NO175394B

NO175394B - Anordning ved måling av ström

Info

Publication number: NO175394B
Application number: NO912576A
Authority: NO
Inventors: Geir Svoen
Original assignee: Abb En As; Eb En As
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1994-06-27
Also published as: NO912576D0; EP0592576A1; NO912576L; NO175394C; WO1993001502A1; US5432439A

Description

ANORDNING VED MÅLING AV STRØM

Oppfinnelsens område

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved en strømdetekteringskrets, omfattende en primærspole for den strøm som skal måles, en separat transformatorkjerne som påvirkes av strømmen i primærspolen, en sekundærspole som fører en transformert sekundærstrøm, samt en tertiærspole som er forbundet med en operasjonsforsterker som innbefatter en tilbakekoblingsmotstand og utgjør en strøm/spenningsom-formerkrets med en inngangsmotstand på tilnærmet null ohm.

Kjent teknikk

Strømmåling, dvs. konvertering av strøm på annet spennings-nivå til spenning som kan behandles av analog eller digital elektronikk, er en viktig komponent i svært mange produkter. Av natur er dette komplisert og kostbart, spesielt i de tilfeller galvanisk skille, høy nøyaktighet og temperetur-stabilitet er krevet.

Ved store strømmer blir kostnad og matriellinnsats større da dette normalt innebærer større vanskeligheter med tilkobling til kretskort.

I hovedsak nyttes idag shunt, strømtrafo, hallelement eller fiberoptiske sensorer for måling av strøm.

Fra EP-publikasjon 157 881 er det kjent en strømdetekter-ingskrets av den innledningsvis angitte art.

I henhold til EP 157 881 blir det som en ny og overraskende innsats foreslått at den transformatorspole som svarer til

sekundærspolen, er utført med terminaler som er kortsluttet ved hjelp av en elektrisk leder, slik at det fremskaffes en kortsluttet sekudærspole. Imidlertid vil produksjonen av en slik transformator innebære en flerhet av terminaler, spesielt for den nevnte sekundærspole, som skal kortsluttes med en spesiell ledning, dvs. det må opprettes et fysisk

grensesnitt mellom nevnte spoles terminaler og den leder som skal kortslutte nevnte sekundærspole. Det at den kjente teknikk foreslår et fysisk grensesnitt mellom terminalene hos sekundærspolen og den tilhørende kortslutningsleder understrekes ytterligere ved at det foreslås at den andre sekundærspole og nevnte første sekundærspole skal vikles av det samme materiale i en parallell konfigurasjon og med hovedsakelig samme antall av vindinger. Videre blir det foreslått at terminaler skal fremskaffes ved begge ender på sekundær siden, samt ved et midtpunkt av en seriespole, idet den ene side av disse utgjør den ene sekundærspole og den annen siden utgjør den andre sekundærspole.

Med en slik kjent strømdetekteringskrets vil fagmannen ikke kunne hente inspirasjon til fremskaffelse av en strømdetek-teringskrets som på en enkel og rasjonell måte skal kunne integreres i et kretskort, fordi denne kjente teknikk gir anvisning på en transformator som innbefatter en flerhet av terminaler og fysiske grensesnitt som skal fremskaffes og sammenkobles med passende ledere under selve produksjonen av strømdetekteringskretsen, noe som i høy grad vil være ineffektivt, idet dette krever en flerhet av produksjons-trinn og følgelig innebære høye driftsomkostinger.

Heller ikke vil denne kjente strømdetekteringskrets gi fagmannen inspirasjon til å komme frem til en løsning som er temperatur-uavhengig på en mer rasjonell og effektiv måte. Selv om det ifølge EP 157 881 foreslås at sekundærspolen og tertiærspolen skal ha materialer av forskjellig motstands-temperaturkoeffisient, så vil dette bare gi en ønsket temperaturkarakteristikk til strømdetekteringskretsen, men ikke en høyst effektiv temperaturutjevningskrets slik man oppnår ifølge den foreliggende oppfinnelse.

Omtale av oppfinnelsen

En hensikt med den foreliggende oppfinnelse er således å skaffe et strømdetekteringskrets hvor de elementer som skal utgjøre kretsen, lett kan integreres i et kretskort.

En ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en strømdetekteringskrets hvor en eller flere spoler kan fremskaffes ved stansing, idet en stanseoperasjon er meget kostnadsgunstig sammenlignet med fremstillingen av viklede spoler.

Enda en hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å fremskaffe en strømdetekteringskrets hvor målespolen eller tertitærspolen kan integreres direkte i et kretskort.

