DE102014108384A1

DE102014108384A1 - Systeme und Verfahren zur Kalibrierung der Phase und Empfindlichkeit von Stromwandlern

Info

Publication number: DE102014108384A1
Application number: DE102014108384.9A
Authority: DE
Inventors: Dan Tho Lu; Robert Paul Stachow
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Baker Hughes Holdings LLC
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2014-06-13
Publication date: 2014-12-31
Also published as: CN104251982A; US20150002169A1; US9372249B2

Abstract

Eine Schaltung zur Kalibrierung eines Stromwandlers kann einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweisen, so dass der erste Widerstand und der zweite Widerstand ein von einem Stromsensor ausgegebenes Messsignal anpassen können. Der erste Widerstand und der zweite Widerstand können das Messausgangssignal durch Anpassen einer Phase des Messausgangssignals und/oder Anpassen einer Empfindlichkeit des Messausgangssignals anpassen. Die Schaltung kann ferner einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen, so dass der erste Anschluss mit dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand elektrisch verbunden sein kann. Der erste Anschluss kann hier das von dem Stromsensor ausgegebene Messsignal empfangen, und der zweite Anschluss kann das angepasste Messausgangssignal ausgeben.

Description

HINTERGRUND
Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft Systeme und Verfahren zur Kalibrierung von Stromwandlern. Der hier offenbarte Gegenstand betrifft insbesondere die Kalibrierung von Phasenund Empfindlichkeitseigenschaften eines Stromwandler-Ausgangssignals.
Ein Stromwandler weist ganz allgemein eine Wicklung um einen Magnetkern auf. Wenn der Stromwandler um ein Kabel oder eine andere Art eines Leiters platziert wird, kann ein zeitlich veränderlicher Strom (z.B. Wechselstrom), der durch das Kabel fließt, ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in dem Magnetkern erzeugen. Das Magnetfeld kann dann einen Strom in der Wicklung des Stromwandlers induzieren. Der Strom in der Wicklung kann proportional zu dem Strom sein, der durch das Kabel fließt. Der Strom in der Wicklung kann somit zum Messen einer Amplitude und Richtung des in dem Kabel fließenden Stroms verwendet werden.
Herkömmliche Stromwandler weisen jedoch aufgrund von magnetischen Eigenschaften der Materialien in den Stromwandlern und bedingt durch das zur Herstellung der Stromwandler verwendete Fertigungsverfahren eine relativ hohe Toleranz bei ihren elektrischen (d.h. Widerstands-) und magnetischen (d.h. Induktivitäts-)Eigenschaften auf. D.h., jeder Stromwandler kann je nach seinen inhärenten Eigenschaften sein eigenes Empfindlichkeits- oder Toleranzniveau aufweisen. Diese Empfindlichkeitsniveaus rufen eine größere Unsicherheit in einem von jedem Stromwandler ausgegebenen elektrischen Signal hervor. Diese inhärenten Eigenschaften können zusätzlich auch eine Phasenverschiebung zwischen dem von dem Stromwandler ausgegebenen Signal und einem gemessenen Strom hervorrufen. Es wäre folglich von Vorteil, Stromwandler zu kalibrieren, damit sie bei festgelegten oder bekannten Toleranzniveaus und Phasenverschiebungen arbeiten.
Bei herkömmlichen Stromwandlern wird zudem ein Stahlband zur Abschirmung interner Bauteile, wie bspw. eines Stromsensors, gegen verschiedene Arten von Rauschen (z.B. elektrisches oder magnetisches Rauschen) verwendet. D.h., das Stahlband kann um ein Stück Metall gewickelt werden, um eine Abschirmung zu bilden, die um den Stromsensor herum platziert werden kann. Unter Verwendung von vier mit Stahlband gewickelten Abschirmvorrichtungen kann jede Seite des Stromsensors gegen magnetische Störungen und Rauschen abgeschirmt werden. Das Herstellen jeder mit Stahlband gewickelten Abschirmung ist jedoch ein komplexer Vorgang, der leicht unsachgemäß durchgeführt werden kann, wodurch die Unversehrtheit der gesamten Abschirmung um den Stromsensor herum gefährdet wird. Es wäre folglich von Vorteil, eine einfacher herzustellende Vorrichtung zum Abschirmen der Bauteile in dem Stromwandler bereitzustellen.
KURZBESCHREIBUNG
Bestimmte Ausführungsformen, deren Geltungsbereich den ursprünglichen Ansprüchen entspricht, sind nachstehend zusammengefasst. Diese Ausführungsformen sollen den Geltungsbereich der Ansprüche nicht einschränken, sondern sollen vielmehr lediglich eine kurze Zusammenfassung möglicher Formen der vorliegend offenbarten Systeme und Verfahren bereitstellen. In der Tat können die Ansprüche verschiedene Formen aufweisen, die den nachstehend dargelegten Ausführungsformen ähneln oder sich von ihnen unterscheiden können.
In einer Ausführungsform kann eine Schaltung zum Kalibrieren eines Stromwandlers einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweisen, so dass der erste Widerstand und der zweite Widerstand ein von einem Stromsensor ausgegebenes Messsignal anpassen können, indem sie wenigstens eines der folgenden durchführen: Anpassen einer Phase des Messausgangssignals; und Anpassen einer Empfindlichkeit des Messausgangssignals. Die Schaltung kann ferner einen ersten Anschluss aufweisen, der das von dem Stromsensor ausgegebene Messsignal empfangen kann, sodass der erste Anschluss elektrisch mit dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand gekoppelt sein kann. Die Schaltung kann ferner einen zweiten Anschluss aufweisen, der das angepasste Messausgangssignal ausgeben kann.
In der zuvor erwähnten Schaltung können der erste Widerstand und der zweite Widerstand veränderliche Widerstände sein.
In der Schaltung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Widerstand ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweisen, wobei der zweite Widerstand ein drittes Ende und ein viertes Ende aufweisen kann und wobei das dritte Ende des zweiten Widerstands mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands gekoppelt ist.
In der Schaltung der zuvor erwähnten Art kann der erste Anschluss mit dem ersten Ende des ersten Widerstands und dem vierten Ende des zweiten Widerstands elektrisch gekoppelt sein, wobei der zweite Anschluss mit dem dritten Ende des zweiten Widerstands und dem vierten Ende des zweiten Widerstands elektrisch gekoppelt ist.
Die Schaltung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eine Schutzschaltung aufweisen, die parallel zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist.
Die Schutzschaltung kann so eingerichtet sein, dass sie die Schaltung und eine oder mehrere Einrichtungen, die mit der Schaltung gekoppelt sind, vor Spannungsspitzen, Kurzschlüssen oder jeder beliebigen Kombination daraus schützt.
In der Schaltung einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das angepasste Messausgangssignal das Messausgangssignal aufweisen, das unter Verwendung des ersten Widerstands bzw. des zweiten Widerstands hinsichtlich der Phaseneigenschaften bzw. der Empfindlichkeit kalibriert ist.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein System eine Kalibrierungsschaltung aufweisen. Die Kalibrierungsschaltung kann einen ersten Widerstand, der Phaseneigenschaften eines von einem Stromsensor ausgegebenen Messsignals anpassen kann, und einen zweiten Widerstand aufweisen, der Empfindlichkeitseigenschaften eines von dem Stromsensor ausgegebenen Messsignals anpassen kann. Die Kalibrierungsschaltung kann ferner einen Ausgangsanschluss aufweisen, der ein angepasstes Messausgangssignal so ausgeben kann, dass das angepasste Messausgangssignal die angepassten Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften des Messausgangssignals aufweisen kann. Das System kann dann eine Steuerung aufweisen, die so mit der Kalibrierungsschaltung gekoppelt sein kann, dass die Steuerung die Widerstandswerte des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands einstellen kann, bis das angepasste Messausgangssignal Phaseneigenschaften und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist, die den Phaseneigenschaften und Empfindlichkeitseigenschaften eines Zielmesssignals im Wesentlichen entsprechen.
