KR20210108282A - 직류 전류측정 방법 및 그 장치 - Google Patents

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 측정장치는 소정의 도체(100)를 감싸되, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300), 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400), 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500) 및 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함한다.
본 발명에 따르면 상대적으로 저전력 및 소형화된 직류전류 측정장치를 제공하는 것이 가능하다.

Description

직류 전류측정 방법 및 그 장치{ DIRECT CURRENT MEASUGING 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 등록실용신안 제20-0283971호, 공개특허 제10-2010-0001504호, 공개특허 제10-2004-0001535호 등이 있었다.

상기 종래기술들에 따르면, 구형파 또는 정현파로 발진한 전류를 인가하여 서로 반대되는 방향으로 두개의 코어를 자화시킨 상태에서 도선의 피측정 전류로 인한 전자기장의 영향에 의해 두개의 코어에 발생하는 왜곡을 전압 신호로 감지하여 직류 성분을 검출하고, 교류 성분은 별도의 코어 또는 별도의 회로구성으로 검출한다. 그리고, 검출한 성분에 상응하는 보상전류로 자속을 가하여 피측정 전류에 의한 자속을 상쇄하도록 보상 전류를 수렴시키고, 그 수렴한 보상 전류를 측정하여 피측정 전류를 계측하였다.

하지만, 상기한 종래기술들에 따른 플럭스 게이트 방식의 전류 계측기들은 사인파 또는 구형파의 발진신호를 생성하는 구성을 코어에 권선한 코일과는 별도로 마련하여 그 구성에 의한 발진신호를 양 코어의 권선 코일에 동시 인가하였다. 이에 따라, 코어의 자성 특성에 따라 시정수가 달라지게 되고, 결국, 코어의 자성 특성을 반영하지 아니한 고정된 주파수의 발진신호를 인가함에 따라 코어를 불완전하게 자화시켜 전류 계측의 정확도를 저하시키는 요인으로 나타나게 되었다. 이러한 요인을 제거하기 위해서는, 코어의 자성 특성에 맞는 발진신호를 생성하여야 하지만, 전류 계측기의 제작상 코어의 오차율 편차가 심하므로 발진신호를 생성하는 회로요소를 코어에 맞추기란 매우 어렵고, 생산하는 계측기마다 일일이 맞추는 것도 매우 번거로워서 생산성의 저하 및 성능저하라는 문제점을 갖게 되었다.

더욱이, 상기한 종래기술들은 양측 코어를 반대 극성이 나타나도록 코일을 직렬(발진신호의 입력을 위해 연결하는 접속점에서 보면 병렬)로 연결한 후에 발진신호를 양 코일의 직렬 접속점에 인가하여 양측 코어를 서로 반대방향으로 자화시키고 있어서, 양측 코어에 약간의 자화 오차가 발생하더라도 계측 성능에는 큰 편차로 나타나는 문제점이 있었다.

한편, 상기한 종래기술들에서 발진신호로 자화하려는 양측 코어가 도선에 흐르는 피측정 전류에 의해서도 자화되므로, 피측정 전류가 크면 계측 초기에 코어가 포화되어 발진신호의 주파수보다 매우 큰 고주파로 발진하므로, 플럭스 게이트 방식을 이용한 직류 성분의 검출이 불가능하게 되는 문제점도 있었다.

또한 상기와 같은 종래기술들은 코어에 측정대상이 되는 전류로부터 생성되는 자속을 상쇄시키기 위한 사인파 또는 구형파를 생성시키는 별도의 회로를 더 구비하여야 하는바, 소비전력이 증가하게되어 측정장치를 소형화시키기 어려운 문제점이 있었다.

등록실용신안 제20-0283971호, 공개특허 제10-2010-0001504호, 공개특허 제10-2004-0001535호

본 발명의 목적은 측정대상이 되는 도체에 흐르는 측정대상 직류전류로부터 발생되는자속을 상쇄기키기 위한 별도의 발진회를 구비할 필요없이, 상기 도체를 감싸는 자기코어에 상기 측정대상 직류전류에 의해 여기되는 자기장을 직접 측정하는 방법을 통하여 상기 측정대상 직류전류의 크기를 측정하는 방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 소정의 도체(100)를 감싸되, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200), 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300), 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400), 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500) 및 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함한다.

또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 상기 기준값저장부(500)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정될 수 있다.

또한 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 상기 전압발생부(300)는 홀센서일 수 있다.

