main shunt (1) and a compensating shunt (2). The main shunt (1) and the compensating shunt (2) form a pair made of the same sort of conducting material and oriented parallel to each other in mutual thermal contact, whereby at one end thereof the main shunt (1) is connected with the compensating shunt (2) in a node (3). At the other end, said main shunt (1) is connected with the first input (4) of a control circuit (6), while the compensating shunt (2) is connected at the same end with the second input (5) of the control circuit (6). Said control circuit (6) output (8) is connected via a specific resistance (7), on which voltage, proportional to the current being measured, generates, with the second input (5), too.

Description

Zapojení pro měření elektrického proudu pomocí bočníkuConnection for shunt current measurement

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká zapojení pro měření elektrického proudu pomocí speciálně upraveného bočníku, jehož teplotní koeficient odporu není blízký nulové hodnotě.BACKGROUND OF THE INVENTION The invention relates to a circuit for measuring electrical current by means of a specially adapted shunt whose temperature coefficient of resistance is not close to zero.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Při měření proudu úbytkem napětí na bočníku bylo doposud nutné zajistit, aby teplotní koeficient odporu bočníku byl co nejmenší nebo jeho nenulovou hodnotu vhodným způsobem kompenzovat. Proto bylo třeba používat pro konstrukci bočníku speciální slitinyjako jsou například manganin nebo konstantan. Použití mědi nebylo bez dalších opatření možné. Provedení bočníku pro velké proudy nad 4QA zvyšuje cenu zařízení, v němž je použit. Jakékoliv rušivé napětí přítomné na bočníku snižovalo přesnost měření. Bočník je zdrojem tepelné ztráty, která snižuje účinnost zařízení a zvyšuje požadavky na chlazení.Up to now, when measuring the shunt voltage drop, it has been necessary to ensure that the shunt resistance temperature coefficient is as low as possible or appropriately compensated for its non-zero value. Therefore, special alloys such as manganese or constantane have been used for shunt construction. The use of copper was not possible without further measures. The design of the large current shunt above 4QA increases the cost of the equipment in which it is used. Any interference voltage present on the shunt would reduce the measurement accuracy. The shunt is a source of heat loss, which reduces the efficiency of the device and increases the cooling requirements.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky stávajícího stavu techniky jsou eliminovány zapojením pro měření elektrického proudu pomocí bočníku. Podstatou nového řešení je, že bočník je rozdělen na hlavní bočník, kterým protéká měřený proud a na kompenzační bočník, kterým teče přes měrný odpor kompenzační proud generovaný regulačním obvodem tak, aby výsledné napětí mezi prvním a druhým vstupem regulačního obvodu bylo nulové, což znamená, že na hlavním bočníku je stejný úbytek napětí jako na kompenzačním bočníku. Hlavní bočník a kompenzační bočník tvoří dvojici zhotovenou ze stejného druhu vodivého materiálu a vedenou souběžně ve vzájemném tepelném kontaktu. Na jednom konci je hlavní bočník spojen s kompenzačním bočníkem a na druhém konci je hlavní bočník spojen s prvním vstupem regulačního obvodu, zatímco kompenzační bočník je na druhém konci spojen s druhým vstupem regulačního obvodu. Výstup regulačního obvodu je přes měrný odpor, na němž vzniká napětí úměrné měřenému proudu, spojen s druhým vstupem.Said drawbacks of the prior art are eliminated by a shunt-type wiring. The essence of the new solution is that the shunt is divided into a main shunt through which the measured current flows and a shunt through which the compensating current generated by the control circuit flows through the resistor so that the resulting voltage between the first and second control circuit inputs is zero, that the main shunt has the same voltage drop as the compensating shunt. The main shunt and compensating shunt form a pair made of the same kind of conductive material and run in parallel in thermal contact with each other. At one end, the main shunt is connected to the compensation shunt and at the other end, the main shunt is connected to the first input of the control circuit, while the compensation shunt is connected at the other end to the second input of the control circuit. The output of the control circuit is connected to the second input via a resistor, which generates a voltage proportional to the measured current.