En ytterligere hensikt med den foreliggende oppfinnelse er å skaffe en strømdetekteringskrets som iboende skaffer en automatisk temperaturkorreksjon, hvilket innebærer at de målte verdier ikke blir temperatur-avhengige.

Disse hensikter oppnås ved en strømdetekteringskrets av den innledningsvis angitte art, som ifølge oppfinnelsen er karakterisert ved at sekundærspolen omfatter minst en eller flere massive én-tørns elementer.

Ifølge oppfinnelsen gis det således anvisning på en meget spesiell sekundærshunt, og med denne sekundærshunt oppnås en meget enkel elektomekanisk løsning, lave materiellkostnader og enkel kobling til videre elektronisk behandling.

Løsningen gir videre meget god termisk stabilitet, teoretisk ingen temperaturdrift.

Løsningen gir også i seg selv god EMC-skjerming uten tilleggskomponenter (sekundærshunt fungerer som skjerm).

Forøvrig fremgår trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelse fra den etterfølgende beskrivelse med tegninger, samt patentkravene.

Kort omtale av tegningsfigurene

Figur 1 viser skjematisk prinsippet ved den foreliggende

oppfinnelse.

Figur 2 som omfatter figurene 2A, 2B og 2C, viser en praktisk løsning av en utførelsesform for oppfinnelsen.

Beskrivelse av utførelsesformer

Sekundærshuntmetoden består som prinsippskjema i figur 1 viser, av en ordinær transformator K med kortsluttet sekundærvikling B. En tredje vikling C fungerer som pickup av det feltet spenningsfallet i sekundærshunten induserer i kjernematerialet.

Pickupviklingen C fører en meget liten strøm som tilpasses normale signalnivåer for elektronikk. Forholdet mellom strømmen i sekundærshunten (definisjonsmessig identisk primærstrøm - magnetiseringsstrøm i kjerne) og pickupvikling C reguleres med forholdet mellom tverrsnittene, samt lengde og effektivt tørntall på pickupviklingen.

Dette oppnås ved at pickupviklingen C holdes kortsluttet av en elektronisk krets CC, omfattende en operasjonsforsterker Am og en tilbakekoblingsmotstand Rf.

Pickupviklingen C består av samme materiale som sekundærshunten B. Forutsatt god termisk kobling mellom pickupvikling C og sekundærshunt B, vil endring i indusert spenning som følge av motstandsendring i sekundærshunten B også medføre tilsvarende endring i motstanden i pickupviklingen

C.

Nettoeffekten på målingen blir null forutsatt god termisk kobling og samme materiale i sekundærshunt B som i pickup C.

Løsningen som vist i figur 2 omfattende figurene 2A-2C, er beregnet for direkte integrering av kretskort KK.

Primærvikling A og sekundærvikling eller -shunten B1, B2 med 1 tørn hver er direkte stanset i kobber for å kunne føre stor strøm. Sekundærshunten B1, B2 er således kun en kobberring med hver sin åpning Bla, B2a, men her anordnet som en ring på hver side av kortet KK.

Pickupviklingen er direkte integrert i kretskortet KK ved hjelp av vanlige kobberbaner i kortet, idet en bane, henholdsvis C1 og C2, er anordnet på hver side av kortet KK, og idet banene er seriekoblet for å gi stor motstand.

Som helhet kan derfor en høypresisjonsmåler realiseres med kun stansede komponenter og ferritt-kjerner.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører således en anordning ved måling av strøm, omfattende en primærvikling A som fører den strøm Iprim som skal måles, en transformatorkjerne K som påvirkes av strømmen Iprim i primærviklingen A, samt en sekundærvikling B som fører en transformert sekundærstrøm, der sekundærviklingen B er en kortsluttet vikling, idet anordningen omfatter en tredje vikling C som reagerer på det feltet som spenningsfallet i sekundærviklingen B induserer i kjernematerialet.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen går ut på at den tredje vikling (pickupviklingen) C fører en meget liten strøm som er tilpasset normale signalnivåer for elektronikk (analogt nivå). Forholdet mellom strømmen i sekundærviklingen B og strømmen i den tredje vikling C kan tilpasses ved forholdet mellom viklingenes tverrsnitt, samt lengde og effektivt tørntall på den tredje vikling C. Den tredje vikling C holdes kortsluttet med hjelp av den elektronisk krets CC. Materialet i den tredje vikling C er passende det samme som i sekundærviklingen B, og elementene respektive viklingene er montert slik i forhold til hverandre at de har god termisk kobling, slik at endring i indusert spenning som følge av motstandsendring i sekundærvikling B medfører tilsvarende endring i motstanden i den tredje vikling C. De tre viklinger A, B, C er tilpasset for direkte integrering i kretskort KK. Den tredje vikling C er direkte integrert i nevnte kretskort KK, spesielt som en eller flere kobberbaner i kortet. To sekundærviklinger eller én-tørns elementer B1 er B2, anordnet på hver side S1, S2 av nevnte kretskort KK, og på tilsvarende områder på kretskortet KK er det anordnet en integrert, snodd bane av den tredje vikling C1, C2, en bane på hver side av kortet. Kjernen K er sammensatt av to E-formede ferrittkjerner, hvis ben E1, E2, E3 rager gjennom tilsvarende hull H1, H2, H3 i et kretskort KK og motsvarende hull B1a, B2a i én-tørns elementene henholdsvis B1 og B2. Mellom primærvikling A og sekundærvikling B; B1 , B2 er det anordnet en elektrisk isolasjon EL1, og mellom sekundærvikling(er) B; B1, B2 er det anordnet en elektrisk, men ikke termisk isolasjon EL2, EL3.

