DE102021112747A1

DE102021112747A1 - Test- und messinstrument zur bestimmung magnetischer kernverluste

Info

Publication number: DE102021112747A1
Application number: DE102021112747.5A
Authority: DE
Inventors: Shubha B; Niranjan R Hegde; Yogesh M Pai; Gajendra Kumar Patro; Krishna N H Sri
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 2020-05-16
Filing date: 2021-05-17
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Ein Test- und Messinstrument zur Bestimmung der magnetischen Kernverluste einer zu testenden Vorrichtung während des Betriebs in der Schaltung. Das Test- und Messinstrument empfängt ein primäres Stromsignal von einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung und empfängt ein primäres Spannungssignal, das über einen Magnetkern der zu testenden Vorrichtung gemessen wird. Basierend auf dem primären Stromsignal und dem primären Spannungssignal bestimmt das Test- und Messinstrument einen magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung. In einigen Beispielen kann das Test- und Messinstrument primäre und sekundäre Spannungs- und Stromeingänge verwenden, um den magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung zu bestimmen. Der magnetische Verlust der zu testenden Vorrichtung kann auf einem Display des Test- und Messinstruments angezeigt werden. Der magnetische Verlust kann einen magnetischen Gesamtverlust, einen Hystereseverlust, einen Kupferverlust und/oder andere Verluste umfassen.

Description

PRIORITÄT
Diese Offenbarung beansprucht den Nutzten der indischen vorläufigen Anmeldung Nr. 202021020713 mit dem Titel „DYNAMIC COMPUTATION AND SEPARATION OF MAGNETIC CORE LOSS INTO COPPER LOSS AND CORE LOSS“, eingereicht am 16. Mai 2020, und der indischen vorläufigen Anmeldung Nr. 202021031825 , mit dem Titel „OSCILLOSCOPE BASED DYNAMIC COMPUTATION AND SEPARATION OF MAGNETIC CORE LOSS INTO COPPER AND CORE LOSS FOR A MUTLI-CORE SYSTEM“, eingereicht am 24. Juli 2020, wobei jede dieser Anmeldungen durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin aufgenommen ist.
GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Prüf- und Messsysteme und insbesondere auf Systeme und Verfahren zur Messung von Komponenten des magnetischen Kernverlusts. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf Test- und Messinstrumente, die zur Messung verschiedener Eigenschaften einer zu testenden Vorrichtung (DUT), wie z. B. Induktoren und Transformatorspulen mit mehreren Ausgängen, verwendet werden.
STAND DER TECHNIK
Induktivitäten und Multi-Output-Transformatorspulen werden häufig in Elektrofahrzeugen und beim drahtlosen Laden zur Energieumwandlung verwendet. Beim Entwurf elektrischer Schaltungen um diese induktiven Elemente herum, wie z. B. Leistungswandler, ist eine der wichtigsten Entwurfsüberlegungen der magnetische Gesamtverlust, der eine Reihe verschiedener Arten von Verlusten umfassen kann, wie z. B. Hystereseverlust, Wirbelstromverlust, Kupferverlust, usw.
Konventionell wird zur Berechnung spezifischer Verluste, wie z. B. des Hystereseverlustes, der hier auch als Kernverlust bezeichnet wird, eine empirische Formel verwendet, die auf Informationen aus einem Datenblatt für die Induktivität und/oder den Transformator basiert, die nur einen ungefähren Wert dafür liefert, wie viel Kernverlust in einem bestimmten Transformator oder Induktor vorhanden ist. Bei Elektrofahrzeugen und drahtlosen Ladegeräten ist der Wert der Kernverluste bzw. Hystereseverluste jedoch entscheidend für die Effizienz der Konstruktion. Trotz dieser kritischen Eigenschaft wird der Kernverlust derzeit anhand der Datenblattinformationen des Kerns berechnet, die nur einen ungefähren und oft ungenauen Wert für den Kernverlust liefern. Das heißt, der konventionell berechnete Kernverlust liefert keine genaue Echtzeit- oder In-Circuit-Kerndämpfungsmessung.
Beispiele der Offenbarung beheben diese und andere Mängel des Standes der Technik.
Figurenliste
Aspekte, Merkmale und Vorteile von Beispielen der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung von Beispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen:

1 ist ein Ersatzschaltbild eines Industrietransformators.
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Test- und Messinstruments gemäß einiger Beispiele der Offenbarung.
3 ist eine beispielhafte grafische Benutzeroberfläche, die auf dem Test- und Messinstrument von 2 angezeigt werden kann.
4 ist eine weitere beispielhafte grafische Benutzeroberfläche, die auf dem Test- und Messinstrument von 2 angezeigt werden kann.
5 ist eine Illustration einer Beispielkurve des magnetischen Flusses (B) gegen die magnetische Intensität (H).
6 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses des Test- und Messinstruments von 2 gemäß einigen Beispielen der Offenbarung.
7 ist eine beispielhafte grafische Benutzeroberfläche des Test- und Messinstruments von 2.

BESCHREIBUNG
Im Allgemeinen werden Test- und Messinstrumente verwendet, um verschiedene Eigenschaften eine zu testenden Vorrichtung (DUT) zu messen, wie z. B. Induktoren und Transformatorspulen mit mehreren Ausgängen. Allerdings gibt es derzeit keine Test- und Messinstrumente, die die verschiedenen Arten von magnetischen Verlusten, wie Hystereseverlust und Kupferverlust, während des Betriebs von Induktoren und Transformatorspulen mit mehreren Ausgängen messen können.
Der Hystereseverlustwert für einen bestimmten Kern ist von großer Bedeutung für die Design-Effizienz in Leistungswandlern, da selbst kleine Verbesserungen des Wirkungsgrads zu erheblichen Einsparungen für den Endverbraucher führen können. Der Kernverlustwert hängt von den magnetischen Eigenschaften des gewählten Kernmaterials für die Induktivität oder den Transformator ab und umfasst Hystereseverlust und Wirbelstromverlust, die auch als Kern-/Eisenverlust bezeichnet werden. Der Kupferverlust ist auf den Widerstand der Wicklungen im Induktor zurückzuführen und hängt von der elektrischen Last ab, die an der Sekundärseite des Transformators angeschlossen ist.
Wenn ein Induktor- oder Transformatorverlust mit einem Test- und Messinstrument gemessen wird, ist das Ergebnis der gesamte magnetische Verlust, der sowohl den Kupferverlust in den Primär- und Sekundärwicklungen als auch den magnetischen Hystereseverlust umfasst. Wenn bestimmte Arten von Verlusten von einem Konstrukteur bestimmt werden sollen, dann werden diese Verluste bei konventionellen Methoden durch empirische Formeln unter Verwendung von Daten aus einem Datenblatt berechnet, das nur einen ungefähren Wert für den Kernverlust angibt.
Die veröffentlichten Verlustwerte auf den Datenblättern für verschiedene Kernmaterialien sind jedoch von bekannten sinusförmigen Stimuli abgeleitet. Diese von Sinus abgeleiteten Werte sind für Konstrukteure, die an der Kenntnis des In-Circuit-Betriebs der Magnetkerne interessiert sind, nicht sehr hilfreich oder nützlich, da während des In-Circuit-Betriebs eine nicht-sinusförmige Anregung vorhanden sein kann. Außerdem kann sich eine über der Spule erfasste Spannung, selbst wenn die Erregung sinusförmig ist, aufgrund des Effekts der induktiven Reaktanz als nichtsinusförmig verhalten und wird nicht mit den Datenblattwerten übereinstimmen. Selbst wenn also die Kernverluste aus einer bereitgestellten Datenblattgrafik interpretiert werden, entsprechen sie wahrscheinlich nicht den Verlusten in der Realität.
