NO173204B - Maaleomformer til maaling av stroemmen i en elektrisk leder - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en måleomformer til måling av en i en elektrisk leder gående strøm i henhold til innledningen av krav 1.

Slike måleomformere benyttes f.eks. i elektrisitetsmålere til å finne en momentaneffekt levert til en forbruker. I dette tilfel-let blir momentanverdien av en elektrisk strøm målt med anordningen og i forbindelse med momentanverdien deretter multi-plisert med en forsyningsspenning. Multiplikasjonen skjer i den forbindelse fortrinnsvis ved hjelp av et hallelement som for strømmålingen finnes i anordningen uansett.

En anordning i henhold til innledningen av krav 1 er kjent

fra boken "Hallgeneratoren, Eigenschaften und Anwendungen",

F. Kuhrt og H.J. Lippmann, Springer Verlag, 1968, s. 1011 og s. 267-275.

Oppfinnelsen har til hensikt å skaffe en måleomformer av den

i innledningen nevnte art hvis montasje uten forringelse av linearitet og fasefeil og med forbedring av luftspaltetoleran-sen er særdeles presis, enkel og pålitelig. Den nevnte hensikt oppnås i henhold til oppfinnelsen ved de i karakteristikken av krav 1 angitte trekk. Utførelseseksempler på oppfinnelsen er vist på tegningen og beskrives nærmere i det følgende.

Fig. 1 viser et første tverrsnitt A-B av utførelsen av en første variant av en måleomformer,

fig. 2 viser et annet tverrsnitt C-D av utførelsen av den første variant,

fig. 3 viser en utførelse av en annen variant av en måleomformer og

fig. 4 viser en utførelse av en tredje variant av en måleomformer .

Like henvisningstall betegner på alle tegningens figurer de samme deler.

Den på fig. 1 og 2 fremstilte måleomformer til måling av en

i en elektrisk leder 1 gående strøm i inneholder en trebenet ferromagnetisk kjerne 2,6 og en magnetfeltsensor 3 som fortrinnsvis er et hallelement. Den ferromagnetiske kjerne 2,

6 består fortrinnsvis av en ring 2 og et midtben 6. Den på tegningens fremstilling øvre og nedre flate av ringen 2 danner de to utvendige ben og de to sideflatene av ringen 2 åket av den trebens ferromagnetiske kjerne 2,6 idet åket forbinder de tre bena med hverandre ved begge deres ender. Som materiale for den ferromagnetiske kjerne 2,6 egner en ferronikkellegering seg på grunn av sin høye permeabilitet, som f.eks. "Perminorm", "Vacoperm", "Trafoperm", "Permax", "Ultraperm" eller "Mume-tall". Midtbenet 6 har minst tre luftspalter 7,8 og 9 av hvilke den midtre luftspalte 7 inneholder magnetfeltsensoren 3 og de to ytre luftspalter 8 og 9 hver er anordnet ved en av de to ender av midtbenet 6. Lengden av den midtre luftspalte 7

målt i lengderetningen av midtbenet 6 er tilnærmet like stor som den i samme retning målte bredde av magnetfeltssensoren 3 slik at den er nøyaktig definert av denne bredde av magnetfeltssensoren 3. Hver av de to ytre luftspalter 8 og 9 er fortrinnsvis lenger enn den midtre luftspalte 7 målt i lengderetningen av midtbenet 6. Midtbenet 6 består fortrinnsvis av 2 flate blikkstrimler 6a og 6b som sammen med magnetfeltssensoren 3

er anordnet i et hus av ikke-ferromagnetisk materiale, fortrinnsvis av keramisk materiale. Huset 10 har fortrinnsvis en bunn 10a og et deksel 10b. Midtbenet 6 og magnetfeltsensoren 3 er på en fordelaktig måte anordnet på en bærer av isolasjons-materiale, på hvilken der f.eks. også er anordnet ytterligere elektroniske komponenter, idet bunnen 10a av huset 10 fortrinnsvis utgjør en bærer. Dette gir en enkel, presis og pålitelig montasje av magnetfeltsensoren 3 og midtbenet 6 som begge til-sammen danner en konstruksjonsenhet, idet begge disse komponen-tene kan fremstilles slik i en annen teknologi enn f.eks. den resterende del av den ferromagnetiske kjerne 2,6. De to ytre luftspalter 8 og 9 er hver utfylt med en vegg av huset 10, slik

