PT83926B - Transformador de medida para medicao de uma corrente num condutor electrico - Google Patents
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Description
DESCRIÇÃO
A invenção diz respeito a um transformador de medida para medir uma corrente num condutor eléctrico, segundo a ideia principal da reivindicação 1.
Tais transformadores de medida são utilizados, por exemplo, em contadores de electricidade, para averiguação de uma carga momentânea cedida ao consumidor. Neste caso, o valor momentâneo é medido através do dispositivo e multiplicado em seguida com o valor momentâneo de uma tensão de alimentação. A multiplicação aqui é feita, de preferência, através do elemento Hall, que em todo o caso se encontra no dispositivo para medição da corrente.
Um dispositivo conforme a ideia principal da reivindicação 1, é conhecido a partir do livro Hallgeneratoren, Eigenschaften und
Anwendungen (Geradores Hall, propriedades e aplicações), F. Kuhrt
-2e H. J. Lippmann, Springer Verlag, 1968, páginas 10 a 11 e páginas 267 a 275.
A invenção tem como objectivo criar um transformador de medida, conforme dito acima, cuja montagem se torna particularmente exacta, simples e segura, sem que piorem a linearidade e o erro de fase, e com melhoramento das tolerâncias do entreferro.
Na invenção, este objectivo é conseguido, segundo as indicações dadas na reivindicação 1.
Exemplos de execução da invenção são representados no desenho e descritos em seguida mais pormenorizadamente.
FIG. 1 - Um primeiro corte transversal A - B da construção de uma primeira variante de um transformador de medida,
FIG. 2 - Um segundo corte transversal C - D da construção da primeira variante,
FIG. 3 - Uma construção de uma segunda variante de um transformador de medida,
FIG. 4 - Uma construção de uma terceira variante de um transformador de medida.
-3Números de referência iguais designam em todas as Figuras do desenho peças iguais.
transformador de medida, representado nas FIG. 1 e 2, para medir a corrente (i) num condutor eléctrico (1), contém um núcleo ferromagnético de três pernas (2;6) e um sensor do campo magnético (3), o qual de preferência é um elemento Hall. 0 núcleo ferromagnético (2;6) consiste de preferência num anel (2) e numa perna central (6). Como representadas no desenho, as áreas superior e inferior do anel (2) formam as duas pernas exteriores, e as duas áreas laterais do anel (2) formam a culatra do núcleo ferromagnético (2;6), em que a culatra liga as extremidades das três pernas uma às outras. 0 material próprio para o núcleo ferromagnético (2;6) é de preferência, por causa da sua grande permeabilidade, uma liga de ferro-níquel, como por exemplo, permenorm, vacoperm, trafoperm, permax, ultraperm ou mumetall. A perna central (6) possui no mínimo três entreferros (7,8,9), em que o entreferro central (7) contém o sensor do campo magnético (3) , e os dois entreferros laterais (8,9) estão dispostos nas duas extremidades da perna central (6). 0 comprimento do entreferro central (7), medido em direcção longitudinal em relação à perna central (6), é aproximadamente igual à largura do sensor do campo magnético (3), medida na mesma direcção de modo que ele é definido exactamente por esta largura do sensor do campo magnético (3). Cada um dos dois entreferros laterais (8,9) é medido, de preferência, em direcção longitudinal em relação à perna central (6), mais comprido do que o entreferro central (7). A perna central (6) consiste de preferência, ;60SQ0i
em duas lâminas de chapa (6a,6b), as quais estão dispostas, juntamente com o sensor do campo magnético (3), numa caixa (10) de material não ferromagnético, de preferência, de cerâmica. A caixa (10) possui preferencialmente uma base (10a) e uma tampa (10b). A perna central (6) e o sensor do campo magnético (3) estão dispostos, de modo vantajoso, em cima de um suporte de material isolante, onde por exemplo, existem adicionalmente elementos de construção electrónicos e, em que de preferência a base (10a) da caixa (10) é este suporte. Isto permite uma montagem simples, exacta e segura do sensor do campo magnético (3) e da perna central (6), que em conjunto formam uma unidade de construção, de modo que estas duas componentes podem ser fabricadas através de uma tecnologia diferente, por exemplo, da do resto do núcleo ferromagnético (2;6). Os dois entreferros laterais (8,9) estão preenchidos cada um por uma parede da caixa (10), de modo que os comprimentos dos entreferros podem ser definidos exactamente pela espessura da parede da caixa (10). 0 anel (2) consiste no mínimo numa chapa, dobrada em forma de anel, facto que simplifica bastante o seu fabrico. A largura (L) do anel (2) é maior do que o seu maior diâmetro interior de modo que ele protege muito bem o sensor do campo magnético (3) contra os efeitos de campos magnéticos exteriores (Η 1. 0 condutor eiéctrico (1) possui, de preferência, um α corte transversal de forma rectangular e então, o anel (2) também é de preferência rectangular. A perna central (6) é rodeada, pelo menos em parte, pelo condutor eiéctrico (1) e disposta, de preferência, entre um condutor de ida e um condutor de volta (1a, 1b) de um condutor eiéctrico (1), os quais decorrem em paralelo perto um do
-5outro. 0 condutor eléctrico (1) forma, por exemplo, um laço em forma de U (11), cujos condutores de ida e volta são os condutores paralelos de ida e volta (1a,1b) do condutor eléctrico (1). 0 corte transversal de forma rectangular do condutor eléctrico (1) é de, por exemplo, 2 mm . 10 mm para uma corrente (i) de 100 A. Se, como sensor do campo magnético (3), for utilizado, por exemplo, um elemento Hall, que mede campos magnéticos activos na vertical em relação à sua superfície, então, neste caso, o sensor do campo magnético (3), por exemplo, preenche o entreferro (7) por completo. Se, pelo contrário, for utilizado um elemento Hall, que mede campos magnéticos activos em paralelo à sua superfície, então, o sensor do campo magnético (3) preenche, por exemplo, apenas a metade inferior (ver FIG.