Die Kernverluste können nach der empirischen Formel von Steinmetz oder nach der Gleichung des Herstellers unter Verwendung der Informationen aus dem Datenblatt des Herstellers berechnet werden. Die Kernverlustgleichung kann unter Verwendung einer empirischen Formel nach Gleichung (1) berechnet werden:
$Kh * f * B^{n} peak + Ke * f2 + B^{2} peak$
Wobei Kh die Hysteresekonstante und Ke die Wirbelstromkonstante ist und ‚n‘ ein Steimetz-Exponent ist, der von 1,5 bis 2,6 variieren kann und für Eisen 1,6 ist. Kh und Ke werden aus der elektrischen Datenblattkurve beim Spitzenwert des magnetischen Flusses (Bpeak) entnommen, unter Verwendung des Datenblatts des Kernherstellers. Die aus dem Datenblatt entnommenen Materialkonstanten Kh und Ke gelten für eine feste Frequenz, Flussdichte und für eine sinusförmige Erregung, die für einen Betrieb im Stromkreis möglicherweise nicht genau ist. Daher liefern die Formeln von Seinmetz oder des Herstellers möglicherweise keine genauen Kernverlustwerte für den Betrieb einer Induktivität oder eines Transformators im Stromkreis.
1 ist ein Ersatzschaltbild eines Industrietransformators 100, das die Arten von Verlusten zeigt, die während des Betriebs auftreten. Der Widerstand 102 stellt den Kupferverlust in der Primärwicklung dar, und die Induktivität 104 stellt den Streufluss aus der Induktivität dar. Der Kernverlust wird durch den Widerstand 106 dargestellt, während die Reaktanz des Transformators 100 durch die Induktivität 108 dargestellt wird.
Wenn der Primärwicklung eines Transformators Strom zugeführt wird, wird ein Teil des Stroms verwendet, um die Kernverluste im Transformator zu kompensieren. Dies geschieht sowohl bei Aufwärts- als auch bei Abwärtstransformatoren. Für Konstrukteure ist es wichtig, dass sie die verschiedenen Verlustkomponenten bestimmen und trennen können.
Wie in 1 zu sehen ist, hat der Transformator 100 vier Sekundärwicklungen, so dass die Widerstände 110 die Kupferverluste jeder der Sekundärwicklungen darstellen und die Induktivitäten 112 den Streufluss aus der Induktivität der Sekundärwicklungen darstellen. Wie oben besprochen, kann es für einen Konstrukteur von Vorteil sein, diese Verluste während des Betriebs in der Schaltung messen zu können, anstatt die Verluste aus Datenblättern oder empirischen Formelberechnungen zu bestimmen, um den Wirkungsgrad bei der Konstruktion ihrer Schaltungen, wie z. B. bei Leistungswandlern, zu verbessern.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften Test- und Messinstruments 200, wie z. B. eines Oszilloskops, zur Implementierung von Beispielen der hier offengelegten Offenbarung. Das Instrument 200 umfasst eine Anzahl von Ports 202, die ein beliebiges elektrisches Signalmedium sein können. Die Ports 202 können beispielsweise Empfänger, Sender und/oder Transceiver umfassen. Einer oder mehrere der Ports 202 können mit einer zu testenden Vorrichtung verbunden sein, z. B. über eine Spannungs- oder Stromsonde, um ein Signal von der zu testenden Vorrichtung, z. B. einem Induktor oder Transformator, zu empfangen. Das elektrische Signal von der zu testenden Vorrichtung kann z. B. einen Strom und/oder eine Spannung umfassen, die über dem Magnetkern einer magnetischen Komponente der zu testenden Vorrichtung gemessen wird. Beispielsweise könnte ein Eingang des Ports 202 mit einer Spannungssonde verbunden sein, um eine Spannung über der zu testenden Vorrichtung zu empfangen, während ein anderer Eingangsport 202 mit einer Stromsonde verbunden ist, um einen Strom an der zu testenden Vorrichtung zu empfangen. Darüber hinaus können zusätzliche Ports 202 vorhanden sein, um zusätzliche Ströme und, in einigen Beispielen, Spannungen an Sekundärwicklungen der zu testenden Vorrichtung zu empfangen, wie weiter unten näher erläutert wird.
Die Ports 202 sind mit einem Prozessor 204 gekoppelt, der entweder eine Messeinheit enthalten kann oder mit einer Messeinheit verbunden werden kann. Eine solche Messeinheit kann jede Komponente umfassen, die in der Lage ist, Aspekte (z. B. Spannung, Stromstärke, Amplitude usw.) eines über die Ports 202 empfangenen Signals zu messen. Der Prozessor 204 kann eine magnetische Verlusteinheit enthalten, die weiter unten näher erläutert wird, und kann einen magnetischen Verlust bestimmen, der mindestens einen Gesamtverlust, einen Hystereseverlust und einen Kupferverlust sowie andere Verluste umfasst. Die dargestellte Verbindung von den Ports 202 zum Prozessor 204 kann Konditionierungsschaltungen, einen Analog-Digital-Wandler und/oder andere Schaltungen enthalten, um ein empfangenes Signal in eine Wellenform zur weiteren Analyse umzuwandeln. Die resultierende Wellenform oder deren Parameter können dann in einem Speicher 206 gespeichert werden.
Der Prozessor 204 kann als beliebige Verarbeitungsschaltung implementiert werden, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein digitaler Signalprozessor (DSP), ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) usw. Der Prozessor 204 ist so ausgebildet, dass er Befehle aus dem Speicher 206 ausführt und alle Methoden und/oder zugehörigen Schritte durchführen kann, die durch solche Befehle angegeben werden. Der Speicher 206 kann als Prozessor-Cache, Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), Festkörperspeicher, Festplattenlaufwerk(e) und/oder jeder andere Speichertyp implementiert sein. Der Speicher 206 dient als Medium zum Speichern von Daten, Computerprogrammprodukten und anderen Anweisungen und zum Bereitstellen solcher Daten/Produkte/Anweisungen für den Prozessor 204 zur Berechnung je nach Verlangen. Der Speicher 206 speichert z. B. auch Informationen oder Befehle, die von Benutzereingaben 210 zur Verwendung durch den Prozessor 204 empfangen werden. Der Speicher 206 kann aus mehreren Speichern unterschiedlichen Typs bestehen, die innerhalb des Test- und Messinstruments zusammen oder unabhängig voneinander arbeiten. Beispielsweise kann ein Speicher die Anweisungen für den Prozessor 204 speichern, während ein anderer Speicher empfangene Daten von einer zu testenden Vorrichtung speichern kann.