In dem zuvor erwähnten System können der erste Widerstand und der zweite Widerstand veränderliche Widerstände sein.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Steuerung so eingerichtet sein, dass sie das Zielmesssignal von einem Benutzer, aus einem Modell oder einer Tabelle empfängt.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Zielmesssignal eine Spannungssignalform mit vordefinierten Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweisen.
Das System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann eine Stromquelle aufweisen, die so eingerichtet ist, dass sie zu einem Leiter einen Eingangsstrom liefert, wobei das Messausgangssignal dem Eingangsstrom entspricht.
In dem System der zuvor erwähnten Art kann die Steuerung so eingerichtet sein, dass sie an die Stromquelle einen Befehl zum Liefern des Eingangsstroms sendet.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der erste Widerstand in Reihe mit dem zweiten Widerstand geschaltet sein.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Ausgangsanschluss elektrisch parallel zu dem zweiten Widerstand angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Verfahren zum Kalibrieren eines Stromwandlers ein Empfangen eines erwarteten Messausgangssignals aufweisen, das einem Stromsensor entspricht, so dass das erwartete Messausgangssignal erwartete Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweisen kann. Das Verfahren kann dann ein Senden eines Signals an eine Stromquelle zum Liefern eines Stroms an einen Leiter, der von dem Stromsensor überwacht wird, aufweisen. Das Verfahren kann dann ein Empfangen eines momentanen Messausgangssignals von dem Stromsensor aufweisen, so dass das momentane Messausgangssignal momentane Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweisen kann. Danach kann das Verfahren ein Senden von einem oder mehreren Signalen an eine Kalibrierungsschaltung zum Anpassen der momentanen Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweisen, damit sie im Wesentlichen den erwarteten Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften entsprechen.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Senden des einen oder der mehreren Signale an die Kalibrierungsschaltung aufweisen: Senden eines ersten Signals an die Kalibrierungsschaltung, wobei das erste Signal eingerichtet ist, um einen ersten Widerstandswert eines ersten Widerstands einzustellen, der eingerichtet ist, um momentane Phaseneigenschaften, die dem momentanen Messausgangssignal zugehörig sind, anzupassen, damit diese im Wesentlichen erwarteten Phaseneigenschaften, die dem erwarteten Messausgangssignal zugehörig sind, entsprechen; oder Senden eines zweiten Signals an die Kalibrierungsschaltung, wobei das zweite Signal eingerichtet ist, um einen zweiten Widerstandswert eines zweiten Widerstands einzustellen, der eingerichtet ist, um momentane Empfindlichkeitseigenschaften, die dem momentanen Messausgangssignal zugehörig sind, anzupassen, damit diese im Wesentlichen erwarteten Empfindlichkeitseigenschaften, die dem erwarteten Messausgangssignal zugehörig sind, entsprechen; oder jede beliebige Kombination daraus.
In dem Verfahren der zuvor erwähnten Art kann das momentane Messausgangssignal einer Spannung über dem zweiten Widerstand entsprechen.
Ferner können in dem Verfahren der zuvor erwähnten Art der erste Widerstand und der zweite Widerstand in Reihe zueinander geschaltet sein.
In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das erwartete Messausgangssignal eine Spannungssignalform aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in sämtlichen Zeichnungen gleiche Teile darstellen, besser zu verstehen, wobei:
1 eine vereinfachte grafische Darstellung ist, in der eine Ausführungsform eines Stromwandler-Kalibrierungssystems gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
2 eine Ausführungsform einer Kalibrierungsschaltung in dem Stromwandler-Kalibrierungssystem von 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ein Ablaufdiagramm ist, in dem eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Stromwandlers unter Verwendung des Stromwandler-Kalibrierungssystems von 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung dargestellt ist;
4 eine perspektivische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Gehäuses für eine Abschirmung zum Abschirmen eines Stromwandlers in dem Stromwandler-Kalibrierungssystem von 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 eine Innenansicht einer Ausführungsform des Gehäuses von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6 eine Explosionsdarstellung einer Ausführungsform der Abschirmung von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
7 eine Draufsicht auf eine quadratisch geformte Ausführungsform der Abschirmung von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
8 eine Draufsicht auf eine achteckig geformte Ausführungsform der Abschirmung von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
9 eine Draufsicht auf eine sechseckig geformte Ausführungsform der Abschirmung von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Eine oder mehrere konkrete Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben. Um diese Ausführungsformen kurz und knapp zu beschreiben, sind nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Ausführung in der Beschreibung beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführung, wie bei jedem technischen Projekt oder Konstruktionsprojekt, zahlreiche ausführungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die konkreten Ziele der Entwickler zu erreichen, beispielsweise die Einhaltung systembezogener und unternehmensbezogener Vorgaben, die sich von einer Ausführung zur nächsten unterscheiden können. Es sollte ferner erkannt werden, dass dieser Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein könnte, für einen Fachmann, der aus dieser Offenbarung Nutzen zieht, aber dennoch ein routinemäßiges Unterfangen bei der Konstruktion, Herstellung und Produktion darstellen würde.
Wenn Elemente verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgestellt werden, sollen die Artikel "ein", "eine", "der", "die" und "das" bedeuten, dass ein oder mehrere der Elemente vorhanden sind. Die Begriffe "aufweisen", "enthalten" und "haben" sollen einschließend sein und bedeuten, dass zusätzliche Elemente außer den aufgeführten Elementen vorhanden sein können.
Stromwandler können für verschiedene Zwecke, einschließlich zum Messen einer aktuellen Stromeingabe und/oder -ausgabe einer Einheit (z.B. eines Generators, Motors), zum Bestimmen einer Menge an Ableitstrom in der Einheit oder dgl. verwendet werden. Eine anspruchsvolle Anwendung für einen Stromwandler kann das genaue Messen des Ableitstroms von Statorwicklungen eines Motors oder Generators in Echtzeit umfassen. Ein Ableitstrom ist ein komplexes Signal, das eine Amplitude und Phase (d.h. bezogen auf die Netzspannung des Motors oder Generators) mit einer reellen (d.h. ohmschen) Komponente und einer imaginären (d.h. kapazitiven) Komponente aufweist. Der Signalpegel des Ableitstroms ist zudem im Allgemeinen sehr niedrig im Vergleich zum Signal des Netzstroms des Motors. Ein genau kalibrierter Stromwandler wäre daher für das Erfassen dieses Messwerts von Vorteil.