본 발명에 따른 직류전류 측정방법은 소정의 전류가 흐르는 측정대상 도체를 감싸는 자기코어의 자속을 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계 및 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면 종래기술과 같이 측정대상 직류전류로부터 발생되는 자속을 상쇄시키는 자속을 발생시키는 별도의 회로를 구비하지 않아도 되므로, 상대적으로 저전력으로 동작이 가능한 직류전류 측정장치를 제공하는 것이 가능하며, 상대적으로 소형화된 직류전류 측정장치를 제공하는 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 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다.

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 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다.

먼저 도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 직류전류 측정장치는 자기코어(200), 전압발생부(300), 전압증폭부(400), 기준값저장부(500) 및 전류값 변환부(600)을 포함한다.

자기코어(200)는 측정대상이 되는 직류전류가 흐르는 도체(100)을 감싸는 형상으로 형성되되, 일부 구간이 개방되어 있는 구조로 형성된다. 자기코어(200)에는 상기 직류전류에 의해 소정크기의 자속이 여기(발생)되게 되며, 상기 자속의 크기는 상기 직류전류의 크기, 자기코어(200)의 투자율 및 그 물리적 형상등에 의해 영향을 받게된다.

전압발생부(300)는 상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 기능을 수행하며, 홀센서로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 홀센서에 관하여는 종래기술에 많은 자료가 공개되어 있으므로 본 명세서에서는 자세한 설명을 생략한다.

전압증폭부(400)는 상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 기능을 수행한다. 본 발명에 따른 전압증폭부(400)의 실시예는 도 3에 개시되어 있다.

기준값저장부(500)는 상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기능을 수행한다. 상기 자기코어(200)의 자기특성은 투자율, 물리적 형상에 영향을 받으며, 본 발명에서는 미리 자기코어(200)의 자기특성에 따른 보정값을 실험적 방법으로 구하여 상기 기준값저장부(500)에 저장되도록 한다.

전류값 변환부(600)는 상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 기능을 수행한다.

도 2는 본 발명에 따른 직류전류 측정방법을 나타내는 순서도이다. 본 발명에 따른 직류전류 측정방법은,

소정의 전류가 흐르는 측정대상 도체를 감싸는 자기코어의 자속을 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계, 상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계 및 자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함한다.

여기서 상기 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율 및 물리적 형상 또는 크기 등에 따라 영향을 받으며, 본 발명에서는 상기 자기코어(200)의 자기특성을 실험적으로 측정하여 상기 보정값을 결정하게된다.

도 3은 본 발명에 따른 직류전류 측정장치의 전압증폭부(400)의 실시예를 나타낸 도면이다. 도면을 참조하여 설명하면 참조번호 1100이 나타내는 부분이 본 발명의 전압발생부(300)인 홀센서로부터 측정된 자속의 크기에 대응되는 전압이 입력되는 부분이면, 참조번호 1200 부분이 전류값변환부로 증폭된 전압을 갖는 전기신호가 출력되는 부분이다.

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 : 전압발생부, 400 : 전압증폭부
500 : 기준값저장부, 600 : 전류값 변환부

Claims (4)

1. 소정의 도체(100)를 감싸되, 일부 구간에서 불연속되게 형성되는 자기코어(200);
   상기 자기코어(200)의 불연속 구간에 삽입되되, 상기 자기코어(200)와는 접촉되지 않게 위치하며, 상기 도체에 직류전류가 흐르는 경우 상기 직류전류에 의해 상기 자기코어(200)에 여기되는 자속의 크기에 따라 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시켜 출력하는 전압발생부(300);
   상기 전압발생부(300)으로부터 발생된 상기 전기신호를 전달받아 상기 전기신호의 전압을 일정비율로 증폭시키는 전압증폭부(400);
   상기 자기코어(200)의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 저장하는 기준값저장부(500); 및
   상기 전압증폭부(400)으로부터 증폭된 전압값과 상기 기준값저장부(500)에 저장되어 있는 보정값을 기초로 상기 도체에 흐르는 상기 직류전류의 전류크기를 구하는 전류값 변환부(600)를 포함하는 직류전류 측정장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기준값저장부(500)에 저장되는 보정값은 상기 자기코어(200)의 투자율에 따라 결정되는 직류전류 측정장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압발생부(300)는 홀센서인 직류전류 측정장치.
4. 소정의 전류가 흐르는 측정대상 도체를 감싸는 자기코어의 자속을 측정하여 소정의 전압을 갖는 전기신호를 발생시키는 단계;
   상기 전기신호의 전압을 일정 비율로 증폭시키는 단계; 및
   자기코어의 자기특성에 따라 미리 정하여진 보정값을 기초로 상기 측정도체의 전류의 크기를 구하는 단계를 포함하는 직류전류 측정방법.
   

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