Benutzereingaben 210 sind mit dem Prozessor 204 gekoppelt. Die Benutzereingänge 210 können eine Tastatur, eine Maus, einen Trackball, einen Touchscreen und/oder andere Bedienelemente umfassen, die von einem Benutzer zur Interaktion mit einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) auf einer Anzeige 208 verwendet werden können. Das Display 208 kann ein digitaler Bildschirm, ein auf Kathodenstrahlröhren basierendes Display oder ein beliebiger anderer Monitor sein, um einem Benutzer Testergebnisse anzuzeigen, wie hier beschrieben. Während die Komponenten des Testgeräts 200 so dargestellt sind, dass sie in das Testgerät 200 integriert sind, wird eine Person mit gewöhnlichen Kenntnissen auf dem Gebiet der Technik verstehen, dass sich jede dieser Komponenten auch außerhalb des Testgeräts 200 befinden kann und mit dem Testgerät 200 auf jede herkömmliche Weise gekoppelt werden kann (z. B. verdrahtete und/oder drahtlose Kommunikationsmedien und/oder -mechanismen).
Induktoren können eine einzelne Wicklung um einen Kern haben, während Transformatoren eine Primärwicklung und eine oder mehrere Sekundärwicklungen haben. Beispiele der Offenbarung ermöglichen es einem Benutzer, über Benutzereingaben 210 verschiedene Informationen bezüglich der zu testenden Vorrichtung einzugeben.
Beispielsweise zeigt 3 eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) 300, die dem Benutzer auf dem Display 208 des Test- und Messinstruments 200 angezeigt werden kann. Die GUI 300 kann einen ersten Abschnitt 302 für einen Benutzer zur Angabe von Eigenschaften der Primärwicklungen einer zu testenden Vorrichtung, wie z. B. eines Transformators oder einer Induktivität, und einen zweiten Abschnitt 304 für Eigenschaften der Sekundärwicklungen des Transformators enthalten. Ein Benutzer kann auswählen, dass es keine Sekundärwicklungen gibt, z. B. wenn das zu testende Gerät ein Induktor ist.
Im ersten Abschnitt 302 der GUI 300 sind Dropdown-Menüs oder Felder für einen Benutzer zur Eingabe von Informationen vorgesehen, wie in 3 zu sehen. Zum Beispiel kann ein Spannungsquellenkanal und ein Stromquellenkanal für die Primärwicklung ausgewählt werden. Es können auch Eingabefelder für die Querschnittsfläche des Kerns der zu testenden Vorrichtung sowie die magnetische Länge der zu testenden Vorrichtung und den Kupferwiderstand der Primärwicklung der zu testenden Vorrichtung vorhanden sein, damit ein Benutzer Informationen aus dem Datenblatt der zu testenden Vorrichtung eingeben kann.
Im zweiten Abschnitt 304 werden zusätzliche Felder und/oder Dropdown-Menüs für einen Benutzer zur Eingabe von Informationen über die Benutzereingaben 210 bereitgestellt. Wenn keine Sekundärwicklungen benötigt werden, wie z. B. bei einem Induktor, dann kann ein Benutzer einfach Null für die Anzahl der Wicklungen auswählen. Wie in 3 zu sehen ist, wird in diesem Beispiel jedoch eine Wicklung ausgewählt. In einigen Beispielen kann ein Spannungsquelleneingang für die Sekundärwicklungen durch Auswahl eines Kästchens aktiviert werden. Manchmal kann es jedoch für einen Benutzer schwierig sein, eine Sekundärspannung an seiner zu testenden Vorrichtung zu messen. In solchen Situationen kann der Benutzer die Phasenbeziehung für die Sekundärwicklungen in ein Eingabefeld eingeben. Der Kanal für die Stromquelle der Sekundärwicklung wird empfangen, ebenso wie die Anzahl der Windungen und der Widerstand der Kupferwicklung für die Sekundärwicklung.
4 zeigt dagegen ein weiteres Beispiel für eine GUI 400 mit anderen Auswahlmöglichkeiten als GUI 300. GUI 400 enthält immer noch einen ersten Abschnitt 302 zur Eingabe von Informationen bezüglich des Magnetkerns der zu testenden Vorrichtung und der Primärwicklung, sowie einen zweiten Abschnitt zur Eingabe von Informationen bezüglich der Sekundärwicklungen.
Im Beispiel-GUI 400 von 4 wurden im zweiten Abschnitt 304 drei Wicklungen ausgewählt. Weiterhin ist die Freigabe der Spannungsquelle ausgewählt, so dass Eingabefelder zur Auswahl der Kanäle erscheinen, die die sekundären Spannungsquellen aufnehmen sollen. Für jede der drei ausgewählten Wicklungen sind Felder für die Auswahl des Spannungsquellenkanals, des Stromquellenkanals, der Anzahl der Windungen und des Kupferwiderstands vorgesehen.
Jeder der oben besprochenen Kanäle ist mit einem entsprechenden Port 202 im Test- und Messinstrument 200 verbunden. Die Anzahl der Wicklungen ist auf die Anzahl der im Test- und Messinstrument 200 verfügbaren Ports 202 beschränkt. Wie jedoch von einem Fachmann verstanden wird, können mehrere Test- und Messinstrumente 200 synchronisiert werden, um zusätzliche Ports 202 nach Bedarf bereitzustellen, um den Eingang für eine Anzahl verschiedener Spannungs- und Stromsonden über das zu testende Gerät zu erfassen. Die Messungen von allen zusätzlichen Test- und Messinstrumenten können an eine einzige Verarbeitungseinheit gesendet werden, die aus einem oder mehreren Prozessoren 204 besteht. Die Prozessoren 204 auf einem der Test- und Messinstrumente können verwendet werden, oder es kann ein von den Test- und Messinstrumenten entfernter Prozessor verwendet werden, um die Beispiele der Offenbarung durchzuführen.
Sobald die Benutzereingabeinformationen empfangen wurden, werden die Spannung und der Strom über den Primärwicklungen über die Kanäle gesammelt, die mit den Spannungs- und Stromsonden verbunden sind, und der Strom und manchmal die Spannung, wenn die Sekundärspannungsquelle aktiviert ist, werden über die Strom- und Spannungssonden gesammelt, die mit diesen Kanälen verbunden sind.
Wie oben in Bezug auf die 3 und 4 erläutert, gibt es zwei Möglichkeiten, die sekundären Spannungsquellen zu bestimmen. Erstens kann der Benutzer, wie in 4 dargestellt, die Funktion der Sekundärspannungsquellen aktivieren, und die Sekundärspannungen der Sekundärwicklungen können an dedizierten Kanälen des Test- und Messinstruments 202 empfangen werden.
Zweitens, wie in 3 dargestellt, kann der Benutzer, wenn er die Sekundärspannungen der Sekundärwicklungen nicht abtasten kann, eine Sekundärspannungs-Phasenbeziehung mit der Primärspannung konfigurieren. Die Sekundärspannung zur Erzeugung der BH-Kurven wird auf der Grundlage der Primärspannung und der vom Benutzer eingegebenen Spannungsphase sowie dem Windungsverhältnis der Primär- und Sekundärwicklungen interpoliert.
Um die Sekundärspannungen zu erzeugen, wird zunächst eine Anzahl von Samples bestimmt, die an den ausgebildeten Spannungsphasenwert angepasst werden sollen, und zwar nach Gleichung 2:
$\begin{array}{l} Anzahl (#) von Sample angepasst = (Spannungsphase * Anzahl von Samples pro Zykus) / \\ Zykusphase \end{array}$
Wobei die Anzahl (= #) von Samples pro Zyklus die Anzahl der im Bpeak-Zyklus vorhandenen Samples ist. Das heißt, die Anzahl (= #) von Samples pro Zyklus ist gleich der Indexdifferenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen. Die Nulldurchgänge werden durch eine Flankenberechnung der Spannungs- oder Stromquellen gefunden.
