DE69924540T2

DE69924540T2 - Messanordnung für Wechselstrom oder Gleichstrom

Info

Publication number: DE69924540T2
Application number: DE69924540T
Authority: DE
Inventors: Axel Arnoux; Claude Genter; Didier Piaud
Original assignee: Chauvin Arnoux SAS
Current assignee: Chauvin Arnoux SAS
Priority date: 1998-01-15
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2006-02-23
Anticipated expiration: 2019-01-14
Also published as: ES2146571T1; DE69924540D1; ES2146571T3; EP0930507A1; FR2773617A1; EP0930507B1; US6215296B1; FR2773617B1; DE930507T1

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen von Wechsel- oder Gleichstrom, vom Typ mit Mitteln zum Erzeugen eines Magnetfelds aus dem zu messenden Strom, einer Vorrichtung zum Erfassen des gebildeten Magnetfelds und einem Messkreis, der den Wert dieses Stroms bestimmt.
Es sind bereits Messanordnungen dieser Art bekannt, bei welchen im allgemeinen eine Strommesszange oder ein öffnender bzw. nicht öffnender Torus Anwendung findet, die bzw. der die Leitung vollständig umschließt, in welcher der zu messende Strom fließt.
Dabei ist bekannt, dass im Magnetkreis auftretende Unterbrechungen, die durch den Luftspalt, die Wicklung, die Öffnung der Zange zum Einfügen der Messleitung, das Einfügen des Sensors oder dergleichen hervorgerufen werden, Bereiche am Torus erzeugen, die eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern äußeren Ursprungs und damit störender Wirkung aufweisen, indem sie somit die eigentliche Strommessung verfälschen.
Herkömmliche Mittel zum Vermindern dieser äußeren Einflüsse bestehen darin, entweder weitestgehend diese Unterbrechungen zu vermindern oder die Geometrie der in diesem empfindlichen Bereich vorhandenen Teile zu verändern, oder aber eine Abschirmung benachbart zu diesem Bereich hinzuzufügen, wie dies beispielsweise in der WO 90 11 529 A aufgezeigt wird.
Diese verschiedenen Mittel zum Lösen des durch die Unterbrechungen gestellten Problems sind mit den wesentlichen Nachteilen behaftet, dass sie die Eigenschaften der Messanordnung ändern können und zusätzlich Schwierigkeiten bei der Herstellung mit sich bringen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eine Messanordnung vorzuschlagen, welche die oben erwähnten Nachteile aus dem Stand der Technik ausräumt, indem eine Anordnung zum Messen von Wechsel- oder Gleichstrom geschaffen wird, vom Typ mit einem Mittel zum Erzeugen eines Magnetfelds aus dem zu messenden Strom, einer Vorrichtung zum Erfassen des gebildeten Magnetfelds und einem Messkreis, der den Messwert Vs dieses Stroms bestimmt, und mit Mitteln zum Vermindern der auf den Messwert einwirkenden äußeren Einflüsse, welcher durch eine im Messbereich vorhandene Störgröße erstellt wird, wobei die genannten Mittel zum Vermindern der äußeren Einflüsse eine Vorrichtung zum Erfassen der Störgröße und ein Schaltglied zum Erstellen eines Korrektursignals Vc enthalten, das an den Messkreis angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung für die Störgröße im Störfeld unter dem gleichen Winkel zu den Feldlinien der Störgröße angeordnet ist wie die Erfassungsvorrichtung für das durch den zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld zu den Feldlinien des von diesem Strom erzeugten Magnetfelds, und dass die Störgröße eine Größe wie etwa ein äußeres Störmagnetfeld oder die Remanenz ist.
Gemäß weiteren vorteilhaften Merkmalen der Erfindung ist vorgesehen, dass

– dann, wenn die Störgröße ein äußeres Störmagnetfeld ist, die Erfassungsvorrichtung zumindest einen Magnetfeldfühler enthält, der benachbart zum gegenüber dem äußeren Störmagnetfeld empfindlichen Bereich angeordnet ist,
– ein magnetischer Torus den Leiter umgibt, in dem der zu messende Strom fließt, und einen Luftspalt aufweist, in dem die Erfassungsvorrichtung für das vom zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld angeordnet ist,
– bei einer Anordnung vom Typ mit Annullierung des durch den Strom erzeugten Magnetfelds und mit einer Feldannullierungsspule, welche den Torus umgibt, das Korrektursignal Vc an einen Stromverstärker angelegt wird, der im Kreis der Feldannullierungsspule angeordnet ist und zum Messkreis gehört,
– das Korrektursignal Vc an den Eingang eines Verstärkers angelegt wird, der am Ausgang den Messwert Vs erzeugt und zum Messkreis gehört,
– das Glied zum Erstellen des Korrektursignals Vc Mittel zur Normierung bzw. Skalierung des Wertes des Felds der Störgröße und zum Anlegen dieses Werts im umgekehrten Zustand an einen vorbestimmten Punkt des Messkreises enthält,
– bei einer Anordnung vom Typ zum Messen des von diesem Strom erzeugten Magnetfelds, das Korrektursignal Vc an den Eingang eines Operationsverstärkers angelegt wird, der im Messkreis angeordnet ist,
– die Störgröße die Remanenz bilden oder Funktion von der Umgebungstemperatur sein kann.

