KR102298349B1

KR102298349B1 - 직류 전류측정 방법 및 그 장치

Info

Publication number: KR102298349B1
Application number: KR1020200023310A
Authority: KR
Inventors: 장왕삼
Original assignee: 제이앤디전자(주)
Priority date: 2020-02-26
Filing date: 2020-02-26
Publication date: 2021-09-07
Also published as: KR20210109068A

Abstract

본 발명은 비접촉 직류 전류를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 플럭스 게이트를 이용하여 직류 전류를 비첩족 방식으로 측정하는 방법 및 그장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 직류전류 측정방법은 소정 크기의 측정대상 전류가 흐르는 도체를 감싸는 자기코어에 여기되어 있는 자속의 크기를 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호를 기초로 상기 자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄전류를 발생시켜 상기 제2자속을 상기 도체에 인가하여 상기 도체의 자속을 상쇄시키는 단계 및 상기 상쇄전류의 크기와 상기 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 소정의 보정값을 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 크기를 구하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면 종래기술과 달리 자기코어의 다양한 자기특성에 따라 미리 설정된 보정값을 이용하여 직류전류를 구함에 따라 자기코어에 따라 회로의 파라미터 값을 보정하여야 하는 어려움을 해결할 수 있는 장점이 있다.

Description

직류 전류측정 방법 및 그 장치{ DIRECT CURRENT MEASURING METHOD AND APPARATUS }

본 발명은 비접촉 직류 전류를 측정하는 방법 및 그 장치에 관한 것으로, 특히 플럭스 게이트를 이용하여 직류 전류를 비첩족 방식으로 측정하는 방법 및 그장치에 관한 것이다.

도선에 흐르는 전류를 측정하는 방법으로는, 전류 계측기를 그 도선에 전기적으로 직접 연결하여 측정하는 직접측정방법과 그 도선의 전류에 의해 주변에 발생하는 전자기장을 전류 계측기로 검출하여 도선의 전류를 측정하는 간접측정방법이 있다.

여기서, 직접측정방법은 계측기를 연결하기에 번거롭고 어려우며 회로적으로 분리할 수도 없는 등의 제약조건이 뒤따라서, 최근에는 이러한 직접측정방법의 제약조건을 탈피하기 위한 간접측정방법이 대두되고 있다.

상기 간접측정방법으로는 대표적으로 플럭스 게이트(Flux Gate) 방식으로 전류를 측정하는 방법이 있는데, 이와 관련된 종래기술들로서 대한민국 등록특허 제10-1329240호가 있다.

상기 종래기술들에 따르면,두개의 코어를 서로 반대 극성으로 자화하기 위한 발진 신호를 인가하여 발진 신호의 변화로 직류성분을 검출하되, 하나의 코어에 권선한 코일의 인덕턴스를 그대로 이용하여 LC발진회로를 구성하고 LC발진한 신호를 다른 하나의 코어에 권선한 코일에 인가하여 직류성분을 검출하고 있다.

그러나 상기 종래기술은 앞서 설명한 바와같이 복수개의 코어를 이용함에 따라 복수개의 코어를 자화시키시키니 위한 복수개의 발진회로를 구비하여야 함에 따라그 구조가 복잡한 단점이 있으며, 또한 자기코어들의 자기특성에 따라 각각의 회의 파마미터를 변경하여 주어야 하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1329240호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 복수개의 자기코어를 사용하지 않고 측정대상이 되는 도체를 감싸는 하나의 자기코어만을 이용하여 직류전류를 측정하는 장치 및 방법을 제공하는데 있다.