V jednom možném provedení, a to při měření výstupního proudu impulzně regulovaného zdroje^ je* hlavní bočník tvořen vinutím pracovní tlumivky zdroje a kompenzační bočník je tvořen pomocným vinutím umístěným na této tlumivce. Obě tato vinutí mají stejný počet závitů a jsou zapojena tak, že jsou spojena svými souhlasnými konci, tedy buď začátky nebo konci vinutí a druhé jejich konce* jsou tak jako v předešlém případě* spojeny s prvním,,respektive druhým vstupem regulačního obvodu.In one possible embodiment, when measuring the output current of the pulse-regulated power supply, the main shunt is formed by winding the working choke of the source and the compensating shunt is formed by the auxiliary winding placed on the choke. Both of these windings have the same number of turns and are connected in such a way that they are connected by their common ends, that is to say either the start or end of the winding and the second ends thereof are connected to the first or second input of the control circuit.

V jiném provedení zapojení, kdy se měří střídavý proud vinutí transformátoru, je hlavní bočník tvořen vinutím transformátoru a kompenzační bočník je tvořen pomocným vinutím umístěným na tomto transformátoru. Obě tato vinutí mají opět stejný počet závitů a jsou zapojena tak, že jsou opět spojena svými souhlasnými konci, tedy buď začátky nebo konci vinutí a druhé jejich konce, jsou opět spojeny s prvním_;respektive druhým vstupem regulačního obvodu.In another embodiment of the wiring where the alternating current of the transformer winding is measured, the main shunt is formed by the transformer winding and the compensating shunt is formed by the auxiliary winding placed on the transformer. Both of these windings again have the same number of turns and are connected so that they are again connected by their common ends, that is, either the start or end of the winding and the second ends thereof are again connected to the first _; respectively the second input of the control circuit.

Výhodou uvedeného zapojení je, že umožňuje zcela eliminovat tepelný koeficient odporu použitého materiálu bočníku. Další výhodou je, že poměr měřeného a kompenzačního proudu není teoreticky omezen a je dán poměrem průřezů bočníků. Maximální měřený proud, pro který lze ujedené zapojení ploužit, není rovněž omezen. Uvedeným zapojením lze měřit proud stejnosměrný i střídavý.The advantage of said circuitry is that it makes it possible to completely eliminate the thermal coefficient of resistance of the shunt material used. Another advantage is that the ratio of the measured and compensating current is not theoretically limited and is given by the ratio of the shunt cross sections. The maximum measured current for which the wiring can be used is also not limited. Using this connection, both direct and alternating current can be measured.

Další podstatnou výhodou popisované metody je necitlivost na případné indukované napětí na dvojici bočníků. Uváděné řešení měřicího obvodu umožňuje proto využít k měření proudu stávající součást zařízení, ve kterém se proud měří, tedy filtrační či pracovní tlumivku, transformátor, nebo prostý vodič, a tím externí bočník vypustit.Another significant advantage of the described method is insensitivity to any induced stress on the pair of shunts. The solution of the measuring circuit provided thus makes it possible to use an existing part of the device in which the current is measured, i.e. a filter choke, a transformer or a simple conductor, to measure the current, and thus to omit the external shunt.