Vor diesem Hintergrund betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung allgemein eine Kalibrierungsschaltung und Verfahren zur Verwendung der Kalibrierungsschaltung zur Kalibrierung verschiedener Stromwandler, so dass jeder Stromwandler bei seinen Messungen ähnliche Empfindlichkeits- und Phaseneigenschaften aufweisen kann. In einer Ausführungsform kann die Kalibrierungsschaltung zwei in Reihe geschaltete veränderliche Widerstände aufweisen. Der erste veränderliche Widerstand kann hier zum Anpassen der Empfindlichkeit des Messausgangssignals des Stromwandlers verwendet werden, während der zweite veränderliche Widerstand zum Anpassen der Phasenverschiebung des Messausgangsignals verwendet werden kann. Durch die Steuerung der Empfindlichkeit und der Phasenverschiebung des Messausgangssignals jedes Stromwandlers kann die Kalibrierungsschaltung ermöglichen, dass jeder Stromwandler nach bestimmten Vorgaben kalibriert wird, wodurch zwischen allen hergestellten Stromwandlern für Einheitlichkeit gesorgt und die Datenqualität für die von jedem kalibrierten Stromwandler erfassten Messwerte verbessert wird.
Zusätzlich zur Bereitstellung von Systemen und Verfahren zur Kalibrierung von Stromwandlern betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ferner allgemein eine feste Seitenabschirmung, die an den Seiten eines Stromsensors in dem Stromwandler angekoppelt sein kann. Die feste Seitenabschirmung kann den Stromsensor vor verschiedenen Rauscharten schützen, die das Messausgangssignal des Stromwandlers beeinträchtigen können. Vor diesem Hintergrund kann die feste Seitenabschirmung in einer Ausführungsform so hergestellt sein, dass sie vier kreisförmige Ringe bildet, die in ein Gehäuse passen können und die zur Abschirmung jeder Seite des Stromsensors verwendet werden können. Die kreisförmigen Ringe können aus einem magnetisch durchlässigen Material zusammengesetzt sein und so kombiniert werden, dass sie genau um jede axiale Seite des Stromsensors herum passen. Die kreisförmigen Ringe können unter Verwendung eines Lasers, eines Wasserstrahls oder dgl. mit genauen Abmessungen hergestellt werden. Da die kreisförmigen Ringe so hergestellt werden können, dass sie um jede axiale Seite des Stromsensors eine Abschirmbarriere bilden, kann die feste Seitenabschirmung in der Lage sein, im Vergleich zur Verwendung einer herkömmlichen mit Stahlband gewickelten Abschirmung für eine bessere Abschirmung zu sorgen.
Zur Einleitung zeigt 1 eine vereinfachte grafische Darstellung eines Stromwandler-Kalibrierungssystems (Stromwandler 10). Der Stromwandler 10 kann einen Stromsensor 12 und eine Kalibrierungsschaltung 14 aufweisen. Bei dem Stromsensor 12 kann es sich um einen Strommessumformer handeln, der zum Erfassen eines magnetischen Kopplungsfelds von einem elektrischen Strom, der durch einen Leiter fließt, einen ringförmigen Induktor und einen Ferritkern verwendet. Die Kalibrierungsschaltung 14 kann zur Kalibrierung des Messausgangssignals des Stromwandlers 10 verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann der Stromsensor 12 um einen Leiter 16 herum gekoppelt sein, der einen Strom I leiten kann. Der ringförmige Induktor kann hier ein Strom- oder Spannungsausgangssignal (d.h. Messausgangssignal des Stromsensors 12) liefern, das zu der Amplitude des Stroms I proportional ist. Obwohl in 1 der Stromsensor 12 so dargestellt ist, dass er um einen einzelnen Leiter 16 herum gekoppelt ist, sollte angemerkt werden, dass der Stromsensor 12 um mehrere Leiter herum gekoppelt sein kann. Der Stromsensor 12 kann somit den Nettostrom bezüglich aller Leiter messen, die von dem Stromsensor 12 überwacht werden.
Das Messausgangssignal des Stromsensors 12 (d.h. das Messausgangssignal des Stromwandlers 10) kann ganz allgemein eine Phasenverschiebung (z.B. in Graden) zwischen dem Messausgangssignal und dem Strom I aufweisen. Die Größe der Phasenverschiebung kann von der intrinsischen Induktivität, Kapazität und/oder dem speziellen Widerstand in dem Stromwandler 10 (d.h. in dem Stromsensor 12 und der Kalibrierungsschaltung 14) sowie einer Impedanz eines beliebigen mit dem Stromwandler 10 gekoppelten Lastschaltkreises abhängen. Da jeder einzelne Stromwandler 10 unterschiedliche intrinsische Induktivitäts-, Kapazitätsund/oder Widerstandseigenschaften aufweisen kann, kann zudem jeder Stromwandler 10 eine unterschiedliche Empfindlichkeit oder Toleranz aufweisen. Das bedeutet, dass jeder Stromwandler 10 aufgrund der unterschiedlichen Empfindlichkeit jedes Stromwandlers 10 einen geringfügig anderen Messwert für denselben Eingangsstrom ausgeben kann. Ein Stromwandler 10 kann beispielsweise 1 Volt ausgeben, wenn 100 Ampere Strom durch den Leiter 16 fließen, während ein anderer Stromwandler 10 1,1 Volt ausgeben kann, wenn dieselben 100 Ampere Strom durch den Leiter 16 fließen. Die Empfindlichkeit aller Stromwandler 10 kann aufgrund verschiedener Faktoren, einschließlich einer Anzahl von Wicklungswindungen an dem ringförmigen Induktor, eines charakteristischen Widerstands des ringförmigen Induktors, des Widerstands eines Lastschaltkreises und dgl., variieren.
Vor diesem Hintergrund kann die Kalibrierungsschaltung 14 die Phasenverschiebungs- und/oder die Empfindlichkeitseigenschaften des Stromwandlers 10 steuern. Das bedeutet, dass die Kalibrierungsschaltung 14 die Phasenverschiebungs- und/oder die Empfindlichkeitseigenschaften des Ausgangssignals des Stromwandlers 10 anpassen kann, damit sie einer gewünschten Phasenverschiebungs- und/oder Empfindlichkeitseigenschaft entsprechen. In einer Ausführungsform kann die Kalibrierungsschaltung 14 zur Kalibrierung verschiedener Stromwandler 10 verwendet werden, so dass das Messausgangssignal für jeden Stromwandler 10 im Wesentlichen ähnlich oder gleich (z.B. weniger als 1%) sein kann. Die Kalibrierungsschaltung 14 kann beispielsweise die Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften des Messausgangssignals mehrerer Stromwandler 10 so anpassen, dass jeder Stromwandler 10 im Wesentlichen ähnliche oder gleiche Werte für verschiedene Eingangsströme (z.B. den Strom I) ausgibt.
