ES2968485T3 - Un conjunto electrónico de alta potencia - Google Patents
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Abstract
Disponer un sensor de campo magnético (3) entre una primera y una segunda sección conductora (2a, 2c) y disponer un componente magnético (4) en forma de anillo cerrado alrededor del sensor de campo magnético (3) y la primera y segunda sección conductora. (2a, 2c) mejora la precisión de las mediciones de corriente eléctrica de alta potencia en todas las configuraciones de medición posibles. En el sensor de campo magnético (3) el campo magnético generado por la corriente eléctrica en el conductor (2) se concentra y tiene una homogeneidad mejorada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Un conjunto electrónico de alta potencia
La presente invención se refiere a conjuntos de sensores de corriente para medir corriente eléctrica de alta potencia, en donde las corrientes eléctricas de alta potencia pueden tener más de 10 amperios y preferentemente están en el intervalo de uno a varios cientos de amperios. Los conjuntos de sensores de corriente con un conductor y un sensor de campo magnético determinan una corriente eléctrica en el conductor midiendo el campo magnético generado por la corriente eléctrica. La precisión del valor determinado para la corriente eléctrica puede mejorarse mediante un componente magnético que agrupa líneas de campo magnético.
El documento DE 40 28 614 A1 divulga un conjunto de sensor de corriente para medir corrientes eléctricas de alta potencia con un sensor Hall dispuesto en la ranura de un anillo de ferrita. El conductor se extiende a través del anillo de ferrita. Una corriente eléctrica en el conductor genera un campo magnético alrededor del conductor, en donde el anillo de ferrita agrupa líneas de campo magnético y las guía a través del sensor Hall dispuesto en la ranura de un anillo de ferrita. La precisión de las mediciones de corriente realizadas con este sensor de corriente no es suficiente. Las mediciones pueden verse perturbadas por campos magnéticos externos que existen en configuraciones de medición específicas. Otros ejemplos de dispositivos de detección de corriente similares pueden verse en los documentos US 2005/030004 A1 y EP 1015896 A1.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es mejorar la precisión de las mediciones de corriente eléctrica de alta potencia en todos los ajustes de medición posibles, preferentemente para todos los diferentes valores de corriente eléctrica y/o para ajustes con campos magnéticos externos.
Al menos partes de estos objetos se logran realizando las características de la reivindicación independiente. Las características que desarrollan adicionalmente la invención de una manera alternativa o ventajosa se describen en las reivindicaciones de patente dependientes.
La invención se define por el conjunto electrónico de alta potencia para medir corriente eléctrica de alta potencia de acuerdo con la reivindicación 1.
Disponer el sensor de campo magnético entre la primera y la segunda sección conductora y disponer el componente magnético en forma de anillo cerrado alrededor del sensor de campo magnético y la primera y la segunda sección conductora mejora la precisión de las mediciones de corriente eléctrica de alta potencia en todos los ajustes de medición posibles. En el sensor de campo magnético, el campo magnético generado por la corriente eléctrica en el conductor se concentra y tiene una homogeneidad mejorada.
El componente magnético es un componente que permite guiar las líneas de campo magnético y consiste en un material ferromagnético o ferrimagnético, p. ej., de una ferrita o un material de aleación magnética a base de hierro o níquel. Por ejemplo, una ferrita es un material cerámico hecho mezclando y quemando grandes proporciones de óxido de hierro (III) (Fe2O3, herrumbre) mezclado con pequeñas proporciones de uno o más elementos metálicos adicionales, tal como el bario, manganeso, níquel y zinc. Los materiales magnéticos se pueden dividir en dos familias, es decir, materiales magnéticos duros y magnéticos blandos, basándose en su resistencia a desmagnetizarse (coercitividad magnética). Los materiales duros magnéticos tienen una alta coercitividad, por lo que son difíciles de desmagnetizar, mientras que los materiales blandos magnéticos tienen baja coercitividad, por lo que cambian fácilmente su magnetización. En otras palabras: los materiales magnéticos actúan como conductores de campos magnéticos, que es el parámetro de medición real en un principio de medición de corriente en el sentido de la invención. A modo de ejemplo, el componente magnético comprende un material magnéticamente blando que puede cambiar fácilmente su magnetización, que, por ejemplo, es beneficioso para proporcionar una disposición en donde la intensidad del campo magnético corresponde a la corriente de excitación de la mejor manera posible con respecto a la linealidad y la baja histéresis. Sin embargo, no se excluye el uso de un componente magnético basado en un material magnéticamente duro.