at deres luftspaltelengde kan defineres nøyaktig av veggtyk-kelsen av huset 10. Ringen 2 består av minst én ringformet bøyd plate, noe som forenkler dens fremstilling sterkt. Bredden L av ringen 2 er større enn dens største innvendige bredde slik at den skjermer magnetfeltsensoren 3 spesielt godt mot virkningen av ytre magnetfelter H Ci . Den elektriske leder 1 har fortrinnsvis firkantformet tverrsnitt og ringen 2 er derfor også fortrinnsvis firkantformet. Midtbenet 6 er i det minste delvis omgitt av elektriske ledere 1 og fortrinnsvis anordnet mellom hver av en i nærheten av hverandre parallelt gående frem- og tilbakeledere la og lb av den elektriske leder 1. Den elektriske leder 1 danner f.eks. en U-formet sløyfe 11 hvis frem-og tilbakeleder utgjør de parallelt til hverandre forløpende frem- og tilbakeledere la og lb av den elektriske leder 1. Det firkantformede tverrsnitt av den elektriske leder 1 utgjør f.eks. 2-10 mm for en strøm i på 100A. Benyttes f.eks. et hallelement som magnetfeltsensor 3 som måler magnetfelt virksomme loddrett på dets overflate, fyller magnetfeltsensoren 3 f.eks. luftspalten helt. Blir det derimot benyttet et hallelement som måler magnetfelt som er virksomme parallelt til dets overflate, fyller magnetfeltsensoren 3 f.eks. bare den nedre halvdel (se fig. 1) av luftspalten 7. Lengden av luftspalten 7 utgjør f.eks. 0,6 mm og den samme for de øvrige luftspalter 8 og 9 f.eks. hver 1,7 mm. Som på bæreren kan der innenfor eller uten-for huset 10a, 10b også være anordnet ikke viste, ekstra elektroniske komponenter, som f.eks. kan være kretselektronikk for magnetfeltsensoren 3.

På fig. 1 er der antatt at bredden av huset 10 er større enn bredden av den elektriske leder 1. I dette tilfelle fyller huset 10, i tverrsnittet A-B f.eks. rommet mellom frem- og tilbakelederen la og lb sløyfen 11 fullstendig. Bredden av huset 10 kan også være lik eller mindre enn bredden av den elektriske leder 1. I siste fall fyller huset 10 på tverrsnittet A-B rommet mellom frem- og tilbakelederen la og lb og sløy-fen 11 bare delvis. I alle tilfeller omgir ringen 2 bredden L av frem- og tilbakelederen la og lb sløyfen 11 samt huset 10 på en slik måte at midtbenet 6 målt parallelt til sin tverretning, er anordnet tilnærmet ved midten av den halve avstand L/2 fra randen av ringen 2 (se fig. 2). Frem- og tilbakelederen la og lb av sløyfen 11 går gjennom hulrommet mellom huset 10 og ringen 2 f.eks. på en slik måte at den har mulighet for både romlig kontakt med huset 10a, 10b såvel som elektrisk isolert romlig kontakt med ringen 2. Mellom ringen 2 på den ene side og frem- og tilbakelederen la og lb av sløyfen 11 er der således anbragt et isolasjonssjikt 13a (se fig. 1 og fig. 2).

Ringen 2 er på kappeflaten fortrinnsvis fullstendig omgitt

av en tilnærmet parallell, ringformig og bred ytre avskjerming 12. Mellom ringen 2 og den ytre avskjerming 12 befinner der seg f.eks. et isolasjonssjikt 13b. Ytteravskjermingen 12 har en bredde Z som er større enn bredden L av ringen 2, slik at også dennes endeflater i hvertfall delvis blir avskjermet. Bredden Z er f.eks. 30 mm. Den ytre avskjerming 12 består fortrinnsvis av dyptrekkingsstål eller av en ferronikkellegering. Isolasjons-sjiktet 13b mellom ringen 2 og den ytre avskjerming 12 tjener her også til å øke den romlige avstand mellom begge, noe som forbedrer den skjermende virkning av den ytre avskjerming 12. Denne romlige avstand er f.eks. 0,05 mm. Formålet med den ytre avskjerming 12 er å avlaste den høypermeable/men lett mettbare ring 2 som også er virksom som skjerm, ved sterke ytre ferromag-->