Eine Zyklusphase beträgt immer 360 Grad für einen kompletten Zyklus, daher wird Gleichung 2: $# von Sample angepasst = (Samplephase * # von Sample pro Zykus) / 360 deg$
Die Sekundärspannung ist dann:
$\begin{array}{l} Sekund \ddot{a} rspanung (n) = (Anzahl der Sekund \ddot{a} rwindungen / Anzahl der Prim \ddot{a} rwindungen) \\ Prim \ddot{a} rspannung (n + Anzahlvon Sample angepasst), wobi n ein erster Sample-Index ist . \end{array}$
Die Sekundärspannung pro Wicklung kann mit Hilfe von Gleichung (4B) bestimmt werden:
$\begin{array}{l} Sekund \ddot{a} rspanung pro Wicklung (n) = Anzahl der Sekund \ddot{a} rwindungen pro Wicklung/Anzahl \\ der Prim \ddot{a} rwindungen) * Prim \ddot{a} rspanunng (n + Anzahl von Sample angepasst) \end{array}$
Die Sekundärspannung wird zur Bestimmung der Sekundärleistungsaufnahme der Sekundärwicklungen verwendet, indem die Sekundärspannung pro Wicklung mit dem Sekundärstrom der Wicklung multipliziert wird. Die Sekundärleistung wird zur Bestimmung des gesamten magnetischen Verlustes verwendet, wie im Folgenden näher erläutert wird.
Nach der Erfassung der Primär- und Sekundärspannungen und -ströme an einer zu testenden Vorrichtung, wie z. B. einer gewickelten Induktivität oder einem Transformator, kann der Prozessor 204 eine BH-Kurve auf der Grundlage der Erfassung der Primär- und Sekundärspannungen und - ströme der zu testenden Vorrichtung während eines In-Circuit-Betriebs unter Verwendung bekannter Operationen erzeugen. Eine BH-Kurve wird im Allgemeinen verwendet, um das nichtlineare Verhalten der Magnetisierung zu beschreiben, die ein Kern in Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld erhält. Der magnetische Fluss B und die magnetische Feldstärke H werden auf der Grundlage der erfassten primären und sekundären Spannungen und Ströme bestimmt und aufgetragen, um eine Anzahl von BH-Kurven 500 zu erzeugen, die sich im Allgemeinen überschneiden, wie in 5 gezeigt, unter Verwendung bekannter Methoden im Stand der Technik.
Die Kurve der BH-Kurven mit der maximalen magnetischen Flussdichte, die im Kern induziert wird, wird als Bpeak-Kurve bezeichnet, die zum Bezugspunkt für die Verwendung einer Zeitbereichs-Spannungs- und Stromkurve wird. Die Bpeak-Kurve kann automatisch vom Prozessor 204 auf der Grundlage der überlappenden BH-Kurven in 5 ausgewählt werden. In 5 ist die Bpeak-Kurve als gestrichelte Linie dargestellt. Der Kernverlust oder Hystereseverlust kann basierend auf der Fläche der Bpeak-Kurve generiert werden.
Sobald die BH-Kurven auf der Grundlage der berechneten oder resultierenden Sekundärspannung oder der gemessenen Sekundärspannungen bestimmt wurden, kann der Prozessor 204 eine Bpeak-Fläche auf der Grundlage der Fläche der primären Bpeak-Kurve der Primärwicklung und jeder Fläche der sekundären Bpeak-Kurve jeder der Sekundärwicklungen, falls vorhanden, unter Verwendung von Gleichung 5 bestimmen:
$\begin{array}{l} Bpeak Fl \ddot{a} che = \int {H dB}_{primary} - (\int {H dB}_{secondary (1)} + {H d}_{Bsecondary (2)} + \dots + {H d}_{Bsecondary (k)}), wobei k \\ die Anzahl der Sekund \ddot{a} rwicklungen ist . \end{array}$
Das heißt, die Bpeak-Fläche wird ermittelt, indem die Fläche der Bpeak-Kurven für die Sekundärwicklungen von der Fläche der Bpeak-Kurve der Primärwicklung subtrahiert wird. Im Allgemeinen sind die Flächen der Bpeak-Kurven geschlossene Kreisflächen. In manchen Situationen kann es jedoch vorkommen, dass eine Bpeak-Kurve nicht konvergiert, was zu Fehlern bei der Bestimmung der Fläche führen kann. In solchen Situationen kann der Prozessor 204 zwischen dem ersten und letzten Punkt integrieren, um eine vollständige Schleife zu erstellen. Dies hat im Allgemeinen keinen Einfluss auf die Ergebnisse, da in der Regel nur wenige Punkte auf der Bpeak-Kurve benötigt werden, um die Schleife zu vervollständigen.
Die pro Zyklus verbrauchte Energie oder der Hystereseverlust ist gleich dem Produkt aus dem Volumen der Induktor- oder Transformatorwicklungen und der Bpeak-Fläche. Das Volumen kann durch Multiplikation der vom Benutzer auf der GUI 300 oder 400 eingegebenen Querschnittsfläche mit der vom Benutzer eingegebenen Spulenlänge berechnet werden.
Im Falle eines Transformators kann die Wicklung als magnetischer Kern des Transformators betrachtet werden. Bei ferromagnetischen Materialien ist die magnetische Länge ein Umfang in Metern und die Querschnittsfläche in Metern zum Quadrat.
Der endgültige Hystereseverlust ist das Produkt aus der Fläche der BH-Kurve aus Gleichung (5) oben und dem Volumen, das sich aus der Querschnittsfläche mal der Länge des Magnetkerns ergibt, die auf der Grundlage der Benutzereingaben bestimmt werden und auf dem Datenblatt verfügbar sind, wie in Gleichung (6) gezeigt:
$Hystereseverlust = Gleichung (5) * Volumen$
Ein Kupferverlust kann in einigen Beispielen der Offenlegung auch unter Verwendung der Benutzereingabe des Kupferdrahtwiderstands berechnet werden, wie in den 3 und 4 gezeigt.
Der Kupferwiderstand der Wicklungen kann natürlicherweise entweder bezogen auf Wechselstrom (AC) oder Gleichstrom (DC) sein. Im Allgemeinen kann ein Kupfer-Gleichstromwiderstand direkt aus dem Datenblatt für die Wicklung eingegeben werden.
Ein Wechselstromwiderstand kann jedoch basierend auf einer Widerstandskonstante p, einer reinen Drahtquerschnittsfläche und einer Länge des Drahtes mit Hilfe der Gleichungen (7) und (8) bestimmt werden:
$R_{dc} = p * l_{b} / A_{W}$
$R_{ac} = (h / delta) * R_{dc}$
A_w ist die reine Querschnittsfläche des Drahtes und I_b ist die Länge des Drahtes. Die Widerstandskonstante p beträgt 1,724 x 10-6 Ohm-cm für weichgeglühtes Kupfer bei Raumtemperatur. Delta ist die Eindringtiefe oder Skin-Tiefe der Kupferwicklung und h ist die Dicke der Kernschichten.