La corriente eléctrica en el conductor fluye a través de la primera y la segunda sección conductora. La disposición de la primera sección, la sección de conexión y la segunda sección conductora en serie y la disposición de la primera sección conductora y la segunda sección conductora a lo largo de un eje de conjunto desde un primer extremo axial hasta un segundo extremo axial de un área de sensor central aseguran que, con respecto a una dirección fija a lo largo del eje de conjunto, la corriente eléctrica en la primera y en la segunda sección conductora se dirige en cualquier momento en direcciones opuestas. Por este motivo, la intensidad de campo magnético en el eje de conjunto es dos veces más fuerte que la intensidad de campo del campo que emana solo de la primera o solo de la segunda sección conductora. Las líneas de campo en un intervalo del eje de conjunto entre la primera y la segunda sección conductora son perpendiculares a un plano que incluye la primera y la segunda sección conductora en donde para la localización de este plano los conductores se imaginan como alambres delgados infinitos.
En una realización preferida, la primera sección, la sección de conexión y la segunda sección del conductor forman un bucle conductor en forma de U. El sensor de campo magnético se puede colocar con su línea central en el eje de conjunto y con una orientación para generar mediciones máximas. Las mediciones se mejoran adicionalmente si el sensor de campo magnético está dispuesto en una posición central también entre el primer y el segundo extremo del área de sensor central.
El campo magnético en un sensor de campo magnético colocado centralmente es bastante homogéneo y óptimamente fuerte. La homogeneidad se puede mejorar aún más formando la primera sección, la sección de conexión y la segunda sección conductora como secciones de un carril conductor, preferentemente de un carril conductor en forma de cinta, en donde la anchura del carril conductor en forma de cinta se extiende paralela a las líneas de campo magnético en el eje de conjunto.
Los efectos de los campos magnéticos externos se minimizan por el componente magnético dispuesto en forma de anillo cerrado alrededor del eje de conjunto y alrededor del sensor de campo magnético y la primera y la segunda sección del conductor. Esto permite agrupar líneas de campo magnético y, de este modo, guiar campos magnéticos externos alrededor del área de sensor central con la primera sección conductora, la segunda sección conductora y el sensor de campo magnético. La calidad mejorada de las mediciones del sensor de campo magnético se debe a los efectos externos reducidos y a la homogeneidad e intensidad mejoradas del campo magnético generado por la corriente eléctrica en la primera y segunda sección conductora. La calidad mejorada permite mediciones precisas de la corriente eléctrica para todos los diferentes valores de corriente eléctrica y/o para ajustes con campos magnéticos externos.
La precisión de las mediciones realizadas por el sensor de campo magnético puede mejorarse mediante componentes magnéticos producidos de manera eficiente. En una realización preferida, el componente magnético tiene la forma de un cilindro hueco con un espesor de pared definido, en donde el cilindro hueco se extiende a lo largo del eje de conjunto, particularmente en donde los extremos de la primera y segunda secciones del conductor que se conectan a los extremos de la sección de conexión están dispuestos en la misma posición axial a lo largo del eje de conjunto.
A modo de ejemplo, el contorno del cilindro hueco es un cilindro que tiene una de una base de cilindro circular, una base de cilindro elíptica y una base de cilindro poligonal con esquinas afiladas o redondeadas, particularmente siendo la base un polígono regular, más particularmente un rectángulo.
Por ejemplo, el componente magnético tiene la forma de un tubo redondo, un prisma rectangular hueco o un prisma hexagonal.
La producción de un elemento de anillo de ferrita cerrado es más simple que la producción de un anillo de ferrita con una ranura para un sensor de campo magnético.
En una realización preferida adicional, el componente magnético tiene una forma tridimensional cóncava o similar a una olla, en donde el sensor de campo magnético, la primera sección conductora, la sección conductora de conexión y la segunda sección conductora están encerradas por el contorno tridimensional cóncavo o en forma de olla del componente magnético, p. ej., en donde las conexiones a los elementos encerrados sobresalen a través de la abertura de olla hacia el componente magnético.
El sensor de campo magnético es un sensor para detectar campos magnéticos. Un grupo preferido de sensores de campo magnético son sensores de campo galvanomagnético, que detectan el campo magnético generado por la corriente eléctrica detectando los efectos eléctricos o térmicos que se producen en un conductor de sensor con una corriente de sensor eléctrica en el campo magnético. En una realización preferida, el sensor de campo magnético es un sensor Hall.
En otra realización preferida, el sensor de campo magnético comprende un compuesto magnetoeléctrico, que puede generar directamente una señal eléctrica en respuesta a un campo magnético, conduciendo a un sensor con una naturaleza pasiva sin la necesidad de una fuente de alimentación externa.