Přehled obrázků na výkresechBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Vynález je blíže vysvětlen pomocí přiložených výkresů, kde na obr.1 je zobrazeno základní zapojení pro kompenzační metodu měření elektrického proudu pomocí děleného bočníku, na obr.2/využitíjjej modifikace tohoto zapojení při měření výstupního proudu impulzně regulovaného zdroje přímo na vinutí jeho výstupní tlumivky a obr.3 je příklad zapojení při měření střídavého proudu vinutím transformátoru.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is illustrated in greater detail in the accompanying drawings, wherein FIG. 1 shows a basic circuit for a compensating method of measuring a current by means of a split shunt; FIG. Fig. 3 is an example of a wiring in the measurement of alternating current by winding a transformer.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Zapojení pro měření elektrického proudu pomocí děleného bočníku podle obr.1 sestává z děleného bočníku, který je rozdělen na hlavní bočník 1, jímž protéká měřený proud a kompenzační bočník 2, kterým teče přes měrný odpor 7 kompenzační proud generovaný regulačním obvodem 6 tak, aby výsledné napětí mezi vstupy 4 a 5 regulačního obvodu 6 bylo nulové, což je zabezpečeno tehdy, je-li úbytek napětí na hlavním bočníku 1 stejný jako na kompenzačním bočníku 2. Hlavní bočník i a kompenzační bočník 2 tvoří dvojici zhotovenou ze stejného druhu vodivého materiálu a vedenou souběžně ve vzájemném tepelném kontaktu. Na jednom konci jsou hlavní bočník 1 a kompenzační bočník 2 spojeny v uzlu 3. Na druhém konci je hlavní bočník 1 spojen s prvním vstupem 4 regulačního obvodu 6 a kompenzační bočník 2 je připojen k druhému vstupu 5 regulačního obvodu 6. Výstup 8 tohoto regulačního obvodu 6 je přes měrný odpor 7 připojen na kompenzační bočník v bodě 5. Dělený bočník nemusí být zhotoven ze speciálního materiálu s nízkým teplotním koeficientem odporuje například z mědi.The circuitry for measuring the current by means of a split shunt according to FIG. 1 consists of a split shunt which is divided into a main shunt 1 through which the measured current flows and a compensating shunt 2 through which the compensating current generated by the control circuit 6 flows. the voltage between inputs 4 and 5 of the control circuit 6 was zero, which is ensured if the voltage drop on the main shunt 1 is the same as on the compensation shunt 2. The main shunt 1 and the compensation shunt 2 form a pair made of the same type of conductive material in thermal contact with each other. At one end, the main shunt 1 and the compensation shunt 2 are connected at the node 3. At the other end, the main shunt 1 is connected to the first input 4 of the control circuit 6 and the compensation shunt 2 is connected to the second input 5 of the control circuit 6. 6 is connected via a resistor 7 to a compensating shunt in point 5. The split shunt does not have to be made of a special material with a low temperature coefficient resisting, for example, of copper.

Zapojení pracuje následujícím způsobem. Hlavním bočníkem 1. protéká měřený proud a kompenzačním bočníkem 2 teče přes měrný odpor 7 kompenzační proud generovaný regulačním obvodem 6 tak, aby výsledné napětí mezi vstupy regulačního obvodu bylo nulové. Na měrném odporu 7 vzniká napětí úměrné měřenému proudu. Díky účinku regulačního obvodu 6 je na hlavním bočníku i stejný napěťový úbytek jako na kompenzačním bočníku 2. Zvětší-li se např. teplota hlavního a kompenzačního bočníku i a 2 při nezměněném měřeném proudu, zvětší se jejich odpor a tím i úbytek na nich, avšak velikost kompenzačního proudu se rovněž nezmění. Tím je zcela eliminován tepelný koeficient měrného odporu použitého materiálu bočníků. Poměr měřeného proudu l_m a kompenzačního proudu l_c není teoreticky omezen a je dán poměrem průřezů hlavního bočníku i a kompenzačního bočníku 2. Maximální měřený proud, pro který lze popsané zapojeníThe wiring works as follows. The measured current flows through the main shunt 1. The compensating shunt 2 flows through the resistor 7 through the compensating current generated by the control circuit 6 so that the resulting voltage between the inputs of the control circuit is zero. A voltage proportional to the measured current is generated at the resistor 7. Due to the effect of the control circuit 6, the main shunt also has the same voltage drop as the compensating shunt 2. For example, if the temperature of the main and compensating shunt ia 2 increases with unchanged measured current, their resistance and hence the drop on them increases. the compensating current also does not change. This completely eliminates the thermal coefficient of specific resistivity of the shunt material used. The ratio of the measured current l _m and the compensating current l _c is not theoretically limited and is given by the ratio of the cross sections of the main shunt i and the compensating shunt 2. The maximum measured current for which the circuit described can be

4použít, není rovněž omezen. Proudová hustota v hlavním i kompenzačním bočníku 1. a 2 je stejná a přispívá k dodržení stejné teploty obou těchto bočníků 1_ a 2 i při méně dokonalém tepelném kontaktu, což je podmínkou přesnosti této metody.4The use is also not limited. The current density in the main and compensating shunts 1 and 2 is the same and contributes to maintaining the same temperature of both shunts 1 and 2 even with less perfect thermal contact, which is a precondition for the accuracy of this method.