Ein Gleichstromwiderstandswert kann verwendet werden, um den Gleichstrom-Kupferverlust pro Wicklung während des In-Circuit-Betriebs zu bestimmen, der einen Niederfrequenz-Kupferverlust liefert, unter Verwendung von Gleichung (9):
${Cu}_{Loss} = I^{2}_{rms} * {Cu}_{Resistance}$
Dabei ist I_rms der Effektivwert des Stroms durch die Wicklung(en).
Der effektive Kupferverlust, Cu_LossEff, zwischen dem Primär- und Sekundärverlust ist:
${Cu}_{LossEff} = {Cu}_{LossPrimary} - ({Cu}_{LossSecondary (1)} + {Cu}_{LossSecondary (2)} + \dots + {Cu}_{VerlustSekund \ddot{a} r (k)})$
Dieser Cu_LossEff gibt einen ungefähren Kupferverlust an, da er möglicherweise keine AC-Komponente hat, wenn nur ein DC-Widerstand vorhanden ist.
Ein Gesamtverlust des Kerns kann auch bestimmt werden, z. B. durch Gleichung 11, unter Verwendung bekannter Berechnungen:
$Magnetischer Gesamtverlust = {Power}_{Primary} - ({Power}_{Secondary (1)} + {Power}_{Secondary (2)} + \dots +$
${Power}_{Secondary (k)}, wobei k die Anzhl der Sekund \ddot{a} rwicklungen ist .$
Die Hystereseverluste und die effektiven Kupferverluste können von den Gesamtverlusten subtrahiert werden, wie in Gleichung (12) gezeigt, um andere vorhandene Verluste zu bestimmen, wie AC-Kupferverluste und Wirbelstromverluste.
$Sonstige Verluste = Gesamtmagnetischer Verlust - {Cu}_{LossEff} - Hystereseverlust$
Jeder dieser Verluste, der magnetische Gesamtverlust, der Hystereseverlust, der Kupferverlust und die sonstigen Verluste der zu testenden Vorrichtung können auf dem Display 208 des Test- und Messinstruments 200 angezeigt werden.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betrieb eines Test- und Messinstruments 200 gemäß einigen Beispielen der Offenbarung illustriert. Der Prozess beginnt in Vorgang 600 mit dem Empfang einer Benutzereingabe, um die Prüfung einer zu testenden Vorrichtung zu beginnen. In Vorgang 602 werden die Primärspannung und der Primärstrom durch das zu testende Gerät an den Ports 202 empfangen und können im Speicher 206 gespeichert werden.
Wenn Vorgang 604 anzeigt, dass Sekundärwicklungen vorhanden sind, werden die Sekundärströme während Vorgang 606 durch Stromsonden erfasst, die mit einem oder mehreren Ports 202 verbunden sind. In Vorgang 608 wird ermittelt, ob die Sekundärspannung aktiviert ist. Wenn die Sekundärspannung in Vorgang 608 nicht aktiviert ist, werden die Sekundärwicklungsspannungen durch den Prozessor 204 basierend auf der Primärspannung, dem Windungsverhältnis und der Phase, wie oben beschrieben, in Vorgang 610 bestimmt. Wenn die Sekundärspannung in Vorgang 608 aktiviert wird, dann werden die Sekundärwicklungsspannungen in Vorgang 612 erfasst. Die Sekundärströme und Sekundärspannungen können gleichzeitig erfasst werden.
Ein oder mehrere magnetische Flüsse B und die magnetische Feldstärke H werden von Prozessor 204 bestimmt und eine BH-Kurve kann in Vorgang 614 erzeugt werden. In einigen Beispielen kann die BH-Kurve auf dem Display 208 für einen Benutzer angezeigt werden. In anderen Beispielen wird die BH-Kurve durch den Prozessor 204 bestimmt, so dass der Bereich der Bpeak-Kurve der BH-Kurven der Primärwicklung in Vorgang 616 bestimmt werden kann. Wenn die Bpeak-Kurve nicht konvergiert hat, können der erste und der letzte Punkt integriert werden, um die Schleife zu vervollständigen, wie oben beschrieben.
Wenn die Sekundärwicklungen in Vorgang 604 aus den auf der GUI 300 oder GUI 400 eingegebenen Benutzerinformationen bestimmt wurden, wird in Vorgang 618 ein resultierender BH-Kurvenbereich wie oben in Gleichung (5) beschrieben bestimmt. Das heißt, die resultierende BH-Kurve oder Bpeak-Fläche wird durch Subtraktion der Summe der Fläche der Bpeak-Kurven der Sekundärwicklungen von der Fläche der Bpeak-Kurve der Primärwicklung bestimmt.
In Vorgang 620 kann das Volumen des Kerns durch den Prozessor 204 bestimmt werden, indem die vom Benutzer eingegebene Querschnittsfläche des Kerns und die vom Benutzer eingegebene Länge des Kerns multipliziert werden. Der Hystereseverlust wird in Vorgang 622 unter Verwendung der obigen Gleichung (6) durch Multiplikation der resultierenden BH-Fläche mit dem Volumen bestimmt. In Vorgang 624 kann die Primärwicklungsleistung durch den Prozessor 204 auf der Grundlage der erfassten Spannung und des Stroms bestimmt werden.
Wenn Sekundärwicklungen vorhanden sind, kann die Sekundärleistung jeder Wicklung unter Verwendung der Sekundärwicklungsspannungen entweder aus Vorgang 610 oder aus Vorgang 612 vom Prozessor 204 in Vorgang 626 bestimmt werden. In Vorgang 628 wird der effektive Kupferverlust durch den Prozessor 204 basierend auf den Eingaben des Benutzers bezüglich des Kupferwiderstands und der erfassten Ströme bestimmt.
In Vorgang 630 kann der Gesamtverlust durch den Prozessor 204 auf der Grundlage der in Vorgang 624 bestimmten Primärwicklungsleistung und der in Vorgang 626 bestimmten Sekundärwicklungsleistungen bestimmt werden. Basierend auf jedem der Ausgänge der Vorgänge 630, Vorgang 622 und Vorgang 628 können die anderen Verluste durch den Prozessor 204 in Vorgang 632 bestimmt werden. Das heißt, die anderen Verluste können bestimmt werden, indem der in Vorgang 630 ermittelte Gesamtverlust genommen und der Hystereseverlust in Vorgang 622 und der effektive Kupferverlust in Vorgang 628 vom Gesamtverlust abgezogen werden. Der Prozess endet dann bei Vorgang 634.
Obwohl der im Flussdiagramm von 6 dargestellte Prozess zur Erleichterung der Diskussion in einer allgemein linearen Weise dargestellt ist, so wie ein Fachmann verstehen wird, sind die Beispiele der Offenbarung nicht auf dieses lineare Flussdiagramm beschränkt, und die verschiedenen Vorgänge können in einigen Fällen in einer Vielzahl von verschiedenen Reihenfolgen oder gleichzeitig ausgeführt werden. Zum Beispiel können die Spannungen und Ströme, die in verschiedenen Operationen erfasst werden, gleichzeitig über das zu testende Gerät erfasst werden. Ferner können die verschiedenen Verluste in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig durch den Prozessor 204 ermittelt werden.