En una realización preferida, el sensor de campo magnético, la primera sección conductora, la segunda sección conductora y el componente magnético son parte de una unidad encapsulada de la electrónica de alta potencia (es decir, el conjunto de sensor de corriente). De este modo, se reduce el efecto de las vibraciones sobre la precisión de los valores de medición.
En entornos donde se deben medir varias corrientes, es ventajoso disponer al menos dos conductores, cada uno de los cuales incluye en serie una primera sección conductora, una sección conductora de conexión y una segunda sección conductora, así como sensores de campo magnético correspondientes a lo largo de un eje de múltiples sensores en donde los sensores de campo magnético están dispuestos en una placa de circuito común y los componentes magnéticos rodean cada sensor de campo magnético y la primera y segunda secciones conductoras correspondientes.
Una realización preferida adicional permite medir varias corrientes con un conjunto electrónico compacto que incluye disposiciones de conductores y sensores de campo magnético dispuestos a lo largo de al menos dos ejes paralelos de múltiples sensores, en donde los sensores de campo magnético de ejes de múltiples sensores adyacentes están dispuestos adyacentes entre sí.
El conjunto de sensor de corriente de acuerdo con la invención se describe o explica con más detalle a continuación, puramente a modo de ejemplo, con referencia a ejemplos de trabajo mostrados esquemáticamente en el dibujo. Los elementos idénticos están etiquetados con los mismos números de referencia en las figuras. Las realizaciones descritas generalmente no se muestran a escala real y tampoco deben interpretarse como limitantes de la invención. Específicamente,
figura 1: una presentación en perspectiva de un conjunto de sensor de corriente con un componente magnético cilíndrico, en donde una parte frontal del componente magnético está recortada para mostrar el área de sensor central;
figura 2: una vista en sección del conjunto de sensor de corriente de la figura 1, en donde el conjunto se corta en un plano perpendicular al eje de conjunto;
figura 3: una presentación en perspectiva de un conjunto de sensor de corriente con un componente magnético que encierra el área de sensor central desde cinco lados, en donde una parte frontal del componente magnético está recortada para mostrar el área de sensor central.
Las figuras 1 y 2 muestran una realización del conjunto de sensor de corriente 1 para medir corriente eléctrica de alta potencia en un conductor 2 con un sensor de campo magnético 3, p. ej., un sensor de efecto Hall. El componente magnético 4 guía o agrupa, respectivamente, las líneas de campo magnético 5 generadas por la corriente eléctrica que fluye en el conductor 2.
El conductor 2 incluye en serie una primera sección conductora 2a, una sección conductora de conexión 2b y una segunda sección conductora 2c, en donde la primera sección conductora 2a y la segunda sección conductora 2c se extienden a lo largo de un eje de conjunto 6 desde un primer extremo axial 7 hasta un segundo extremo axial 8 de un área de sensor central 9 y la sección conductora de conexión 2b conecta la primera sección conductora 2a a la segunda sección conductora 2b en el segundo extremo axial 8 del área de sensor central 9.
El conductor 2 forma con la primera sección conductora 2a, la sección conductora de conexión 2b y la segunda sección conductora 2c un carril conductor en forma de U en forma de cinta, en donde la anchura del carril conductor en forma de cinta se extiende paralela a las líneas de campo magnético 5 en el eje de conjunto 6. En la figura 2, la primera sección conductora cortada 2a y la segunda sección conductora cortada 2c se muestran con diferentes patrones, lo que indica las direcciones opuestas de una corriente en las dos secciones, en una hacia arriba y en la otra hacia abajo.
El sensor de campo magnético 3 está dispuesto entre la primera sección conductora 2a y la segunda sección conductora 2c, en donde el sensor de campo magnético 3 está montado en un elemento de sujeción y conexión 10. Las líneas de conexión eléctrica están dispuestas en el elemento de sujeción y conexión 10 y conectan el sensor de campo magnético 3 a un sistema de control de sensor.
El componente magnético 4 está dispuesto en forma de anillo rectangular cerrado alrededor del eje de conjunto 6 y rodea el sensor de campo magnético 3 y la primera y la segunda sección del conductor 2a, 2c. El componente magnético es un componente magnetizable 4 que permite guiar las líneas de campo magnético 5. El componente magnético 4 actúa como conductor de campos magnéticos. Un componente magnético preferido comprende material magnético blando, p. ej., una ferrita blanda.
En una realización preferida, el área de sensor central 9 con el sensor de campo magnético, la primera sección conductora, la segunda sección conductora y el componente magnético son parte de una unidad encapsulada del conjunto de sensor de corriente, en donde la región originalmente vacía del área de sensor central 9 está llena de un compuesto sólido o gelatinoso para resistencia a golpes y vibraciones, y para exclusión de humedad y agentes corrosivos. De este modo, se reduce el efecto de las vibraciones sobre la precisión de los valores de medición.