netfelt H a. Ringen 2 og den ytre avskjerming virker således som dobbeltskjerm. Uten ytre avskjerming 12 blir den av ringen 2 dannede skjerm umettet inntil en verdi av det ytre fremmedmagnetfelt H* apå omtrent 50A/cm. Ved anordning av dobbeltskjermen blir derimot den av ringen 2 dannede skjerm umettet til en verdi av det ytre fremmedmagnetfelt3.på omtrent 200A/cm. ;Ved bruk av en ferronikkellegering i kjernen 2, 6 er det magnetiske spenningsfall i det ferromagnetiske materiale sammenlignet med det tilsvarende i luftspalten 7 henholdsvis luftspaltene 7, 8 og 9 neglisjerbart. Tilsvarende påvirker også ikke-linearitet, fasefeil og temperaturkoeffisient og det høypermeable materialet bare i liten grad målomformeren. Anordningen av midtbenet 6 og magnetfeltsensoren 3 på en bærer og/eller hus 10 tillater en særdeles presis, enkel og pålitelig montasje av måleomformeren. Anvendelsen av tre luftspalter 7, 8 og 9 sikrer at alle toleranseproblemer med luftspaltelengden kan konsen-treres i begge de øverste luftspalter 8 og 9 hvor de forstyrrer minst, da de magnetiske flukslinjer der ikke lenger er parallelle og tett sammenstående, men derimot allerede delvis divergerer og prøver å finne vei gjennom det til den ferromagnetiske kjerne 2 tilstøtende luftrom. Dette toleranseproblem er mindre jo sterkere de magnetiske fluktlinjer divergerer, dvs. jo lengre de ytre luftspalter 8 og 9 er. ;Den annen og tredje variant skiller seg fra den første variant bare ved utformingen av den elektrisk leder 1. ;På den på fig. 3 fremstilte anordning danner den elektriske leder 1 minst to U-formede sløyfer lia og 11b som er parallelt anordnet ved siden av hverandre og koblet elektrisk i serie. Begge lederne 16 og 17, resp. 18 og 19 av henholdsvis hver sløyfe lia, 11b er dermed anordnet parallelt og slik at de dekker over hverandre. Begge tilbakelederne 16 og 18 på den ene side og begge fremlederne 17 og 19 på den annen side i de to sløyfene lia og 11b er likeledes anbragt i samme plan ved siden av hverandre. Huset 10 og dermed også midtbenet 6 med magnetfeltsensoren 3 er på den ene side anordnet mellom begge fremlederne 16 og 18 og på den annen side mellom begge tilbakelederne 17 og 19, slik at alle disse frem- og tilbakeledere går 1 nærheten av huset 10. Ringen 2 og, ifall den forekommer, ;den ytre skjerm 12 strekker seg langs sidene av og isolerer elektrisk begge de U-formede sløyfer lia og 11b. Denne anordning gjør det mulig å magnetisere kjernen 2 med halv strøm-styrke, f.eks. 50A, uten å endre konfigurasjonen av kjernen 2 og huset 10. Halv strømstyrke genererer med to sløyfer lia, 11b et like stort magnetfelt H* som strømmen i med den ene sløyfe 11.

Naturligvis kan de U-formede sløyfer lia og 11b også dekke hverandre, idet de er anordnet skjøvet inn i hverandre. I dette tilfelle er begge fremlederne 16 og 18 på den ene side og begge tilbakelederne 17 og 19 på den andre side anordnet slik at de dekker over hverandre i stedet for å være anordnet ved siden av hverandre. Frem- og tilbakelederen 16-19 kan da være tilnærmet dobbelt så bred og halvparten så tykk.

Ved den på fig. 4 viste tredje variant består den elektriske leder 1 av to ledere 20 og 21 som i det minste er parallelle innenfor ringen 2 og i det minste én gang er anordnet slik at de først går gjennom ringen 2 i én retning og deretter krysser hverandre elektrisk isolert for i forbindelse med ringen 2 å gå gjennom den på ny i omvendt retning. For det tilfelle er huset 10 og dermed også midtbenet 6 i begge retninger anordnet mellom lederne 20 og 21. Begge lederne 20 og 21 er f.eks. anordnet parallelt og slik at de dekker over hverandre. En ytre avskjerming 12 omgir også her fortrinnsvis ringen 2 langs sidene. Denne anordning blir f.eks. benyttet i elektrisitetsmålere i USA og gjør det mulig uten endring av konfigurasjonen av huset 10 og den f erromagnetiske kjerne 2,6, å magnetisere kjernen 2,6 med to uavhengige énf asede strømmer i^og i2på hver f.eks. 200A, slik at i ekstreme tilfeller kan en av strømmene i^eller ±2være 0. En totalutførelse av denne art av lederne 20 og 21 sikrer at overføringskonstantene for begge strømmene i^og ^ 2 kan gjøres nøyaktig like store.

Claims (20)

1. Måleomformer til måling av en i en elektrisk leder (1) gående strøm (i), med en trebenet ferromagnetisk kjerne (2,6) hvis midtben (6) i det minste delvis er omgitt av elektriske ledere (1) og i det minste rommer en luftspalte (7) i hvilken en magnetfeltsensor (3) er anordnet,karakterisert vedat midtbenet (6) har minst tre luftspalter (7,8,9), av hvilke den midtre (7) rommer magnetfeltsensoren (3) og de to ytre hver er anordnet på en av begge ender av midtbenet (6), at midtbenet (6) og magnetfeltsensoren (3) til sammen danner en komponent, og at hver av begge de ytre luftspalter (8,9) målt i lengderetningen av midtbenet (6) er lenger enn den midtre luftspalte (7).