7 veranschaulicht eine beispielhafte Ausgabe an ein Display 208, nachdem der Vorgang in 6 abgeschlossen ist. Der Prozessor 204 kann Anweisungen an die Anzeige 208 senden, um mehrere Fenster anzuzeigen. Zum Beispiel kann ein erstes Fenster 700 eine oder mehrere BH-Kurven enthalten, die auf der Grundlage der erfassten Spannungen und Ströme über der zu testenden Vorrichtung während des Betriebs der Schaltung bestimmt wurden. Fenster 702 kann den resultierenden Strom aus der zu testenden Vorrichtung anzeigen, während Fenster 704 die Primärspannung über der zu testenden Vorrichtung anzeigt. Der resultierende Strom wird durch Bildung des Mittelwertes aller sekundären Wicklungsströme ermittelt.
Das Fenster 706 kann den Primärstrom 706 über der zu testenden Vorrichtung anzeigen, und das Fenster 708 kann die Sekundärspannung 708 über der zu testenden Vorrichtung anzeigen, falls aktiviert. Wenn die Sekundärspannung 708 nicht aktiviert ist, wird, wie oben beschrieben, entweder keine Sekundärspannung angezeigt, oder die vom Prozessor 204 interpolierte Sekundärspannung wird angezeigt. In Fenster 710 kann der Sekundärstrom über der zu testenden Vorrichtung angezeigt werden.
Im Beispiel von 7 sind in der zu testenden Vorrichtung nur eine Primärwicklung und eine einzige Sekundärwicklung vorhanden. Wenn jedoch zusätzliche Sekundärwicklungen vorhanden sind, wie vom Benutzer eingegeben, dann können mehrere Sekundärströme und -spannungen auf dem Display 208 angezeigt werden. Die Anzeige kann auch ein Feld oder Fenster 712 enthalten, um die magnetischen Eigenschaften anzuzeigen, die von der zu testenden Vorrichtung ermittelt wurden. Zum Beispiel werden im Fenster 712 der Hystereseverlust (HysLoss), der Kupferverlust (Culoss) und der Gesamtverlust (TotalLoss) angezeigt. In einigen Beispielen kann das Fenster 712 auch eine Kategorie von anderen Verlusten enthalten, die ebenfalls angezeigt werden.
In einigen Beispielen kann der Prozessor 204 feststellen, ob der Kernverlust und/oder der Kupferverlust einen gewünschten Wert verletzen und eine Warnung 714 auf dem Display 208 anzeigen. In 7 wird die Warnung als ein Symbol angezeigt, das ein Benutzer auswählen kann. In anderen Beispielen kann die Warnung jedoch ein Textfeld sein, das über allen Fenstern auf der Anzeige 208 angezeigt wird, oder sie kann ein akustischer Alarm sein. In einigen Beispielen zeigt der Prozessor 204 automatisch eine Warnung an, wenn der Hystereseverlust oder der Gesamtverlust negativ sind, was anzeigt, dass die Werte der Primärwicklung kleiner sind als die Werte der Sekundärwicklung.
Beispiele der oben diskutierten Offenbarung können es einem Schaltungsdesigner ermöglichen, seine zu testenden Geräte während des In-Circuit-Betriebs zu testen, um eine genauere Echtzeit-Bestimmung der magnetischen Verluste zu erhalten, unabhängig von den DatenblattWerten des Magnetkerns. Dies kann es einem Designer ermöglichen, seine Schaltungen zu modifizieren, um die Effizienz seiner Schaltungsdesigns zu verbessern.
Aspekte der Offenbarung können auf speziell erstellter Hardware, Firmware, digitalen Signalprozessoren oder auf einem speziell programmierten Computer mit einem Prozessor, der nach programmierten Anweisungen arbeitet, arbeiten. Die Begriffe Controller oder Prozessor, wie sie hier verwendet werden, sollen Mikroprozessoren, Mikrocomputer, anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) und spezielle Hardware-Controller umfassen. Ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung können in computerverwendbaren Daten und computerausführbaren Anweisungen verkörpert sein, wie z. B. in einem oder mehreren Programmmodulen, die von einem oder mehreren Computern (einschließlich Überwachungsmodulen) oder anderen Geräten ausgeführt werden. Im Allgemeinen umfassen Programmmodule Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen usw., die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren, wenn sie von einem Prozessor in einem Computer oder einem anderen Gerät ausgeführt werden. Die computerausführbaren Anweisungen können auf einem computerlesbaren Speichermedium wie einer Festplatte, einer optischen Platte, einem Wechselspeichermedium, einem Festkörperspeicher, einem Random Access Memory (RAM) usw. gespeichert sein. Wie ein Fachmann erkennen wird, kann die Funktionalität der Programm-Module in verschiedenen Aspekten beliebig kombiniert oder verteilt werden. Darüber hinaus kann die Funktionalität ganz oder teilweise in Firmware oder Hardware-Äquivalenten wie integrierten Schaltkreisen, FPGA und dergleichen verkörpert sein. Bestimmte Datenstrukturen können verwendet werden, um einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung effektiver zu implementieren, und solche Datenstrukturen werden im Rahmen der hier beschriebenen computerausführbaren Anweisungen und computerverwendbaren Daten in Betracht gezogen.
Die offenbarten Aspekte können in einigen Fällen in Hardware, Firmware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert werden. Die offengelegten Aspekte können auch als Anweisungen implementiert werden, die von einem oder mehreren oder computerlesbaren Speichermedien getragen werden oder darauf gespeichert sind, die von einem oder mehreren Prozessoren gelesen und ausgeführt werden können. Solche Anweisungen können als Computerprogrammprodukt bezeichnet werden. Computerlesbare Medien, wie hier beschrieben, sind alle Medien, auf die ein Computergerät zugreifen kann. Als Beispiel und nicht als Einschränkung können computerlesbare Medien Computerspeichermedien und Kommunikationsmedien umfassen.
Computerspeichermedien sind beliebige Medien, die zum Speichern von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Als Beispiel und ohne Einschränkung können Computerspeichermedien RAM, ROM, Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), Flash-Speicher oder andere Speichertechnologien, Compact Disc Read Only Memory (CD-ROM), Digital Video Disc (DVD) oder andere optische Plattenspeicher, Magnetkassetten, Magnetbänder, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen und alle anderen flüchtigen oder nichtflüchtigen, entfernbaren oder nicht entfernbaren Medien umfassen, die in einer beliebigen Technologie implementiert sind. Computerspeichermedien schließen Signale als solche und vorübergehende Formen der Signalübertragung aus.
Kommunikationsmedien sind alle Medien, die für die Kommunikation von computerlesbaren Informationen verwendet werden können. Als Beispiel und ohne Einschränkung können Kommunikationsmedien Koaxialkabel, Glasfaserkabel, Luft oder jedes andere Medium umfassen, das für die Kommunikation von elektrischen, optischen, Hochfrequenz- (HF), Infrarot-, akustischen oder anderen Signaltypen geeignet ist.
BEISPIELE
Im Folgenden werden illustrative Beispiele für die hier offengelegten Technologien aufgeführt. Eine Konfiguration der Technologien kann jedes oder mehrere und jede Kombination der unten beschriebenen Beispiele umfassen.