Die Erfindung wird aus der nachfolgenden erläuternden Beschreibung besser verständlich, aus der weitere Ziele, Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung deutlicher hervorgehen, und zwar anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen, die sich nur beispielhaft verstehen und zwei Ausführungsformen der Erfindung darstellen, worin zeigt:
1 ein Schaltbild einer Anordnung zum Messen von Wechsel- oder Gleichstrom gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 graphisch die Auswirkung der erfindungsgemäßen Anordnung,
3 in Form eines Schaltbilds die Anordnung zum Messen des Stroms durch Annullierung des Magnetfelds, gemäß der vorliegenden Erfindung, und
4 in Form eines Schaltbilds die Anordnung zum Messen des Stroms durch Messen des Magnetfelds, gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zunächst sei anhand von 1 und 2 der prinzipielle Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung und die Auswirkung derselben erläutert.
In 1 ist der Leiter, in dem der zu messende Strom fließt, mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die Anordnung zum Messen dieses Stroms enthält einen magnetischen Torus 2, der den Leiter 1 umgibt und mit einem Luftspalt 3 versehen ist, in welchem ein Sensor 4 zum Erfassen des durch den zu messenden Strom erzeugten Magnetfelds im magnetischen Torus 2 angeordnet ist. Der Sensor 4 erzeugt ein elektrisches Signal, das an einen elektronischen Schaltkreis 6 angelegt wird, der dazu bestimmt ist, das Messsignal Vs zu erzeugen, welches repräsentativ ist für den im Leiter 1 fließenden Strom.
Die Anordnung zum Messen ist vom Typ mit Annullierung des erzeugten Magnetfelds und enthält eine Spule 7, welche um den magnetischen Torus 2 gewickelt und dazu bestimmt ist, das Magnetfeld innerhalb des Torus zu erzeugen, welches das durch den im Leiter 1 fließenden zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld annulliert. Die Spule ist mit dem Schaltkreis 6 verbunden.
Der magnetische Torus ist einem äußeren Störmagnetfeld ausgesetzt, dessen Feldlinien mit gestrichelten Linien 9 dargestellt sind. Es ist festzustellen, dass das äußere Feld im Bereich des Torus verformt wird.
Erfindungsgemäß ist im Störfeld benachbart zu dem Bereich, der gegenüber diesem Feld empfindlich ist, ein Sensor zum Erfassen des Magnetfelds angeordnet. Wie in der Figur ersichtlich ist, ist der Sensor 10 so angeordnet, dass er den gleichen Winkel zu den Störfeldlinien 9 aufweist wie der Messfühler 4 zu dem durch den zu messenden Strom erzeugten Magnetfeld. In dem dargestellten Fall ist der Sensor 10 im wesentlichen senkrecht zu den Feldlinien 9 positioniert.
Der Sensor 10 ist mit einem elektronischen Schaltkreis 12 zum Aufbereiten des erzeugten Signals verbunden, damit dieses in Form eines Korrektursignals Vc an den Messkreis 6 angelegt werden kann.
2 zeigt in drei Kurven die Auswirkung der Korrekturvorrichtung, indem sie den stetig zu messenden Reststrom eines äußeren einheitlichen Störfelds in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen einer Strommesszange und dem äußeren Feld zeigt. Die Kurve a gibt den Strom an, der durch den Wert Vs mit Korrektur dargestellt ist, und die Kurve b gibt diesen Wert ohne Korrektur an, wobei die Kurve c den Korrekturwert Vc angibt.
3 zeigt näher die Anordnung aus 1. Bei dieser Figur werden die gleichen Bezugszeichen wie in 1 für Teile verwendet, die in beiden Fällen identisch bzw. ähnlich sind. Es ist insbesondere festzustellen, dass das Signal Vc, nachdem es bei 12 normiert wurde, an die beiden Eingänge eines Stromverstärkers 14 angelegt wird, der zu dem Messkreis 6 aus 1 gehört. Bei der Anordnung aus 3 ist ein Potentiometer 15 zur Nullpunktjustierung eines der Eingänge des Stromverstärkers 14 vorgesehen. Der Ausgang desselben ist mit der Spule 7 verbunden und das Messsignal Vs ist als Spannung zwischen den Anschlüssen eines Regelwiderstands 16 abgreifbar, die in Reihe mit der Spule 7 geschaltet sind. Mit den Bezugszeichen 17 und 18 ist die Stromversorgung des Messfühlers 4 bzw. des Störfelderfassungssensors 10 bezeichnet.
4 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer Anordnung zum Messen des Stroms durch Messen des Magnetfeldes. In diesem Fall wird der Korrekturwert Vc an die beiden Eingänge eines Operationsverstärkers 19 angelegt und das Messsignal Vs wird am Ausgang dieses Verstärkers erzeugt.
Hinsichtlich der Funktionsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist festzuhalten, dass der durch den Störfelderfassungssensor 10 gelieferte Wert nach Normierung in Opposition an einem Punkt des Schaltkreises bzw. der Messkette angelegt wird, um den durch dieses Feld ausgeübten Einfluss zu minimieren. Es ist anzumerken, dass die Reaktion des Sensors 10 bei einer kreisförmigen Drehung des äußeren Feldes um die drei Achsen x, y und z unter den gleichen Bedingungen derjenigen der Messeinheit entsprechen muss. Beispielsweise entstehen bei einem Sensor vom Typ Hall-Sensor zwei um 180° entgegengesetzte Zipfel. Dabei muss die Reaktion auf die Korrektur phasengleich und gleicher Amplitude sein. Mit der Opposition der beiden Signale wird die störende Wirkung des äußeren Felds aufgehoben.
Es ist anzumerken, dass das soeben beschriebene Prinzip zur Korrektur von äußeren Einflüssen auch dazu Verwendung finden kann, die Remanenz und Messabweichungen in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur zu vermindern.