2. Måleomformer i henhold til krav 1,karakterisert vedat midtbenet (6) består av to flate blikkstrimler (6a,6b), som er anordnet sammen med magnetfeltsensoren (3) i et hus (10) av ikke-ferromagnetisk materiale, og at begge de ytre luftspalter (8,9) hver fylles av en vegg av huset (10).

3. Måleomformer i henhold til krav 1 eller 2,karakterisert vedat åket og begge de ytre ben av den ferromagnetiske kjerne (2,6) dannes av en ring (2), som består av minst en ringformet bøyd plate.

4. Måleomformer i henhold til krav 3,karakterisert vedat bredden (L) av ringen (2) er større enn dens største innvendige diameter.

5. Måleomformer i henhold til et av kravene 1-4,karakterisert vedat lengden av den midtre luftspalte (7) målt i lengderetningen av midtbenet (6) er tilnærmet like stort som den i den samme retning målte bredde av magnetfeltsensoren (3).

6. Måleomformer i henhold til et av kravene 3-5,karakterisert vedat den elektriske leder (1) har et firkantformet tverrsnitt, og at ringen (2) er fir-kantf ormet .

7. Måleomformer i henhold til et av kravene 1 til 6.karakterisert vedat midtbenet (6) er anordnet mellom hver av i nærheten av hverandre parallelt forløpende frem- og tilbakeledere (la, lb) av den elektriske leder (1).

8. Måleomformer i henhold til krav 7,karakterisert vedat den elektriske leder (1) danner en U-formet sløyfe (11), og at sløyfens to grener er de parallelt til hverandre forløpende frem- og tilbakeledere (la, lb) av den elektriske leder 1.

9. Måleomformer i henhold til et av kravene 1 til 7,karakterisert vedat den elektriske leder (1) danner minst to U-formede sløyfer (lia, 11b) som er anordnet parallelt ved siden av hverandre og koblet elektrisk i serie, slik at de to ledere (16, 17 resp. 18, 19) i hver sløyfe (lia, 11b) strekker seg parallelt og dekker hverandre, at på den ene side begge fremlederne (16,18) og på den annen side begge tilbakelederne (17,19) i de to sløyfer (lia, 11b) i hvert tilfelle er anordnet ved siden av hverandre i samme plan, og at midtbenet (6) er anordnet med magnetfeltsensoren mellom begge fremlederne (16, 18) på den ene side, og begge tilbakelederne (17, 19) på den annen side.

10. Måleomformer i henhold til krav 7,karakterisert vedat den elektriske leder (1) danner minst to U-formede sløyfer (lia, 11b) som er anordnet i hverandre slik at de dekker hverandre og koblet elektrisk i serie, hvor lederne (16, 17, 18, 19) i alle sløyfene (lia, 11b) er anordnet parallelt slik at de dekker hverandre, og at midtbenet (6) med magnetfeltsensoren (3) er anordnet mellom på den ene side begge fremlederne (16, 18) og på den annen side mellom begge tilbakelederne (17, 19).

11. Måleomformer i henhold til et av kravene 3 til7,karakterisert vedat den elektriske leder (1) i det minste innenfor ringen (2) består av to parallelle ledere (20, 21) som i det minste én gang er anordnet slik at de først går gjennom ringen (2) i én retning, og at de deretter krysser hverandre elektrisk isolert og påny går gjennom ringen i omvendt retning, idet midtbenet (6) i hvert tilfelle er anordnet mellom de to ledere (20, 21).

12. Måleomformer i henhold til et av kravene 2 til11,karakterisert vedat midtbenet (6) og mag-netf eltsensoren (3) er anordnet på en bærer av isolasjonsmateri-ale .

13. Måleomformer i henhold til krav 12,karakterisert vedat bæreren utgjør bunnen (10a) av huset (10).

14. Måleomformer i henhold til krav 13,karakterisert vedat huset (10) består av keramisk materiale.

15. Måleomformer i henhold til et av kravene 12 til 14,karakterisert vedat der på bæreren i tillegg ytterligere er anordnet elektroniske komponenter.

16. Måleomformer i henhold til et av kravene 1 til 15,karakterisert vedat den ferromagnetiske kjerne (2,6) består av en ferronikkellegering.

17. Måleomformer i henhold til et av kravene 3 til 16,karakterisert vedat ringen (2) på sin kappe-flate er omgitt av en tilnærmet parallell, ringformet og bred ytre avskjerming (12).

18. Måleomformer i henhold til krav 17,karakterisert vedat den ytre avskjerming (12) består av dyptrekkingsstål.

19. Måleomformer i henhold til krav 17,karakterisert vedat den ytre avskjerming (12) består av en ferronikkellegering.

20. Måleomformer i henhold til et av kravene 17 til 19,karakterisert vedat der mellom ringen (2) og den ytre avskjerming (12) er en romlig avstand.