Oppfinnelsen finner anvendelse innen måling av et stort område strømmer, f.eks. området 10-60 ampere, og innen et stort spenningsområde, f.eks. 220-1000 volt, eller mer enn 12 kilovolt. Spesielle anvendelsesmetoder kan være strømmål-ere wattmetere, eller strømmåling røbelstaver i generatorer.

Claims

1 . Anordning ved en strømdetekteringskrets (1), omfattende en primærspole (A) for den strøm (Iprim) som skal måles, en separat transformatorkjerne (K) som påvirkes av strømmen (Iprim) i primærspolen (A), en sekundærspole (B) som fører en transformert sekundærstrøm, samt en tertiærspole (C) som er forbundet med en operasjonsforsterker (Am) som innbefatter en tilbakekoblingsmotstand (Rf) og utgjør en strøm/spen-ningsomformerkrets (CC) med en inngangsmotstand på tilnærmet null ohm, karakterisert ved at sekundærspolen (B) omfatter en eller flere massive én-tørns elementer (B1 og/eller B2).

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at primærspolen (A), sekundærspolen (B) og tertiærspolen (C) er tilpasset for integrering i et kretskort (KK).

3. Anordning som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at sekundærspolen (B) omfatter to separate én-tørns elementer (B1, B2).

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at de to separate én-tørns elementer (B1, B2) er plassert på hver side (S1, S2) av et kretskort (KK), idet hvert én-tørns element har form at en flat ring (B1, B2) med sin respektive midtåpning (Bla, B2a) plassert rundt en åpning (H2) i kretskortet (KK).

5. Anordning som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at tertiærspolen (C) er direkte integrert i et kretskort (KK), spesielt som en eller flere kobberbaner (C1, C2) i nevnte kretskort.

6. Anordning som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at tertiærspolen (C) omfatter en integrert snodd bane av tertiærspolen (C1, C2) på hver side av et kretskort (KK), fortrinnsvis viklet rundt samme åpning (H2) deri, som nevnte én-tørns elementer (B1, B2) er plassert rundt.

7. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at de nevnte én-tørns elementer (B; B1, B2) er innrettet til å utgjøre en EMC-skjerming.

8. Anordning som angitt i et av de foreliggende krav, karakterisert ved at kjernen (K) omfatter to hovedsakelig E-formede ferrittkjerner, idet benene (E1, E2, E3) på disse passer inn i åpninger (H1, H2, H3) i et kretskort (KK).

9. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at sekundærspolens element eller elementer (B; B1, B2) og tertiærspolen (C) er tildannet av samme materiale, og er slik innrettet i forhold til hverandre at de har god innbyrdes termisk forbindelse, slik at den induserte spenning som er et resultat av en endring av motstanden i elementet eller elementene (B; B1, B2), resulterer i en tilsvarende endring i tertiærspolen (C: Cl, C2).

10. Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at mellom primærspolen (A) og sekundærspolens element eller elementer (B; Bl, B2) er det anordnet elektrisk isolasjon (EL1), og at mellom nevnte element eller elementer (B; B1, B2) og tertiærspolen (C) er det anordnet elektrisk, men ikke-termisk isolasjon (EL2, EL3).

11 . Anordning som angitt i et av de foregående krav, karakterisert ved at forholdet mellom tverrsnittet i sekundærspolens element eller elementer (B; B1, B2) er tilpasset i forhold til tverrsnittet samt lengden og effektivt antall av viklinger i tertiærspolen (C; C1 , C2), relatert til signalnivået for tertiærspolens elektroniske krets (CC).