ITTO930221A1

ITTO930221A1 - Trasduttore misuratore di corrente funzionante sul principio di compensazione.

Info

Publication number: ITTO930221A1
Application number: IT000221A
Authority: IT
Inventors: Kai Johansson; Juha Kokkonen; Matti Lounila
Original assignee: Abb Stroemberg Drives Oy
Priority date: 1992-04-02
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-10-01
Also published as: IT1261539B; FR2689643B1; GB9306504D0; GB2265722A; FI90142B; DE4310361A1; ITTO930221A0; FR2689643A1; GB2265722B; FI90142C; FI921460A0; JPH0627151A; US5309086A

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Trasduttore misuratore di corrente funzionante sul principio di compensazione"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un trasduttore di corrente funzionante sul principio di compensazione comprendente:

un primo nucleo magnetico con una finestra, un primo -avvolgimento per una corrente, da misurare ed un secondo avvolgimento per una corrente di compensazione avvolti sul nucleo magnetico suddetto;

un secondo nucleo magnetico con una finestra, in modo che il primo avvolgimento ed il secondo avvolgimento siano anche avvolti attorno al secondo nucleo magnetico suddetto;

mezzi per generare la corrente di compensazione e regolarne il valore in modo che un flusso magnetico generato nel primo nucleo magnetico dalla corrente di compensazione compensi un flusso magnetico generato nel primo nucleo magnetico dalla corrente da misurare, in cui i mezzi suddetti per generare e regolare la corrente di compensazione comprendono un terzo avvolgimento disposto in modo da magnetizzare il primo nucleo con una corrente di magnetizzazione;

un quarto avvolgimento avvolto sul primo nucleo magnetico; e un quinto avvolgimento avvolto sul secondo nucleo magnetico, in cui il quarto ed il quinto avvolgimento hanno un uguale numero di spire e sono collegati in serie in un circuito chiuso attraverso un'impedenza il cui valore alla frequenza della corrente di magnetizzazione ? talmente basso per cui il flusso magnetico provocato dal quinto avvolgimento nel secondo nucleo magnetico ? almeno sostanzialmente uguale ma di direzione opposta al flusso magnetico agente nel primo nucleo magnetico.

Trasduttori di corrente per misurare una corrente continua ed una corrente alternata utilizzano spesso il principio di compensazione, ossia il flusso prodotto nel nucleo magnetico dalla corrente che passa nell'avvolgimento primario ? compensato da una corrente alimentata all'avvolgimento secondario. Per controllare la corrente secondaria, un sensore o rivelatore simile ? disposto stul circuito magnetico per controllare il punto di zero del flusso del nucleo. Un flusso nullo esiste nel nucleo quando la corrente alimentata all'avvolgimento secondario compensa il flusso prodotto dalla corrente dell'avvolgimento primario. A frequenze maggiori, il trasduttore di corrente ? in grado di funzionare come trasformatore di corrente passivo in modo che la corrente che passa nell'avvolgimento secondario sia direttamente proporzionale alla corrente da misurare nell'avvolgimento primario entro un'ampia gamma di frequenze.