Die Kalibrierungsschaltung 14 kann die Phasenverschiebungs- und/oder die Empfindlichkeitseigenschaften des Stromwandlers 10 durch Einstellen der Widerstandswerte von zwei veränderlichen Widerständen in der Kalibrierungsschaltung 14 steuern. 2 veranschaulicht beispielsweise ein Schaltbild 20 des Stromwandlers 10, das den mit der Kalibrierungsschaltung 14 gekoppelten Stromsensor 12 zeigt. Wie in 2 dargestellt ist, weist die Kalibrierungsschaltung 14 einen Phasenverschiebungswiderstand 22 auf, der in Reihe mit einem Empfindlichkeitswiderstand 24 geschaltet ist, die zur Steuerung der Phasenverschiebungs- bzw. Empfindlichkeitseigenschaften des Messausgangssignals des Stromwandlers 10 verwendet werden können. Bei dem Phasenverschiebungswiderstand 22 und dem Empfindlichkeitswiderstand 24 kann es sich um veränderliche Widerstände handeln, die eingestellt werden können, um die Phasenverschiebungs- und die Empfindlichkeitseigenschaften des Messausgangssignals des Stromwandlers 10 zu kalibrieren. In bestimmten Ausführungsformen können der Phasenverschiebungswiderstand 22 und der Empfindlichkeitswiderstand 24 eingestellt werden, bis das Messausgangssignal des Stromwandlers 10 im Wesentlichen einem gewünschten oder vorgegebenen Ausgabemesswert entspricht. Auf diese Weise können mehrere Stromwandler 10, von denen jeder einen anderen Stromsensor 12 und eine andere Kalibrierungsschaltung 14 aufweist, so kalibriert werden, dass jeder kalibrierte Stromwandler 10 dieselben Messeigenschaften aufweisen kann, selbst wenn jeder Stromwandler 10 eine(n) andere(n) Eigeninduktivität, -kapazität, -widerstand und dgl. aufweisen kann. Wenn ein aktiver Stromwandler 10 im Feld ausfällt, kann die Kalibrierungsschaltung 14 ferner zum Kalibrieren eines Ersatzstromwandlers 10 verwendet werden, so dass der ausgefallene Stromwandler 10 durch einen Stromwandler 10 ersetzt werden kann, der dieselben Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften wie der Stromwandler 10 aufweist, der ersetzt wird. Der Ersatzstromwandler 10 kann somit einen Benutzer oder ein System weiter mit Messdaten ähnlich oder gleich denen des zuvor verwendeten Stromwandlers 10 versorgen, wodurch die Unversehrtheit aller danach erfassten Messdaten erhalten bleibt.
In einer Ausführungsform kann die Kalibrierungsschaltung 14 an einer Sekundärwicklung des Stromsensors 12 angekoppelt sein. Die Kalibrierungsschaltung 14 kann auch mit einer Schutzschaltung 26 gekoppelt sein, die mehrere Widerstände, Dioden, Zenerdioden und dgl. aufweisen kann. Die Schutzschaltung 26 kann den Phasenverschiebungswiderstand 22, den Empfindlichkeitswiderstand 24 und den Stromwandler 10 vor Spannungsspitzen, Kurzschlüssen und dgl. schützen. Die Schutzschaltung 26 kann zudem zusätzliche Ausrüstung, die mit dem Stromwandler 10 oder der Kalibrierungsschaltung 14 verbunden ist, vor zu hoher Energie schützen. Zu Beispielen für die zusätzliche Ausrüstung können Signalaufbereitungsausrüstung, verschiedene Arten von Überwachungseinrichtungen, Anlagensteuerungsausrüstung und dgl. gehören.
Die Kalibrierungsschaltung 14 kann einen Ausgangsanschluss 28 aufweisen, der eine an dem Empfindlichkeitswiderstand 24 anliegende Spannung messen kann. Der Ausgangsanschluss 28 kann dem Messausgang des Stromwandlers 10 entsprechen und auch zum Kalibrieren des Stromwandlers 10 verwendet werden. Die über den Ausgangsanschluss 28 erfasste Spannungssignalform kann also dazu verwendet werden, zu ermitteln, ob die Phasenverschiebungsoder die Empfindlichkeitseigenschaften des Stromwandlers 10 an von einem Benutzer, einem Modell, einer Tabelle oder dgl. bereitgestellte Zielniveaus angepasst werden sollten. In bestimmten Ausführungsformen können ferner die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 jeweils eingestellt werden, bis die über den Ausgangsanschluss 28 erfasste Spannungssignalform im Wesentlichen einer gewünschten Spannungssignalform entspricht, die festgelegte Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist.
Wie zuvor erwähnt, kann das Messausgangssignal des Stromwandlers 10 proportional zu dem Strom I sein, der durch den Leiter 16 fließt. Vor diesem Hintergrund ist die an dem Ausgangsanschluss 28 erfasste Spannungssignalform auch proportional zu dem Strom I. In einer Ausführungsform kann dem Leiter 16 von einer Stromquelle 30 der Strom I zugeführt werden. Bei der Stromquelle 30 kann es sich um eine genaue Stromquelle handeln, die den Strom I liefern kann, so dass der Strom I einen Stromwert, wie er festgelegt oder in die Stromquelle 30 eingegeben wird, genau wiedergeben kann. Auf diese Weise kann der Stromwandler 10 auf der Grundlage eines dem Leiter 16 zugeführten bekannten Stromwerts genau kalibriert werden.
Der Phasenverschiebungswiderstand 22, der Empfindlichkeitswiderstand 24 und die Stromquelle 30 können allgemein von einem Benutzer/Bediener, der die Kalibrierungsschaltung 14 zum Kalibrieren des Stromwandlers 10 verwenden kann, einzeln gesteuert und betrieben werden. In bestimmten Ausführungsformen können jedoch der Phasenverschiebungswiderstand 22, der Empfindlichkeitswiderstand 24 und die Stromquelle 30 mit einer Steuerung 32 gekoppelt sein. Die Steuerung 32 kann den Phasenverschiebungswiderstand 22, den Empfindlichkeitswiderstand 24 und die Stromquelle 30 unter Verwendung einer Datenübertragungskomponente 34, eines Prozessors 36, eines Arbeitsspeichers 38, eines Datenspeichers 40, von Eingabe-Ausgabe(E/A)-Kanälen 42 und dgl. steuern.
Bei der Datenübertragungskomponente 34 kann es sich um eine drahtlose oder drahtgebundene Datenübertragungskomponente handeln, die die Datenübertragung zwischen verschiedenen Bauteilen (z.B. der Stromquelle 30) in dem Stromwandler 10 ermöglichen kann. Bei dem Prozessor 36 kann es sich um jede beliebige Art von Computerprozessor oder Mikroprozessor handeln, der in der Lage ist, von Computern ausführbaren Code auszuführen. Der Arbeitsspeicher 38 und der Datenspeicher 40 können jedes geeignete Erzeugnis sein, das als materielles maschinenlesbares Medium zum Speichern von Code oder Befehlen, die von einem Prozessor ausführbar sind, dienen kann. Diese Erzeugnisse können computerlesbare Medien (z.B. jede geeignete Form von Arbeitsspeicher oder Datenspeicher) darstellen, die den von einem Prozessor ausführbaren Code speichern können, der von dem Prozessor 36 ausgeführt wird, um die vorliegend offenbarten Verfahren durchzuführen.
Die Steuerung 32 kann auch mit dem Ausgangsanschluss 28 gekoppelt sein, so dass sie die von dem Stromwandler 10 ausgegebenen Spannungssignalformen überwachen kann. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 32 Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften von einem Benutzer erhalten und kann dann automatisch den Stromwandler 10 kalibrieren. Das bedeutet, dass die Steuerung 32 der Stromquelle 30 einen Stromwert vorgeben kann, den sie dem Leiter 16 liefern soll, und anschließend die Spannungssignalform an dem Ausgangsanschluss 28 überwachen kann. Die Steuerung 32 kann dann den Stromwandler 10 kalibrieren, indem sie die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 einstellt, bis die am Ausgangsanschluss 28 erfasste Spannungssignalform Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist, die im Wesentlichen den empfangenen Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften entsprechen. Zusätzliche Einzelheiten bezüglich eines Verfahrens zum Kalibrieren des Stromwandlers 10 unter Verwendung der Kalibrierungsschaltung 14 sind nachstehend ausführlicher unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 50, das zum Kalibrieren des Stromwandlers 10 unter Verwendung der Kalibrierungsschaltung 14 eingesetzt werden kann. In einem Beispiel kann das Verfahren 50 von der Steuerung 32 durchgeführt werden, jedoch sollte angemerkt werden, dass das Verfahren 50 auch von einem oder mehreren Benutzern/Bedienern durchgeführt werden kann, die die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 sowie die Stromquelle 30 steuern können und die die Ausgangsspannung an dem Ausgangsanschluss 28 überwachen können.