Uvedenou kompenzační metodou měření elektrického proudu pomocí děleného bočníku lze měřit proud stejnosměrný i střídavý.By means of this compensatory method of measuring electric current by means of a split shunt, both direct and alternating current can be measured.

Uspořádání na obr.2 je určeno pro měření výstupního proudu impulzně regulovaného zdroje přímo na vinutí jeho výstupní tlumivky. Zapojení je shodné s předchozím příkladem s tím, že hlavní bočník 1_ je tvořen vinutím pracovní tlumivky zdroje a kompenzační bočník 2 pomocným vinutím, zhotoveným na této tlumivce.^ _& θ'The arrangement in FIG. 2 is intended to measure the output current of a pulse-regulated source directly on the winding of its output choke. Arrangement is identical to the previous example that the main shunt winding 1 is formed by the working and compensation inductors source shunt auxiliary winding 2, made to the choke. ^ _& Θ '

Obě vinutí mají stejný počet závitu^resp. stejná indukovaná napětí a jsou zapojený tak, aby se napětí na prvním vstupu 4 a na druhém vstupu 5 navzájem rušila. To je splněno tehdy, jsou-li vinutí spojena v uzlu 3 svými začátky nebo svými konci.Both windings have the same number of turns. the same induced voltages and are connected so that the voltages at the first input 4 and at the second input 5 interfere with each other. This is accomplished if the windings are connected in the node 3 by their beginnings or their ends.

Uspořádání podle obr.3 je určeno pro měření střídavého proudu vinutím transformátoru. Zapojení je shodné s předchozím s tím, že hlavní bočník 1 je vytvořen vinutím transformátoru, v němž je měřen proud a kompenzační bočník 2 opět pomocným vinutím na tomto transformátoru při splnění stejných podmínek jako v příkladu na obr.2, tedy při stejném počtu závitů a při propojení souhlasných konců, tedy začátků nebo konců vinutí, do uzlu 3.The arrangement of FIG. 3 is intended to measure alternating current by winding a transformer. The connection is identical to the previous one, with the main shunt 1 being formed by winding a transformer in which the current and compensating shunt 2 are again measured by an auxiliary winding on this transformer under the same conditions as in the example of FIG. when the common ends, ie the start or end of the windings, are connected to node 3.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Kompenzační metodu měření elektrického proudu pomocí děleného bočníku lze použít ve všech případech měření velkých stejnosměrných či střídavých proudů, k eliminaci stávajících klasických bočníků ve všech odvětvích silové elektrotechniky, zejména v oboru impulzních napájecích zdrojů, svařovacích a nabíjecích zařízení, v technice elektrických pohonů, zdrojů pro galvanotechniku, elektrotepelných zařízení, v rozvodu elektrické energie atd.Compensation method for measuring current by means of split shunt can be used in all cases of measurement of large DC or AC currents, to eliminate existing classical shunts in all branches of power electrical engineering, especially in the field of impulse power supplies, welding and charging equipment, electric drive technology, electroplating, electrothermal equipment, electricity distribution, etc.

Claims

PATENT CLAIMS

A circuit for measuring electric current by means of a shunt, characterized in that the shunt is divided into a main shunt (1) and a compensating shunt (2), the main shunt (1) and a compensating shunt (2). forming a pair made of the same type of conductive material and conducted in parallel in mutual thermal contact, at one end of which the main shunt (1) is connected to the compensation shunt (2) in the node (3) and at the other end is the main shunt (1) the first input (4) of the control circuit (6), while the compensating shunt (2) is connected at the other end to the second input (5) of the control circuit (6), whose output (8) is also connected to the second input (5).

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the measurement of the output current switch mode regulated supply of the main shunt (1) formed by the winding-working and compensation inductors source shunt (2) comprises an auxiliary winding disposed on the inductance _of both these the windings have the same number of turns and are connected to the node (3) by their beginnings or their ends.

Connection according to claim 1, characterized in that for measuring the alternating current of the transformer winding, the main shunt (1) is formed by the transformer winding and the compensating shunt (2) is formed by an auxiliary winding placed on the transformer, number of turns and are connected to the node (3) by their beginnings or their ends.