Claims

Anordnung zum Messen von Wechsel- oder Gleichstrom, vom Typ mit einem Mittel (2) zum Erzeugen eines Magnetfelds aus dem zu messenden Strom, einer Vorrichtung (4) zum Erfassen des gebildeten Magnetfeids, einem Messkreis (6), der den Messwert (Vs) dieses Stroms bestimmt, und mit Mitteln zum Vermindern der auf den Messwert einwirkenden äußeren Einflüsse, welcher durch eine im Messbereich vorhandene Störgröße erstellt wird, wobei die genannten Mittel zum Vermindern der äußeren Einflüsse eine Vorrichtung (10) zum Erfassen der Störgröße und ein Schaltglied (12) zum Erstellen eines Korrektursignals (Vc) enthalten, das an den Messkreis (6) angelegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungsvorrichtung (10) für die Störgröße im Störfeld unter dem gleichen Winkel zu den Feldlinien (9) der Störgröße angeordnet ist wie die Erfassungsvorrichtung (4) für das durch den zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld zu den Feldlinien des von diesem Strom erzeugten Magnetfelds, und dass die Störgröße eine Größe wie etwa ein äußeres Störmagnetfeld oder die Remanenz ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Störgröße ein äußeres Störmagnetfeld ist, die Erfassungsvorrichtung (10) zumindest einen Magnetfeldfühler enthält, der benachbart zum gegenüber dem äußeren Störmagnetfeld empfindlichen Bereich angeordnet ist.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen magnetischen Torus (2) enthält, der den Leiter (1) umgibt, in dem der zu messende Strom fließt, und der einen Luftspalt (3) aufweist, in dem die Erfassungsvorrichtung (4) für das vom zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld angeordnet ist.
Anordnung zum Messen eines Stroms nach Anspruch 3, vom Typ mit Annullierung des durch den Strom erzeugten Magnetfelds und mit einer Feldannullierungsspule (7), welche den Torus (2) umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (Vc) an einen Stromverstärker (14) angelegt wird, der im Kreis der Feldannullierungsspule (7) angeordnet ist und zum Messkreis (6) gehört.
Anordnung zum Messen eines Stroms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrektursignal (Vc) an den Eingang eines Verstärkers (19) angelegt wird, der am Ausgang den Messwert (Vs) erzeugt und zum Messkreis (6) gehört.
Anordnung zum Messen eines Stroms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glied zum Erstellen des Korrektursignals (Vc) Mittel (12) zur Normierung des Wertes des Felds der Störgröße und zum Anlegen dieses Werts im umgekehrten Zustand an einen vorbestimmten Punkt des Messkreises (6) enthält.
Anordnung zum Messen eines Stroms nach Anspruch 1, vom Typ zum Messen des von diesem Strom erzeugten Magnetfelds, wobei das Korrektursignal (Vc) an den Eingang eines Operationsverstärkers (19) angelegt wird, der im Messkreis (6) angeordnet ist.
Anordnung zum Messen eines Stroms nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgröße die Remanenz bilden oder Funktion von der Umgebungstemperatur sein kann.