In Block 52 kann die Steuerung 32 eine Eingangsstromsignalform und ein erwartetes oder gewünschtes Messausgangssignal des Stromwandlers empfangen. Die Eingangsstromsignalform kann eine Amplitude und Frequenz für eine Stromsignalform aufweisen, die den Strom I darstellt, der dem Leiter 16 über die Stromquelle 30 zugeführt werden kann. Das erwartete Messausgangssignal des Stromwandlers wiederum kann einem erwarteten Ausgangswert entsprechen, der der Eingansstromsignalform für den Strom I zugeordnet ist, der durch den Leiter 16 in dem Stromwandler 10 fließt. Darüber hinaus kann das Messausgangssignal des Stromwandlers ferner eine bestimmte Phasenverschiebung festlegen, mit der eine Signalform für das Messausgangssignal des Stromwandlers gegenüber der Signalform des bereitgestellten Stroms I verschoben sein kann.
Nach dem Empfangen dieser Werte kann die Steuerung 32 in Block 54 ein Signal an die Stromquelle 30 senden, damit dem Leiter 16 der Strom I zugeführt wird, der der Eingangsstromsignalform entspricht, die in Block 52 empfangen wurde. Die Stromquelle 30 kann dann dem Leiter 16 den entsprechenden Strom I zuführen.
In Block 56 kann die Steuerung 32 das Messausgangssignal des Stromwandlers über den Ausgangsanschluss 28 empfangen. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 32 eine Spannungssignalform empfangen, die proportional zu einer Stromsignalform sein kann, die dem Strom I zugehörig ist, der durch den Leiter 16 fließt.
Unter Verwendung des erwarteten Messausgangssignals des Stromwandlers, das in Block 52 empfangen wird, und des momentanen Messausgangssignals des Stromwandlers, das in Block 56 empfangen wird, kann die Steuerung 32 in Block 58 bestimmen, ob das momentane Messausgangssignal des Stromwandlers im Wesentlichen dem erwarteten Messausgangssignal des Stromwandlers entspricht. Die Steuerung 32 kann beispielsweise bestimmen, ob die Amplitude der momentanen Spannungssignalform der Amplitude der erwarteten Spannungssignalform innerhalb desselben Grads oder derselben Toleranz (von z.B. weniger als 1%) entspricht. Die Steuerung 32 kann ferner auch bestimmen, ob die momentane Spannungssignalform mit der erwarteten Spannungssignalform phasengleich ist. Wenn entweder die Amplitude der momentanen Spannungssignalform nicht der Amplitude der erwarteten Spannungssignalform entspricht oder wenn die momentane Spannungssignalform nicht phasengleich mit der erwarteten Spannungssignalform ist, kann die Steuerung 32 zu Block 60 übergehen.
In Block 60 kann die Steuerung 32 ein Signal an den Phasenverschiebungswiderstand 22, den Empfindlichkeitswiderstand 24 oder beide senden, um ihre jeweiligen Widerstandswerte einzustellen, so dass die Amplitude und die Phase der an dem Ausgangsanschluss 28 erfassten momentanen Spannungssignalform der Amplitude und der Phase der erwarteten Spannungssignalform entsprechen. In einer Ausführungsform kann die Steuerung 32 die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 entsprechend der Übertragungsfunktion von Gleichung 1, wie nachstehend angegeben, einstellen:
wobei der Istspannung entspricht, die an dem Ausgangsanschluss 28 erfasst wird, dem Strom I entspricht, der durch den Leiter 16 fließt, der Anzahl von Primärwicklungen in dem Stromwandler 10 entspricht, der Anzahl von Sekundärwicklungen in dem Stromsensor 12 entspricht, der Kreisfrequenz des Stroms I entspricht, der Induktivität des Stromsensors 12 entspricht, dem Widerstand der Wicklungen in dem Stromsensor 12 entspricht, dem Widerstand des Phasenverschiebungswiderstands 22 entspricht und dem Empfindlichkeitswiderstand 24 entspricht.
Ferner kann der Phasenwinkel gemäß der nachstehend angegebenen Gleichung 2 beschrieben werden:
Die Steuerung 32 kann also die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 auf der Grundlage der über den Ausgangsanschluss 28 erfassten momentanen Istspannung und der Gleichung 1 und 2 einstellen. Danach kann die Steuerung 32 dann zu Block 56 zurückkehren und ein aktualisiertes momentanes Messausgangssignal des Stromwandlers empfangen und kontinuierlich die Blöcke 56, 58 und 60 abarbeiten, bis die über den Ausgangsanschluss 28 erfasste momentane Spannungssignalform im Wesentlichen der erwarteten Spannungssignalform entspricht (z.B. weniger als 1% Unterschied). Die Steuerung 32 kann somit die Widerstandswerte des Phasenverschiebungswiderstands 22 und des Empfindlichkeitswiderstands 24 anpassen, bis die momentane Spannungssignalform im Wesentlichen mit der erwarteten Spannungssignalform übereinstimmt.
Unter Bezugnahme zurück auf Block 58 kann die Steuerung 32, wenn die momentane Spannungssignalform der erwarteten Spannungssignalform entspricht, mit Block 62 fortfahren und das Verfahren 50 beenden. Das bedeutet, dass der Stromwandler 10 hinsichtlich der Parameter, die in Block 52 empfangen wurden, als kalibriert angesehen werden kann, da in Block 62 die momentane Spannungssignalform der erwarteten Spannungssignalform entspricht. In bestimmten Ausführungsformen kann das Verfahren 50 an mehreren Stromwandlern kurz nach deren Herstellung durchgeführt werden. Jeder der hergestellten Stromwandler kann somit im Wesentlichen ähnliche Phasenverschiebungs- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweisen. Demzufolge können Stromwandler unter Verwendung kostengünstigerer (z.B. auswechselbarer) Bauteile hergestellt werden, da ihre Auswirkungen auf die Kapazität, die Induktivität und den Widerstand des Stromwandlers unter Verwendung der Kalibrierungsschaltung 14 ausgeglichen werden können.
Wie zuvor erwähnt, kann ferner ein anspruchsvoller Aspekt im Zusammenhang mit der Verwendung des Stromwandlers 10 das genaue Messen eines Ableitstroms von Statorwicklungen eines Motors oder Generators in Echtzeit umfassen. Ein zu hoher Ableitstrom in den Statorwicklungen kann eine Beschädigung des Motors oder Generators verursachen. Der Ableitstrom ist jedoch ein komplexes Signal, das eine Amplitude und Phase (d.h. bezogen auf die Netzspannung des Motors) und eine reelle (z.B. ohmsche) und eine imaginäre (z.B. kapazitive) Komponente aufweist, und sein Signalpegel kann im Vergleich zu dem Signal des Netzstroms des Motors sehr niedrig sein. Ein Präzisions- und Hochleistungsstromsensor kann daher bei der beständigen Erfassung genauer Ableitstrommesswerte von Vorteil sein.