또한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 자기코어의 특성에 따라 회로의 파라미터( 예를 들면 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 등 )의 값을 변화시키지 않고 상기 자기코어에 따른 보정값을 미리 설정하여 자기특성이 변화되는 복수개의 자기코어들에 적용이 가능한 직류전류 측정 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 소정의 도체(100)를 감싸져 있어 상기 도체(100)을 흐르는 직류전류에 의하여 소정 크기의 자속인 제1자속이 여기되며, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 양단에 걸쳐 위치하며 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄자속발생부(300), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 중앙부에 위치되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않도록 배치되며, 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속과 제2자속이 상쇄되고 남은 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(400), 상기 전압발생부(400)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 이를 바탕으로 상기 상쇄자속발생부(300)에서 상기 제2자속을 발생시키는데 필요한 상쇄전류를 발생시켜 상기 상쇄자속발생부(300)로 공급하는 상쇄전류발생부(500), 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 보정값저장부(600) 및 상기 상쇄자속발생부(300)로부터 상기 상쇄전류의 크기에 관한 정보를 제공받고, 상기 보정값저장부로부터 소정의 보정값을 제공받아 이를 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 전류크기를 구하는 측정전류값변환부(700)를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 상기 보정값저장부(600)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 상기 전압발생부(400)는 홀센서일 수 있다.

본 발명에 따른 직류전류 측정방법은 소정 크기의 측정대상 전류가 흐르는 도체를 감싸는 자기코어에 여기되어 있는 자속의 크기를 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호를 기초로 상기 자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄전류를 발생시켜 상기 제2자속을 상기 도체에 인가하여 상기 도체의 자속을 상쇄시키는 단계 및 상기 상쇄전류의 크기와 상기 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 소정의 보정값을 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 크기를 구하되, 상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 종래기술과 달리 측정대상 도체를 감싸는 하나의 자기코어만을 이용하여 직류전류를 측정하는 것이 가능하다.

또한 본 발명에 따르면 종래기술과 달리 자기코어의 다양한 자기특성에 따라 미리 설정된 보정값을 이용하여 직류전류를 구함에 따라 자기코어에 따라 회로의 파라미터 값을 보정하여야 하는 어려움을 해결할 수 있으며 보다 정밀하게 직류전류를 측정하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이다.
도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 일실시예의 회로도이다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 구성을 나타내는 도면이며, 도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이고, 도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 일실시예의 회로도이다.

먼저 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 자기코어(200), 상쇄자속발생부(300), 전압발생부(400), 상쇄전류발생부(500), 보정값저장부(600) 및 측정전류값전환부(700)을 포함하며, 도 1에서 참조번호 10은 도체(100)에 의해 흐르는 전류에 의해 발생된 자속을 예시하여 도시한 것이며, 참조번호 20은 상기 도체(100)에 흐르는 상기 자속을 상쇄시키는 자속을 예시하여 도시한 것이다.

자기코어(200)는 소정의 도체(100)를 감싸져 있어 상기 도체(100)을 흐르는 직류전류에 의하여 소정 크기의 자속인 제1자속이 여기되며, 일부 구간에서 불연속되게 형성되어 있으며, 상기 불연속 구간의 경우 상기 자기코어(200)의 양 끝단이 마주보도록 형성되는 것이 바람직하다.

상쇄자속발생부(300)는 상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 양단에 걸쳐 위치하며 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 기능을 수행한다. 여기서 상쇄자속발생부(300)는 상기 자기코어(200)의 양단 부분에 감겨있는 코일의 형상으로 구성될 수 있다.

전압발생부(400)는 상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 중앙부에 위치되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않도록 배치되며, 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속과 제2자속이 상쇄되고 남은 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 기능을 수행한다. 여기서 전압발생부(400)는 홀센서로 구성될 수 있다.

상쇄전류발생부(500)는 상기 전압발생부(400)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 이를 바탕으로 상기 상쇄자속발생부(300)에서 상기 제2자속을 발생시키는데 필요한 상쇄전류를 발생시켜 상기 상쇄자속발생부(300)로 공급하는 기능을 수행한다. 상쇄전류발생부(500)는 발생된 상쇄전류를 상기 상쇄자속발생부에 공급하여 상기 자기코어에 존재하는 자속이 상쇄되어 그 크기가 0에 수렴토록 한다.