Un trasduttore misuratore di corrente del tipo descritto nel paragrafo introduttivo ? noto ad esempio dalla descrizione di brevetto statunitense n. 4.482.862. Il rivelatore utilizzato nel trasduttore ? un nucleo magnetico avente una finestra e magnetizzabile da un'alta frequenza. Il flusso nullo ? rilevato osservando la forma d'onda della corrente di magnetizzazione del nucleo. Tuttavia il flusso magnetico prodotto nel nucleo dalla corrente di magnetizzazione ad alta frequenza tende ad indurre tensioni di interferenza sia nell'avvolgimento destinato alla corrente da misurare sia nell'avvolgimento destinato alla corrente di compensazione. Per compensare tali tensioni di interferenza, il trasduttore di corrente comprende un secondo nucleo magnetico con una finestra, ed un avvolgimento ? disposto sia sul secondo sia sul primo nucleo magnetico, e questi avvolgimenti hanno un uguale numero di spire e sono collegati l'uno con l'altro in un circuito chiuso. L'avvolgimento destinato alla corrente da misurare s l'avvolgimento destinato alla corrente di compensazione sono anche disposti intorno al secondo nucleo magnetico. Di conseguenza, il flusso magnetico prodotto nel secondo nucleo magnetico dall'avvolgimento avvolto intorno al secondo nucleo ? uguale, ma di direzione opposta al flusso magnetico agente nel primo nucleo magnetico, e cos?, la corrente di magnetizzazione non provoca nessuna tensione di interferenza. Tuttavia, a frequenze pi? alte, la corrente che passa negli avvolgimenti collegati in un circuito chiuso aumenta con la frequenza della corrente da misurare, e quindi il circuito magnetico formato dal primo e dal secondo nucleo magnetico e dagli avvolgimenti avvolti intorno ad essi per la corrente da misurare e per la corrente di compensazione, non ? in grado di operare come trasformatore di corrente passivo. Affinch? il trasduttore di corrente sia operativo anche a frequenze elevate, esso comprende inoltre un terzo nucleo magnetico con una finestra? Il terzo nucleo magnetico genera un segnale di errore a frequenza inedia da sommare ad un segnale di errore che rappresenta frequenze basse. In questo modo la corrente di compensazione sar? regolata ad un livello appropriato anche nei casi in cui la corrente da misurare comprende componenti a frequenza media.

Lo scopo della presente invenzione consiste nel realizzare un trasduttore misuratore di corrente funzionante sul principio di compensazione e che elimina i problemi associati con la disposizione precedentemente descritta. Il trasduttore di corrente da realizzare ha un'elevata precisione ed un'ampia larghezza di banda malgrado sia di struttura semplice.

Lo scopo precedentemente menzionato ? raggiunto per mezzo di un trasduttore misuratore di corrente secondo l'invenzione che ? caratterizzato dal fatto che l'impedenza inclusa nel circuito formato dal quarto e dal quinto avvolgimento dipende dalia frequenza ed ha un valore elevato alla frequenza della componente alternata della corrente da misurare tale da impedire il passaggio di una corrente eccessiva della frequenza suddetta attraverso il quarto ed il quinto avvolgimento. Di conseguenza, la corrente che passa attraverso il quarto ed il quinto avvolgimento non pu? aumentare ad un livello elevato tale per cui la potenza ad essa dovuta dal circuito magnetico formato dal primo e dal secondo nucleo magnetico e dagli avvolgimenti per la corrente da misurare e per la corrente di compensazio~ ne impedisca che il circuito magnetico funzioni come trasformatore di corrente passivo. Il trasduttore di corrente secondo l'invenzione ha cosi un'ampia larghezza di banda anche se non comprende il terzo nucleo magnetico ed il circuito associato secondo la descrizione di brevetto statunitense n.

4.432.862.

Nel seguito, il trasduttore misuratore di corrente secondo l'invenzione sar? descritto pi? in dettaglio per mezzo di una disposizione strutturale illustrativa con riferimento al disegno annesso, nel quale:

la figura 1 rappresenta un diagramma circuitale schematico di un trasduttore misuratore di corrente; e

la figura 8 illustra la forma d'onda di una tensione Um che deve essere applicata ad un avvolgimento di magnetizzazione e di una corrente di magnetizzazione Im indotta nell'avvolgimento di magnetizzazione dalla tensione? Il trasduttore di corrente illustrato nella figura 1 comprende due nuclei magnetici C1 e C2: cinque avvolgimenti avvolti intorno ad essi per scopi differenti; e componenti elettronici associati, come sar? descritto pi? dettagliatamente nel seguito. Il nucleo magnetico C1 ? saturabile, mentre il nucleo C2 opera entro il suo campo lineare.