Bei Verwendung der zuvor beschriebenen Kalibrierungsschaltung 14 können mehrere ähnlich ausgelegte Stromwandler beständig ähnliche oder gleiche Messwerte für dieselben Eingangsströme ausgeben. Die Kalibrierungsschaltung 14 kann also verschiedene Stromwandler 10 der Ring-Bauart kalibrieren, die aufgrund der magnetischen Eigenschaften der Materialien und bedingt durch das zu ihrer Herstellung verwendete Fertigungsverfahren eine hohe Toleranz bei ihren elektrischen (z.B. Widerstand) und magnetischen (z.B. Induktivität) Eigenschaften aufweisen können. Die Kalibrierungsschaltung 14 kann ferner eine Phasenverschiebung zwischen einem Ausgangssignal des Stromwandlers 10 und einem gemessenen Ableitstrom ausgleichen. Die vorstehend beschriebene Kalibrierungsschaltung 14 kann deshalb ermöglichen, dass Stromwandler 10 mit viel größeren Schwankungen bei den Bauteilspezifikationen hergestellt werden können. Demzufolge können die Herstellungskosten im Zusammenhang mit der Fertigung des Stromwandlers sinken, und jeder Stromwandler 10 kann kalibriert werden, damit er strengere Leistungsvorgaben erfüllt.
Zusätzlich zur Verwendung der Kalibrierungsschaltung 14 zur Herstellung der Stromwandler 10 mit ähnlichen Ausgangsmesswerten kann eine feste Seitenabschirmung zur gleichmäßigen Abschirmung jedes hergestellten Stromwandlers 10 verwendet werden. Wie zuvor erwähnt ist, werden herkömmliche mit Band gewickelte Abschirmungen aufgrund der Komplexität des Herstellungsverfahrens möglicherweise nicht einheitlich hergestellt. Jeder Stromwandler 10, der unter Verwendung einer mit Band gewickelten Abschirmung abgeschirmt wird, kann somit von elektrischem und magnetischem Rauschen unterschiedlich beeinträchtigt werden, wodurch das Messausgangssignal jedes Stromwandlers 10 anders beeinflusst wird.
Vor diesem Hintergrund veranschaulicht 4 eine perspektivische Draufsicht auf eine feste Seitenabschirmungsanordnung 70. Die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 kann in einer Ausführungsform ein Gehäuse 72 aufweisen, das ganz allgemein eine Ringform 73 bilden kann und einen ringförmigen Hohlraum 74 aufweisen kann, der ein magnetisch durchlässiges Material aufnehmen kann, das zum Abschirmen des Stromwandlers 10 verwendet wird. Das magnetisch durchlässige Material kann Magnetfelder absorbieren. In bestimmten Ausführungsformen kann das magnetisch durchlässige Material ein solches sein, dass seine Durchlässigkeit bezogen auf den freien Raum gemessen werden.
Das Gehäuse 72 kann aus Kunststoff, Aluminium, jedem beliebigen Polymer, glasfaserverstärktem Kunststoff, nichtferritischen Metallen oder dgl. bestehen. In einer Ausführungsform kann das Gehäuse 72 einen erweiterten Hohlraum 76 aufweisen, der die Kalibrierungsschaltung 14 umschließen kann. Das Gehäuse 72 kann somit auch Kontaktstifte 78 aufweisen, die zur Schaffung eines Zugangs zu dem Ausgangsanschluss 28 der Kalibrierungsschaltung 14 verwendet werden können, wodurch ein Benutzer den Stromwandler 10 über die Kalibrierungsschaltung 14 kalibrieren kann.
Vor diesem Hintergrund veranschaulicht 5 den ringförmigen Hohlraum 74 und den erweiterten Hohlraum 76 aus einer Innenansicht 80 des Gehäuses 72. Das Gehäuse 72 kann einen Boden 73, eine Innenwand 75 des ringförmigen Hohlraums und eine Außenwand 77 des ringförmigen Hohlraums aufweisen. Der ringförmige Hohlraum 74 kann somit den Raum zwischen dem Boden 73, der Innenwand 75 des ringförmigen Hohlraums und der Außenwand 77 des ringförmigen Hohlraums einnehmen. Das Gehäuse 72 kann ganz allgemein so geformt sein, dass der Boden 73, die Innenwand 75 des ringförmigen Hohlraums und die Außenwand 77 des ringförmigen Hohlraums aus demselben Material bestehen und aus einem Stück dieses Materials geformt werden können. In einer Ausführungsform kann die Kalibrierungsschaltung 14 in die Außenwand 77 des ringförmigen Hohlraums innerhalb des erweiterten Hohlraums 76 derart passen, dass sie über die Kontaktstifte 78 zugänglich ist, die einen Anschluss von Drähten, Kabeln und dgl. an die Kalibrierungsschaltung 14 ermöglichen.
Wie zuvor erwähnt ist, kann der ringförmige Hohlraum 74 vier kreisförmige Ringe aufnehmen, so dass jeder kreisförmige Ring eine Seite des Stromsensors 12 abschirmen kann. 6 veranschaulicht eine Explosionsdarstellung 90 der festen Seitenabschirmungsanordnung 70 im Querschnitt, senkrecht entlang Linie I in 4 geschnitten. 6 zeigt somit, wie jeder kreisförmige Ring um den Stromsensor 12 herum passen kann. Wie in FIG. 6 gezeigt ist, kann die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 einen kreisförmigen Innenring 92 (z.B. eine radial inneren Ring oder eine radial innere Scheibe), einen kreisförmigen Außenring 94 (z.B. einen radial äußeren Ring oder eine radial äußere Scheibe), einen kreisförmigen Oberseitenring 96 (z.B. einen axial oberen Ring oder eine axial obere Scheibe) und einen kreisförmigen Unterseitenring 98 (z.B. einen axial unteren Ring oder eine axial untere Scheibe) aufweisen. Der kreisförmige Innenring 92 und der kreisförmige Außenring 94 können somit radial einen Abstand zueinander aufweisen, und der kreisförmige Oberseitenring 96 und der kreisförmige Unterseitenring 98 können axial einen Abstand zueinander aufweisen. Zusätzlich können der kreisförmige Innenring 92 und der kreisförmige Außenring 94 konzentrisch zueinander sein.
In einer Ausführungsform kann ein Radialabstand D zwischen dem Innen- und Außenradius des kreisförmigen Oberseitenrings 96 und des kreisförmigen Unterseitenrings 98 ungefähr gleich einer oder größer als eine radiale Dicke T1 des kreisförmigen Innenrings 92 plus eine radiale Dicke T2 des Stromsensors 12 plus eine radiale Dicke T3 des kreisförmigen Außenrings 94 sein. Der kreisförmige Oberseitenring 96 und der kreisförmige Unterseitenring 98 können somit wirksam den oberen und unteren Abschnitt des Stromsensors 12 vor elektrischem oder magnetischem Rauschen schützen, das außerhalb des Gehäuses 72 vorhanden sein kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf den kreisförmigen Innenring 92 und den kreisförmigen Außenring 94 können eine Länge L1 (z.B. axiale Höhe) des kreisförmigen Innenrings 92 und eine Länge L3 (z.B. axiale Höhe) des kreisförmigen Außenrings 94 ungefähr der Länge L2 (z.B. axialer Höhe) des Stromsensors 12 entsprechen oder größer als diese sein. Der Innen- und Außenumfang des Stromsensors 12 können somit wirksam vor elektrischem oder magnetischem Rauschen geschützt werden, das außerhalb des Gehäuses 72 vorhanden sein kann. Kombiniert können der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige Oberseitenring 96 und der kreisförmige Unterseitenring 98 jede Seite des Stromsensors 12 abschirmen, so dass der gesamte Stromsensor 12 wirksam gegen verschiedene Quellen für magnetisches und elektrisches Rauschen abgeschirmt ist.