La figura 3 muestra una realización en la que el componente magnético se incorpora como una ferrita, en donde el núcleo de ferrita tiene una forma cóncava o similar a una olla, es decir, un lado del tubo rectangular está cerrado. Las líneas de campo se guían también en el área inferior 11 para evitar la influencia de los campos magnéticos existentes en la parte inferior.
La invención está definida por las reivindicaciones adjuntas.
Claims (10)
1. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) para medir la corriente eléctrica de alta potencia, que comprende
• un conductor (2),
• un componente magnético (4) para agrupar líneas de campo magnético generadas por la corriente eléctrica que fluye en el conductor (2), y
• un sensor de campo magnético (3) para determinar la corriente eléctrica que fluye en el conductor (2) basándose en un campo magnético medido,
en donde
• el conductor (2) incluye en serie una primera sección conductora (2a), una sección conductora de conexión (2b) y una segunda sección conductora (2c), en donde la primera sección conductora (2a) y la segunda sección conductora (2c) se extienden a lo largo de un eje de conjunto (6) desde un primer extremo axial (7) hasta un segundo extremo axial (8) de un área de sensor central (9) y la sección conductora de conexión (2b) conecta la primera sección conductora (2a) a la segunda sección conductora (2c),
• el sensor de campo magnético (3) está dispuesto entre la primera sección conductora (2a) y la segunda sección conductora (2c), y
• el componente magnético (4) está dispuesto en forma de anillo, en particular, forma de anillo cerrado, alrededor del eje de conjunto (6) y rodea el sensor de campo magnético (3), la primera sección conductora (2a) y la segunda sección conductora (2c),
caracterizado por que
la primera sección conductora (2a), la sección conductora de conexión (2b) y la segunda sección conductora (2c) están formadas como secciones de un carril conductor en forma de cinta, en donde la anchura del carril conductor en forma de cinta se extiende paralela a las líneas de campo magnético (5) en el eje de conjunto (6).
2. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado por que
la primera sección conductora (2a), la sección conductora de conexión (2b) y la segunda sección conductora (2c) forman un bucle conductor en forma de U.
3. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 2,caracterizado por que
el sensor de campo magnético (3), la primera sección conductora (2a), la segunda sección conductora (2c) y el componente magnético (4) son parte de una unidad encapsulada del conjunto electrónico de alta potencia (1).
4. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3,caracterizado por queel componente magnético (4) tiene la forma de un cilindro hueco que se extiende a lo largo del eje de conjunto (6), particularmente en donde los extremos de la primera sección conductora (2a) y de la segunda sección conductora (2c) que se conectan a los extremos de la sección de conexión (2b) están dispuestos en la misma posición axial a lo largo del eje de conjunto (6).
5. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con la reivindicación 4,caracterizado por queel contorno del cilindro hueco es un cilindro que tiene uno de
• una base de cilindro circular,
• una base de cilindro elíptica, y
• una base de cilindro poligonal con esquinas afiladas o redondeadas, particularmente siendo la base un polígono regular, más particularmente un rectángulo.
6. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con la reivindicación 4 o 5,
caracterizado por que
el componente magnético (4) tiene una forma tridimensional cóncava o similar a una olla, en donde el sensor de campo magnético (3), la primera sección conductora (2a), la sección conductora de conexión (2b) y la segunda sección conductora (2c) están encerradas por el contorno tridimensional del componente magnético (4).
7. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6,caracterizado por que
el sensor de campo magnético (3) es un sensor Hall.
8. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7,caracterizado por que
el sensor de campo magnético (3) es un circuito integrado que comprende un elemento sensor.
9. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8,caracterizado por que
al menos dos conductores (2), incluyendo cada uno en serie una primera sección conductora (2a), una sección conductora de conexión (2b) y una segunda sección conductora (2c), así como los correspondientes sensores de campo magnético (3) están dispuestos a lo largo de un eje de múltiples sensores en donde los sensores de campo magnético (3) están dispuestos en una placa de circuito común y componentes magnéticos (4) rodeando cada sensor de campo magnético (3) y las correspondientes primera y segunda secciones de conductor (2a, 2c).
10. Un conjunto electrónico de alta potencia (1) de acuerdo con la reivindicación 9,
caracterizado por que
al menos dos disposiciones de conductores (2) y sensores de campo magnético (3) están dispuestas a lo largo de al menos dos ejes de múltiples sensores paralelos en donde los sensores de campo magnético (3) de ejes de múltiples sensores adyacentes están dispuestos adyacentes entre sí.
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