Beispiel 1 ist ein Test- und Messinstrument, welches umfasst: einen ersten Port, der so ausgebildet ist, dass er ein primäres Stromsignal von einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung empfängt; einen zweiten Port, der so ausgebildet ist, dass er ein primäres Spannungssignal empfängt, das über einen Magnetkern der zu testenden Vorrichtung gemessen wird; einen oder mehrere Prozessoren, die so ausgebildet sind, dass sie einen magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage des primären Stromsignals und des primären Spannungssignals bestimmen; und eine Anzeige, die so ausgebildet ist, dass sie den magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung anzeigt.
Beispiel 2 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 1, wobei der magnetische Verlust mindestens einen von einem magnetischen Gesamtverlust, einem Hystereseverlust und anderen Verlusten basierend auf dem magnetischen Gesamtverlust und dem Hystereseverlust umfasst.
Beispiel 3 ist das Test- und Messinstrument Beispiel 2, wobei die anderen Verluste einen Wirbelstromverlust und/oder einen Wechselstrom-Kupferverlust umfassen.
Beispiel 4 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1-3, das ferner einen dritten Port umfasst, der so ausgebildet ist, dass er ein sekundäres Stromsignal von der zu testenden Vorrichtung empfängt, das von einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung erfasst wird, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so ausgebildet sind, dass sie den magnetischen Verlust auf der Grundlage des primären Stromsignals, des primären Spannungssignals und des sekundären Stromsignals bestimmen.
Beispiel 5 ist das Test- und Messinstrument von Beispiel 4, wobei eine Sekundärspannung der Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung basierend auf einem Windungsverhältnis zwischen einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung und einer Phasenbeziehung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung bestimmt wird.
Beispiel 6 ist das Test- und Messinstrument eines der Beispiele 4 und 5, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust durch Bestimmen einer primären Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des primären Spannungssignals und des primären Stromsignals, durch Bestimmen einer sekundären Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des sekundären Stromsignals und durch Bestimmen einer Fläche der primären Kurve und der sekundären Kurve bestimmt wird.
Beispiel 7 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1 bis 6, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust durch Erzeugen einer Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung und Bestimmen des Hystereseverlustes auf der Grundlage einer Fläche der Kurve bestimmt wird.
Beispiel 8 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1-7, wobei der magnetische Verlust ein Kupferverlust ist und der eine oder die mehreren Prozessoren weiter ausgebildet sind, um den Kupferverlust basierend auf dem primären Stromsignal und einem Kupferwiderstand zu bestimmen.
Beispiel 9 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1-8, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so ausgebildet sind, dass sie bestimmen, ob der magnetische Verlust eine Bedingung verletzt, und dass sie einen Alarm anzeigen, wenn die Bedingung verletzt ist.
Beispiel 10 ist das Test- und Messinstrument aus einem der Beispiele 1-9, das ferner eine Benutzereingabe umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie eine oder mehrere Eigenschaften der zu testenden Vorrichtung empfängt.
Beispiel 11 ist ein Verfahren zum Bestimmen von Magnetkernverlusten einer zu testenden Vorrichtung, umfassend das Messen eines primären Stromsignals einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung; das Messen eines primären Spannungssignals über einem Magnetkern der zu testenden Vorrichtung; das Bestimmen eines Magnetverlusts der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage des primären Stromsignals und des primären Spannungssignals; und das Anzeigen des Magnetverlusts der zu testenden Vorrichtung.
Beispiel 12 ist das Verfahren von Beispiel 11, wobei der magnetische Verlust mindestens einen von einem magnetischen Gesamtverlust, einem Hystereseverlust und anderen Verlusten basierend auf dem magnetischen Gesamtverlust und dem Hystereseverlust umfasst.
Beispiel 13 ist das Verfahren von Beispiel 12, wobei die anderen Verluste einen Wirbelstromverlust und/oder einen Wechselstrom-Kupferverlust umfassen.
Beispiel 14 ist das Verfahren aus einem der Beispiele 11 bis 13, das ferner das Messen eines sekundären Stromsignals einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung umfasst, und wobei das Bestimmen des magnetischen Gesamtverlustes und des Hystereseverlustes das Bestimmen des magnetischen Verlustes auf der Grundlage des sekundären Stromsignals umfasst.
Beispiel 15 ist das Verfahren von Beispiel 14, das ferner das Bestimmen einer Sekundärspannung der Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage eines Windungsverhältnisses zwischen einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung und einer empfangenen Phasenbeziehung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung umfasst.
Beispiel 16 ist das Verfahren eines der Beispiele 14 oder 15, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust bestimmt wird durch Bestimmen einer Primärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des primären Spannungssignals und des primären Stromsignals, Bestimmen einer Sekundärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des sekundären Stromsignals und Bestimmen einer Fläche der Primärkurve und der Sekundärkurve.
Beispiel 17 ist das Verfahren eines der Beispiele 11-16, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust durch Bestimmen einer Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung und Bestimmen des Hystereseverlustes basierend auf einer Fläche der Kurve bestimmt wird.
Beispiel 18 ist das Verfahren aus einem der Beispiele 11-17, wobei der magnetische Verlust ein Kupferverlust ist und das Verfahren weiterhin die Bestimmung des Kupferverlustes auf der Basis des primären Stromsignals und eines Kupferwiderstandes umfasst.
Beispiel 19 ist das Verfahren nach einem der Beispiele 11-18, das ferner das Bestimmen umfasst, ob der magnetische Verlust eine Bedingung verletzt, und das Anweisen der Anzeige, eine Warnung anzuzeigen, wenn die Bedingung verletzt wird.
Beispiel 20 ist das Verfahren aus einem der Beispiele 11-19, das ferner das Empfangen einer oder mehrerer Eigenschaften der zu testenden Vorrichtung an einer Benutzereingabe umfasst.
Beispiel 21 sind ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien mit darauf gespeicherten Befehlen, die, wenn sie von einem Prozessor eines Test- und Messsystems ausgeführt werden, das Test- und Messsystem veranlassen, ein primäres elektrisches Stromsignal einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung zu messen; ein primäres Spannungssignal über einem Magnetkern der zu testenden Vorrichtung zu messen; basierend auf dem primären elektrischen Stromsignal und dem primären Spannungssignal einen magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung zu bestimmen; und den magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung anzuzeigen. Der magnetische Verlust kann ein magnetischer Gesamtverlust, ein Hystereseverlust oder andere Verluste sein.
Beispiel 22 sind ein oder mehrere computerlesbare Speichermedien von Beispiel 21, die ferner Anweisungen enthalten, um das Test- und Messsystem zu veranlassen, ein sekundäres Stromsignal einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung zu messen, und wobei das Bestimmen des magnetischen Verlusts das Bestimmen des magnetischen Verlusts auf der Grundlage des sekundären Stromsignals umfasst.
Beispiel 23 sind das eine oder mehrere computerlesbare Speichermedium(e) von Beispiel 22, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und durch Erzeugen einer primären Kurve des magnetischen Flusses gegen die magnetische Intensität für die zu testende Vorrichtung basierend auf dem primären Spannungssignal und dem primären Stromsignal, durch Erzeugen einer sekundären Kurve des magnetischen Flusses gegen die magnetische Intensität für die zu testende Vorrichtung basierend auf dem sekundären Stromsignal und durch Bestimmen einer Fläche der primären Kurve und der sekundären Kurve bestimmt wird.