Il nucleo magnetico C1 ? magnetizzato fino alla saturazione applicando una tensione alternata Um da una sorgente di tensione alternata AC ad un avvolgimento di magnetizzazione Nm avvolto sul nucleo Ci; gli integrali nel tempo dei semi-cicli positivo e negativo della tensione alternata Um sono uguali. Se la tensione Um ha una forma d'onda rettangolare, la forma d'onda della tensione e quella della corrente di magnetizzazione Im da essa prodotta nell?avvolgimento di magnetizzazione Nm sono come illustrato nella figura 2. La corrente di magnetizzazione Im ? misurata da un resistere Ri avente un polo collegato al potenziale di terra, e la tensione sviluppata attraverso il resistore RI ? applicata ad un rilevatore D? La tensione di uscita Ue del rivelatore D ? proporzionale all'asimmetria dei valori di picco della tensione sviluppata attraverso il resistere RI. La tensione Ue a sua volta controlla un ampiificatore integratore a guadagno varia.bile IA che applica una corrente Is ad un avvolgimento di compensazione Ms avvolto intorno ad entrambi i nuclei magnetici C1 e C2. Una corrente Ip da misurare passa in un avvolgimento Np avvolto intorno ad entrambi'i nuclei magnetici C1 e C2.

Quando le ampere-spire Nplp e Nsls che magnetizzano il nucleo magnetico C1 (dove Np e Ns corrispondono anche al numero di spire degli avvolgimenti) sono uguali, una tensione U agente attraverso un resistere R2, attraverso il quale passa la corrente di compensazione Is, pu? essere espressa dall'equazione:

E' facile ricavare Ip dall'equazione.

Se le ampere?spire Nplp e Nsls sono differenti, la magnetizzazione del nucleo magnetico C1 si allontana da zero alla frequenza della corrente Ip da misurare, e quindi un flusso magnetico residuo passa nel nucleo magnetico C1 ? deforma la forma d'onda della corrente di magnetizzazione Im in modo che essa diventi asimmetrica. Poich? il rivelatore D ? destinato a controllare la asimmetria dei valori di picco della tensione sviluppata attraversa il resistere RI dalla corrente Imi, l'uscita Ue del rivelatore D raggiunge un valore proporzionale al grado e alla direzione dell'asimmetria in una situazione di asimmetria. Il valore Ue indica anche cos? quale delle ampere-spire Nplp e Nsls ? maggiore. Per mezzo di questo ingresso di controllo Ue, l'amplificatore integratore a guadagno variabile IA ? ora in grado di variare la corrente Is in modo che la corrente di magnetizzazione Im sia ancora simmetrica. Il flusso magnetico generato nel nucleo magnetico CI dalla corrente di magnetizzazione ad alta frequenza Im tende ad indurre una tensione di interferenza negli avvolgimenti Np e Ns. Per compensare la tensione di interferenza, gli avvolgimenti Nel e Nc2 sono disposti intorno ai nuclei magnetici C1 e C2. L'avvolgimento Nc1 ? avvolto sul nucleo magnetico C1, e l'avvolgimento Nc2 ? avvolto sul nucleo magnetico C2. Gli avvolgimenti Mei e Nc2 hanno un numero di spire uguale. Poich? il nucleo magnetico C2 ? dimensionato in modo da operare entro il suo campo lineare, esso non influenza sostanzialmente la magnetizzazione del nucleo magnetico C1. Gli avvolgimienti Nel e Nc2 sono interconnessi in corris??ndenza dei loro poli opposti attraverso un'impedenza Z mentre gli altri loro poli opposti sono interconnessi direttamente. Di conse guenza, gli avvolgimenti Nel e Nc2 si pu? dire siano collegati in serie in un circuito chiuso comprendente l'impedenza Z. L'impedenza Z ? realizzata in modo che il suo valore alla frequenza della corrente di magnetizzazione Im sia talmente basso per cui il flusso magnetico generato dall'avvolgimento Nc2 nel nucleo magnetico C2 sia sostanzialmente uguale ma di direzione opposta al flusso magnetico generato dalla corrente di magnetizzazione Im nel nucleo magnetico C1 attraverso l'avvolgimento Nm. Il flusso totale che penetra negli avvolgimento Np e Ms ? cos? vicino a zero, e si impedisce la comparsa di tensioni di interferenza eccessive.