보정값저장부(500)는 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기능을 수행한다. 여기서 보정값은 자기코어(200) 재질의 투자율, 물리적 크기나 그 형상에 따라 영향을 받는 자기특성을 실험적으로 측정하여 결정될 수 있다.

측정전류값전환부(600)는 상기 상쇄자속발생부(300)로부터 상기 상쇄전류의 크기에 관한 정보를 제공받고, 상기 보정값저장부로부터 소정의 보정값을 제공받아 이를 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 전류크기를 구하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 직류전류 측정방법은 소정 크기의 측정대상 전류가 흐르는 도체를 감싸는 자기코어에 여기되어 있는 자속의 크기를 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계(S100), 상기 전기신호를 기초로 상기 자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄전류를 발생시켜 상기 제2자속을 상기 도체에 인가하여 상기 도체의 자속을 상쇄시키는 단계(S200) 및 상기 상쇄전류의 크기와 상기 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 소정의 보정값을 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 크기를 구하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.

여기서 도체에 여기되어 있는 자속의 크기에 따라 전압을 구하는 방법은 홀센서를 이용하여 전압을 구할 수 있으며, 상기 보정값은 상기 자기코어의 재질의 투자율, 물리적 크기 및 형상 등의 영향으로 변화하는 자기특성을 실험적 방법으로 측정하여 그 보정값을 결정할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 일실시예의 회로도이다. 이러한 도 3의 회로도는 본 발명의 일실시예에 불과한 것이며, 필요에 따라 다양한 형태의 하드웨어로 구성하는 것이 가능하다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.

그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 도체, 200 : 자기코어,
300 : 상쇄자속발생부, 400 : 전압발생부,
500 : 상쇄전류발생부, 600 : 보정값저장부,
700 : 측정전류값변환부,
10 : 도체(100)에 흐르는 직류전류에 의해 발생된 자속의 방향
20 : 상쇄자속발생부(300)에 의해 발생된 상쇄 자속

Claims

소정의 도체(100)를 감싸져 있어 상기 도체(100)을 흐르는 직류전류에 의하여 소정 크기의 자속인 제1자속이 여기되며, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200);
상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 양단에 걸쳐 위치하며 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄자속발생부(300);
상기 자기코어(200)의 불연속 구간의 중앙부에 위치되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않도록 배치되며, 상기 자기코어(200)의 상기 제1자속과 제2자속이 상쇄되고 남은 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(400);
상기 전압발생부(400)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 이를 바탕으로 상기 상쇄자속발생부(300)에서 상기 제2자속을 발생시키는데 필요한 상쇄전류를 발생시켜 상기 상쇄자속발생부(300)로 공급하는 상쇄전류발생부(500);
상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 보정값저장부(600); 및
상기 상쇄자속발생부(300)로부터 상기 상쇄전류의 크기에 관한 정보를 제공받고, 상기 보정값저장부로부터 소정의 보정값을 제공받아 이를 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 전류크기를 구하는 측정전류값변환부(700)를 포함하되,
상기 보정값저장부(600)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 직류전류 측정장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 전압발생부(400)는 홀센서인 직류전류 측정장치.
소정 크기의 측정대상 전류가 흐르는 도체를 감싸는 자기코어에 여기되어 있는 자속의 크기를 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계(S100);
상기 전기신호를 기초로 상기 자속을 상쇄시키는 자속인 제2자속을 발생시키는 상쇄전류를 발생시켜 상기 제2자속을 상기 도체에 인가하여 상기 도체의 자속을 상쇄시키는 단계(S200); 및
상기 상쇄전류의 크기와 상기 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 소정의 보정값을 바탕으로 상기 도체에 흐르는 직류전류의 크기를 구하는 단계(S300)를 포함하되,
상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 진류전류 측정방법.