Beispiel 24 sind das eine oder mehrere computerlesbare Speichermedium(e) eines der Beispiele 21-23, das/die außerdem Anweisungen enthält/enthalten, um das Test- und Messsystem zu veranlassen, zu bestimmen, ob der magnetische Verlust eine Bedingung verletzt, und um eine Anzeige anzuweisen, eine Warnung anzuzeigen, wenn die Bedingung verletzt wird.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des offengelegten Gegenstands haben viele Vorteile, die entweder beschrieben wurden oder für eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen offensichtlich wären. Dennoch sind diese Vorteile oder Merkmale nicht in allen Versionen der offengelegten Geräte, Systeme oder Verfahren erforderlich.
Außerdem wird in dieser schriftlichen Beschreibung auf bestimmte Merkmale hingewiesen. Es ist davon auszugehen, dass alle in der Beschreibung, einschließlich der Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen, offengelegten Merkmale und alle Schritte in jedem offengelegten Verfahren oder Prozess in jeder Kombination kombiniert werden können, mit Ausnahme von Kombinationen, bei denen sich zumindest einige dieser Merkmale und/oder Schritte gegenseitig ausschließen. Jedes in der Beschreibung, einschließlich der Ansprüche, der Zusammenfassung und der Zeichnungen, offenbarte Merkmal kann durch alternative Merkmale ersetzt werden, die dem gleichen, gleichwertigen oder ähnlichen Zweck dienen, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben.
Wenn in dieser Anmeldung auf ein Verfahren mit zwei oder mehr definierten Schritten oder Vorgängen Bezug genommen wird, können die definierten Schritte oder Vorgänge in beliebiger Reihenfolge oder gleichzeitig ausgeführt werden, sofern der Kontext diese Möglichkeiten nicht ausschließt.
Obwohl spezifische Beispiele der Offenbarung zum Zwecke der Veranschaulichung dargestellt und beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Dementsprechend sollte die Offenbarung nicht eingeschränkt werden, außer durch die beigefügten Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

IN 202021020713 [0001]
IN 202021031825 [0001]

Claims

Ein Test- und Messinstrument, umfassend: einen ersten Port, der so ausgebildet ist, dass er ein primäres Stromsignal von einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung empfängt; einen zweiten Port, der so ausgebildet ist, dass er ein primäres Spannungssignal empfängt, das über einem Magnetkern der zu testenden Vorrichtung gemessen wird; einen oder mehrere Prozessoren, die so ausgebildet sind, dass sie einen magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung basierend auf dem primären Stromsignal und dem primären Spannungssignal bestimmen; und eine Anzeige, die ausgebildet ist, um den magnetischen Verlust der zu testenden Vorrichtung anzuzeigen.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 1, wobei der magnetische Verlust mindestens einen aus der Gruppe von einem magnetischen Gesamtverlust, einem Hystereseverlust und anderen Verlusten basierend auf dem magnetischen Gesamtverlust und dem Hystereseverlust umfasst.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 2, wobei die anderen Verluste einen Wirbelstromverlust und/oder einen Wechselstrom-Kupferverlust umfassen.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner einen dritten Port umfasst, der so ausgebildet ist, dass er ein sekundäres Stromsignal von der zu testenden Vorrichtung empfängt, das von einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung erfasst wird, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so ausgebildet sind, dass sie den magnetischen Verlust basierend auf dem primären Stromsignal, dem primären Spannungssignal und dem sekundären Stromsignal bestimmen.
Test- und Messinstrument nach Anspruch 4, wobei eine sekundäre Spannung der Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung auf der Grundlage eines Windungsverhältnisses zwischen einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung und einer Phasenbeziehung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung bestimmt wird.
Das Test- und Messinstrument nach Anspruch 4 oder 5, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust bestimmt wird durch: Bestimmen einer Primärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des primären Spannungssignals und des primären Stromsignals, Bestimmen einer Sekundärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des sekundären Stromsignals, und Bestimmen einer Fläche der Primärkurve und der Sekundärkurve.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust durch Erzeugen einer Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung und Bestimmen des Hystereseverlustes auf der Grundlage einer Fläche der Kurve bestimmt wird.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der magnetische Verlust ein Kupferverlust ist und der eine oder die mehreren Prozessoren ferner so ausgebildet sind, dass sie den Kupferverlust auf der Grundlage des primären Stromsignals und eines Kupferwiderstands bestimmen.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der eine oder die mehreren Prozessoren ferner ausgebildet sind, um zu bestimmen, ob der magnetische Verlust eine Bedingung verletzt, und um anzuzeigen, wenn die Bedingung verletzt ist.
Das Test- und Messinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner eine Benutzereingabe umfasst, die so ausgebildet ist, dass sie eine oder mehrere Eigenschaften der zu testenden Vorrichtung empfängt.
Ein Verfahren zum Bestimmen von Magnetkernverlusten einer zu testenden Vorrichtung, umfassend: Messen eines primären Stromsignals einer Primärwicklung einer zu testenden Vorrichtung; Messen eines primären Spannungssignals über einem Magnetkern der zu testenden Vorrichtung Bestimmen eines magnetischen Verlustes der zu testenden Vorrichtung basierend auf dem primären Stromsignal und dem primären Spannungssignal; und Anzeigen des magnetischen Verlusts der zu testenden Vorrichtung.
Das Verfahren nach Anspruch 11, wobei der magnetische Verlust mindestens einen von einem magnetischen Gesamtverlust, einem Hystereseverlust und anderen Verlusten basierend auf dem magnetischen Gesamtverlust und dem Hystereseverlust umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 12, wobei die anderen Verluste einen Wirbelstromverlust und/oder einen Wechselstrom-Kupferverlust umfassen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend das Messen eines sekundären Stromsignals einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung, und wobei das Bestimmen des magnetischen Verlusts das Bestimmen des gesamten magnetischen Verlusts und des Hystereseverlusts auf der Grundlage des sekundären Stromsignals umfasst.
Das Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend das Bestimmen einer Sekundärspannung der Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung basierend auf einem Windungsverhältnis zwischen einer Primärwicklung und einer Sekundärwicklung der zu testenden Vorrichtung und einer Phasenbeziehung zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung.
Das Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist, und der Hystereseverlust bestimmt wird durch: Bestimmen einer Primärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des primären Spannungssignals und des primären Stromsignals, Bestimmen einer Sekundärkurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung auf der Grundlage des sekundären Stromsignals, und Bestimmen einer Fläche der Primärkurve und der Sekundärkurve.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der magnetische Verlust ein Hystereseverlust ist und der Hystereseverlust durch Bestimmen einer Kurve des magnetischen Flusses in Abhängigkeit von der magnetischen Intensität für die zu testende Vorrichtung und Bestimmen des Hystereseverlustes auf der Grundlage einer Fläche der Kurve bestimmt wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der magnetische Verlust ein Kupferverlust ist und das Verfahren ferner die Bestimmung des Kupferverlustes auf der Grundlage des primären Stromsignals und eines Kupferwiderstandes umfasst.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, ferner umfassend das Bestimmen, ob der magnetische Verlust eine Bedingung verletzt, und das Anzeigen, wenn die Bedingung verletzt ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, ferner umfassend das Empfangen einer oder mehrerer Eigenschaften der zu testenden Vorrichtung an einer Benutzereingabe.