La componente alternata della corrente Ip da misurare nell'avvolgimento Np, tuttavia, tende anche ad indurre una corrente negli avvolgimenti Nel e Nc2. Se il flusso della corrente non ? limitato, il circuito magnetico formato dai nuclei C1 e C2 e dagli avvolgimenti Np e Ns non pu? operare come trasformatore di corrente passivo a frequenze pi? alte, per cui la frequenza di soglia superiore del trasduttore di corrente rimane bassa. Questa frequenza di soglia superiore pu? tuttavia essere aumentata in modo che 1'impedenza Z, che ? collegata in serie con gli avvolgimenti Nel e Nc2, abbia, alla frequenza della componente alternata della corrente Ip da misurare, un valore sufficientemente alto per impedire il passaggio di una corrente eccessiva della stessa frequenza della componente alternata negli avvolgimenti Nc1 e Nc2? In pratica, il modo pi? semplice di realizzare un'impedenza desiderata dipendente dalla frequenza 2 consiste nell'utilizzare un condensatore di dimensioni appropriate.

Il trasduttore misuratore di corrente secondo l'invenzione ? stato precedentemente descritto per mezzo di un'unica forma di attuazione illustrativa, e si deve comprendere che molti dei componenti strutturali possono essere realizzati' da un tecnico del ramo in modo differente da quello descritto nell'esemipio precedente senza tuttavia allontanarsi dall'ambito di protezione dell'invenzione definito nella rivendicazione annessa. Di conseguenza, in particolare i mezzi per regolare il valore della corrente di compensazione, ossia la sorgente di tensione Um. il rivelatore D e l'ampiificatore a guadagno variabile IA, possono differire da quelli precedentemente descritti.

Claims

RIVENDICAZIONE Trasduttore misuratore di corrente funzionante sul principio di compensazione comprendentes un primo nucleo magnetico (C2) con una finestra, un primo avvolgimento (Np) per una corrente (Ip) da misurare ed un secondo avvolgimento (Ns) per una corrente di compensazione (Is) avvolti sul nucleo magnetico suddetto; un secondo nucleo magnetico (CZ) con una finestra, in modo che il primo avvolgimento (Np) ed il secondo avvolgimento (Ns) siano anche avvolti attorno al secondo nucleo magnetico suddetto; mezzi (AC, Mm, D, IA) per generare la corrente di compensazione e regolarne l'ampiezza in modo che un flusso magnetico generato nel primo nucleo magnetico (CZ) dalla corrente di compensazione compensi un flusso magnetico generato nel primo nucleo magnetico dalla corrente-(Ip) da misurare, in cui i mezzi suddetti per generare e regolare la corrente di compensazione (Is) comprendono un terzo avvolgimento (Nm) destinato a magnetizzare il primo nucleo con una corrente di magnetizzazione (Im); un 'quarto avvolgimento (Mc1) avvolto sul ?rimo nucleo magnetico (CI); e un quinto avvolgimento (Mc2) avvolto sul secondo nucleo magnetico (C2), in cui il quarto ed il quinto avvolgimento (Mc1, Nc2) hanno un u.gu??le numero di spire e sono collegati in serie in un circuito chiuso attraverso un'impedenza (2) il cui valore alla,frequenza della corrente di magnetizzazione (Im) ? talmente basso per cui il flusso magnetico prodotto dal quinto avvolgimento (Nc2) nel secondo nucleo magnetico (CH) ? almeno sostanzialmente uguale ma di direzione opposta al flusso magnetico agente nel primo nucleo magnetico (C1); caratterizzato dai fatto che l'impedenza (Z) dipende dalla frequenza ed ha un valore talmente elevato alla frequenza della componente alternata della corrente (I?) da misurare per cui impedisce il flusso di una corrente eccessiva della frequenza suddetta attraverso il quarto ed il quinto avvolgimento (Nel, Nc2).