Die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 ist zwar mit vier kreisförmigen Ringen beschrieben worden, jedoch sollte angemerkt werden, dass die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 nur zwei kreisförmige Ringe aufweisen kann. Das bedeutet, dass die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 in bestimmten Ausführungsformen den kreisförmigen Oberseitenring 96 und den kreisförmigen Unterseitenring 98 zum Abschirmen der Seiten des Stromsensors 12 mit der größten Oberfläche aufweisen kann. In diesem Fall können der kreisförmige Innen- und Außenring mit Band gewickelte Abschirmungen sein.
Das Gehäuse 72 kann auch einen Deckel 100 aufweisen. Der Deckel 100 kann mit der Innenwand 75 des ringförmigen Hohlraums, der Außenwand 77 des ringförmigen Hohlraums, dem kreisförmigen Innenring 92, dem kreisförmigen Außenring 94, dem kreisförmigen oberen Ring 96 oder dem kreisförmigen unteren Ring 98 unter Verwendung von Befestigungsmitteln, wie Schrauben und dgl., verbunden werden. Sobald das Gehäuse 72 mit dem Deckel 100 verbunden ist, kann die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 wirksam den Stromwandler 10 gegen elektrisches oder magnetisches Rauschen abschirmen, das außerhalb des Gehäuses 72 vorhanden sein kann.
In bestimmten Ausführungsformen können der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige obere Ring 96 und der kreisförmige untere Ring 98 jeweils aus einem magnetisch durchlässigen Material bestehen, so dass ihre Durchlässigkeit bezogen auf den freien Raum gemessen werden kann, beispielsweise aus einer Supermalloy-Legierung (z.B. Nickel-Eisen-Legierung), aus Metglas, Ultraperm, MuMETAL oder dgl. Bei dem kreisförmigen Innenring 92, dem kreisförmigen Außenring 94, dem kreisförmigen oberen Ring 96 und dem kreisförmigen unteren Ring 98 kann es sich somit jeweils um massive Materialstücke handeln, die unter Verwendung einer Laserschneidvorrichtung, einer Wasserstrahlschneidvorrichtung oder dgl. mit sehr genauen Abmessungen hergestellt werden. Im Allgemeinen kann die Dicke des kreisförmigen Innenrings 92, des kreisförmigen Außenrings 94, des kreisförmigen oberen Rings 96 und des kreisförmigen unteren Rings 98 mindestens 0,075 Zoll betragen. In bestimmten Ausführungsformen können der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige Oberseitenring 96 oder der kreisförmige Unterseitenring 98 mehrere Teile aufweisen, die aufeinander gestapelt sind, um so einen vollständigen kreisförmigen Innenring 92, kreisförmigen Außenring 94, kreisförmigen Oberseitenring 96 oder kreisförmigen Unterseitenring 98 zu bilden. Das bedeutet beispielsweise, dass der kreisförmige Oberseitenring 96 aus zehn Teilen aus dem magnetisch durchlässigen Material mit 0,0075 Zoll bestehen kann, die aufeinandergestapelt sind, um den einzelnen kreisförmigen Oberseitenring 96 mit 0,075 Zoll zu bilden.
In bestimmten Ausführungsformen können von dem kreisförmigen Innenring 92, kreisförmigen Außenring 94, kreisförmigen oberen Ring 96 und kreisförmigen unteren Ring 98 zwei oder drei gemeinsam als ein einziges Teil geformt sein. Von dem kreisförmigen Innenring 92, kreisförmigen Außenring 94, kreisförmigen oberen Ring 96 und kreisförmigen unteren Ring 98 können also zwei oder drei aus dem magnetisch durchlässigen Material derart hergestellt sein, dass von dem kreisförmigen Innenring 92, kreisförmigen Außenring 94, kreisförmigen oberen Ring 96 und kreisförmigen unteren Ring 98 zwei oder drei gemeinsam ausgebildet sind. Der kreisförmige Innenring 92 und der kreisförmige untere Ring 98 können beispielsweise aus einem einzelnen Stück des magnetisch durchlässigen Materials hergestellt sein, wodurch ein erstes einzelnes Abschirmteil gebildet wird. Auf dieselbe Art und Weise können der kreisförmige Außenring 94 und der kreisförmige obere Ring 96 aus einem einzelnen Stück des magnetisch durchlässigen Materials hergestellt sein, wodurch ein zweites einzelnes Abschirmteil gebildet wird. Diese beiden Teile können dann um den Stromsensor 12 herum derart platziert werden, dass der Stromsensor 12 auf jeder seiner Seiten abgeschirmt werden kann. Auf dieselbe Art und Weise können der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94 und der kreisförmige obere Ring 96 aus einem einzelnen Stück des magnetisch durchlässigen Materials hergestellt sein, wodurch ein einzelnes Abschirmteil gebildet wird, das um drei Seiten des Stromsensors 12 herum passen kann. Der kreisförmige untere Ring 98 kann dann oben auf dem entstehenden dreiseitigen Abschirmteil platziert werden, damit der Stromsensor 12 gegen Rauschen in jeder Richtung abgeschirmt wird.
Obwohl beschrieben worden ist, dass die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 ein ringförmig geformtes Gehäuse 72, einen ringförmig geformten Deckel 100 und vier kreisförmige Abschirmringe (d.h. den kreisförmigen Innenring 92, den kreisförmigen Außenring 94, den kreisförmigen oberen Ring 96 und den kreisförmigen unteren Ring 98) aufweist, sollte angemerkt werden, dass die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 auch mit anderen Formen ausgebildet werden kann, so dass der Stromwandler 10 innerhalb der festen Seitenabschirmungsanordnung 70 passen kann. Die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 kann beispielsweise einen quadratisch geformten Außenrand und einen ringförmig geformten Innenrand aufweisen, wie in 7 dargestellt ist. Das ringförmig geformte Gehäuse 72, der ringförmig geformte Deckel 100, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige obere Ring 96 und der kreisförmige untere Ring 98, wie in 6 dargestellt, können also so geformt sein, dass jedes zuvor erwähnte Teil einen quadratisch geformten Außenrand und einen kreisringförmig geformten Innenrand aufweist, während der kreisförmige Innenring 92 einen ringförmig geformten Innen- und Außenrand aufweisen kann.
In einem weiteren Beispiel kann die feste Seitenabschirmungsanordnung 70 einen achteckig geformten Außenrand und einen kreisringförmig geformten Innenrand, wie in 8 dargestellt ist, oder einen sechseckig geformten Außenrand und einen kreisringförmig geformten Innenrand aufweisen, wie in 9 dargestellt ist. Auf diese Weise können das ringförmig geformte Gehäuse 72, der ringförmig geformte Deckel 100, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige obere Ring 96 und der kreisförmige untere Ring 98, wie in 6 dargestellt, Außenränder aufweisen, die entsprechend den Formen der Außenränder in 8 und 9 geformt sind, während der kreisförmige Innenring 92 einen kreisringförmig geformten Innen- und Außenrand aufweisen kann.
Durch eine präzise Fertigung des kreisförmigen Innenrings 92, des kreisförmigen Außenrings 94, des kreisförmigen oberen Rings 96 und des kreisförmigen unteren Rings 98 entsprechend Abmessungen, bei denen der Stromsensor 12 vollständig von dem Abschirmmaterial eingeschlossen ist, können Hersteller und Monteure bei jedem hergestellten Stromwandler 10 durchgängig für dasselbe Abschirmniveau sorgen. Darüber hinaus können der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige obere Ring 96 und der kreisförmige untere Ring 98 hergestellt werden und bereit für die Montage mit dem Stromwandler 10 sein, wodurch das Herstellungsverfahren für den Stromwandler 10 effizienter gestaltet wird. Da die Kalibrierungsschaltung 14, das Gehäuse 72, der Deckel 100, der kreisförmige Innenring 92, der kreisförmige Außenring 94, der kreisförmige obere Ring 96 und der kreisförmige untere Ring 98 jeweils auswechselbare Teile sind, können also die Montage und Reparatur des Stromwandlers 10 oder der festen Seitenabschirmungsanordnung 70 effizienter durchgeführt werden.
In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Geltungsbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele aufweisen, an die der Fachmann denkt. Diese weiteren Beispiele sollen in den Geltungsbereich der Ansprüche fallen, wenn sie Strukturelemente aufweisen, die nicht vom genauen Wortlaut der Ansprüche abweichen oder wenn sie gleichwertige Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden zum genauen Wortlaut der Ansprüche aufweisen.
Eine Schaltung zur Kalibrierung eines Stromwandlers kann einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweisen, so dass der erste Widerstand und der zweite Widerstand ein von einem Stromsensor ausgegebenes Messsignal anpassen können. Der erste Widerstand und der zweite Widerstand können das Messausgangssignal durch Anpassen einer Phase des Messausgangssignals und/oder Anpassen einer Empfindlichkeit des Messausgangssignals anpassen. Die Schaltung kann ferner einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen, so dass der erste Anschluss mit dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand elektrisch verbunden sein kann. Der erste Anschluss kann hier das von dem Stromsensor ausgegebene Messsignal empfangen, und der zweite Anschluss kann das angepasste Messausgangssignal ausgeben.

Claims

Schaltung, die aufweist: einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand, wobei der erste Widerstand und der zweite Widerstand eingerichtet sind, um ein von einem Stromsensor ausgegebenes Messsignal anzupassen, indem sie wenigstens entweder eine Anpassung einer Phase des Messausgangssignals und/oder eine Anpassung einer Empfindlichkeit des Messausgangssignals vornehmen; einen ersten Anschluss, der eingerichtet ist, um das vom Stromsensor ausgegebene Messsignal zu empfangen, wobei der erste Anschluss mit dem ersten Widerstand und dem zweiten Widerstand elektrisch verbunden ist; und einen zweiten Anschluss, der eingerichtet ist, um das angepasste Messausgangssignal auszugeben.
Schaltung nach Anspruch 1, wobei der erste Widerstand und der zweite Widerstand veränderlichen Widerstände sind.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Widerstand ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist, wobei der zweite Widerstand ein drittes Ende und ein viertes Ende aufweist und wobei das dritte Ende des zweiten Widerstands mit dem zweiten Ende des ersten Widerstands gekoppelt ist; wobei der erste Anschluss vorzugsweise elektrisch mit dem ersten Ende des ersten Widerstands und dem vierten Ende des zweiten Widerstands gekoppelt ist; und wobei der zweite Anschluss vorzugsweise elektrisch mit dem dritten Ende des zweiten Widerstands und dem vierten Ende des zweiten Widerstands gekoppelt ist.
Schaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, die eine Schutzschaltung umfasst, die parallel zu dem zweiten Widerstand geschaltet ist; wobei die Schutzschaltung vorzugsweise eingerichtet ist, um die Schaltung und eine oder mehrere Einrichtungen, die mit der Schaltung gekoppelt sind, vor Spannungsspitzen, Kurzschlüssen oder einer beliebigen Kombination daraus zu schützen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das angepasste Messausgangssignal das Messausgangssignal umfasst, das hinsichtlich der Phaseneigenschaften und Empfindlichkeit unter Verwendung des ersten Widerstands bzw. des zweiten Widerstands kalibriert ist.
System, das aufweist: eine Kalibrierungsschaltung, die aufweist: einen ersten Widerstand, der eingerichtet ist, um Phaseneigenschaften eines von einem Stromsensor ausgegebenen Messsignals anzupassen; und einen zweiten Widerstand, der eingerichtet ist, um Empfindlichkeitseigenschaften des von dem Stromsensor ausgegebenen Messsignals anzupassen; und einen Ausgangsanschluss, der eingerichtet ist, um ein angepasstes Messausgangssignal auszugeben, wobei das angepasste Messausgangssignal die angepassten Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften des Messausgangssignals umfasst; und eine Steuerung, die eingerichtet ist, um mit der Kalibrierungsschaltung gekoppelt zu sein, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um die Widerstandswerte des ersten Widerstands und des zweiten Widerstands einzustellen, bis das angepasste Messausgangssignal Phaseneigenschaften und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist, die im Wesentlichen den Phaseneigenschaften und Empfindlichkeitseigenschaften eines Zielmesssignals entsprechen.
System nach Anspruch 6, wobei die Steuerung eingerichtet ist, um das Zielmesssignal von einem Benutzer, aus einem Modell oder einer Tabelle zu empfangen; und/oder wobei das Zielmesssignal eine Spannungssignalform mit vordefinierten Phasenund Empfindlichkeitseigenschaften umfasst.
System nach Anspruch 6 oder 7, das eine Stromquelle aufweist, die eingerichtet ist, um einen Eingangsstrom zu einem Leiter zu liefern, wobei das Messausgangssignal dem Eingangsstrom entspricht; wobei die Steuerung vorzugsweise eingerichtet ist, um zu der Stromquelle einen Befehl zum Liefern des Eingangsstroms zu senden.
Verfahren, das aufweist: Empfangen eines erwarteten Messausgangssignals, das einem Stromsensor entspricht, wobei das erwartete Messausgangssignal erwartete Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist; Senden eines Signals an eine Stromquelle, um einen Strom zu einem Leiter zu liefern, der von dem Stromsensor überwacht wird; Empfangen eines momentanen Messausgangssignals von dem Stromsensor, wobei das momentane Messausgangssignal momentane Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften aufweist; und Senden eines oder mehrerer Signale an eine Kalibrierungsschaltung, um die momentanen Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften anzupassen, damit sie den erwarteten Phasen- und Empfindlichkeitseigenschaften im Wesentlichen entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Senden des einen oder der mehreren Signale an die Kalibrierungsschaltung Folgendes aufweist: Senden eines ersten Signals an die Kalibrierungsschaltung, wobei das erste Signal eingerichtet ist, um einen ersten Widerstandswert eines ersten Widerstands einzustellen, der eingerichtet ist, um die momentanen Phaseneigenschaften, die dem momentanen Messausgangssignal zugehörig sind, anzupassen, damit sie im Wesentlichen den erwarteten Phaseneigenschaften, die dem erwarteten Messausgangssignal zugehörig sind, entsprechen; oder Senden eines zweiten Signals an die Kalibrierungsschaltung, wobei das zweite Signal eingerichtet ist, um einen zweiten Widerstandswert eines zweiten Widerstands einzustellen, der eingerichtet ist, um momentane Empfindlichkeitseigenschaften, die dem momentanen Messausgangssignal zugehörig sind, anzupassen, damit sie im Wesentlichen den erwarteten Empfindlichkeitseigenschaften, die dem erwarteten Messausgangssignal zugehörig sind, entsprechen; oder ein beliebige Kombination daraus; wobei das momentane Messausgangssignal vorzugsweise einer an dem zweiten Widerstand anliegenden Spannung entspricht; und/oder wobei das erwartete Messausgangssignal vorzugsweise eine Spannungssignalform umfasst.