1) do entreferro (7). 0 comprimento do entreferro (7) é, por exemplo de 0,6 mm e o dos outros entreferros (8,9), por exemplo, é de 1,7 mm cada. Em cima do suporte podem ser dispostos, no interior ou exterior da caixa (10a,10b), ainda adicionalmente elementos de construção electrónicos, não representados, os quais, por exemplo, fazem parte do circuito electrónico adicional do sensor do campo magnético (3).
Na FIG. 1, foi suposto que a largura da caixa (10) é maior de que a largura do condutor eléctrico (1). Neste caso, no corte transversal A - B, a caixa (10) por exemplo, preenche completamente o espaço entre os condutores de ida e de volta (1a,1b) do laço (11). A largura da caixa (10) também pode ser igual ou mais pequena de que a largura do condutor eléctrico (1). Neste último caso, no corte transversal A-B, a caixa (10) preenche apenas em parte o espaço entre os conduto|g60$:0.0.
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1-SeESE.NTA ! .choupas res de ida e volta (1a, 1b) do laço (11). Em todos os casos, o anel (2), de largura (L), rodeia os condutores de ida e de volta (1a, 1b) do laço (11) assim como a caixa (10) de tal modo que, a perna central (6), medida em paralelo à sua direcção transversal, está disposta aproximadamente no meio, a meia distância L/2 do bordo do anel (2) (ver FIG. 2). Os condutores de ida e de volta (1a,1b) do laço (11) atravessam o espaço vazio entre a caixa (10) e o anel (2), por exemplo, de tal modo que possuem tanto quanto possível contacto com a caixa (10a, 10b), como também contacto eléctrico isolado com o anel (2). Entre o anel (2) por um lado e os condutores de ida e de volta (1a,1b) do laço (11) por outro, existe portanto uma camada isolante (13a) (ver FIG. 1 e 2).
anel (2), de uma maneira vantajosa, na sua superfície exterior, é rodeado por completo de uma blindagem exterior (12), aproximadamente paralela, de forma anelar e de maior largura. Entre o anel (2) e a blindagem (12) encontra-se, por exemplo, uma camada isolante (13b). A blindagem exterior (12) tem uma largura (Z) maior que a largura (L) do anel (2), para que sejam blindadas ainda em parte as suas áreas frontais. A largura (Z) é, por exemplo, de 30 mm. A blindagem exterior (12), de modo vantajoso, é de aço estirado a frio ou de uma liga de ferro-níquel. A camada Isolante (13b) entre o anel (2) e a blindagem exterior (12) também aqui serve para aumentar a distância de espaço entre as duas, facto que melhora o efeito de blindagem da blindagem exterior (12). Esta distância de espaço é, por exemplo, de 0,05 mm. 0 objectivo da blindagem exterior (12) é, na presença de
fortes campos magnéticos exteriores (Ha), de aliviar o altamente α permeável, mas facilmente saturável anel (2), que também actua como blindagem. 0 anel (2) e a blindagem exterior (12) agem assim como blindagem dupla. Sem blindagem exterior (12), a blindagem formada pelo anel (2) fica não saturada até a um valor de aproximadamente 50 A/cm do campo magnético estranho exterior (H ). Com a existência da a blindagem dupla no entanto, a blindagem formada pelo anel (2) fica não saturada até a um valor de aproximadamente 200 A/cm do campo magnético estranho exterior (H ).
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Na utilização de uma liga de ferro-níquel para o núcleo (2;6), a queda de tensão magnética no material ferromagnético é desprezável em comparação àquela no entreferro (7) respectivamente nos entreferros (7,8,9). Assim, também a não-linearidade, o erro de fase e o coeficiente de temperatura do material altamente permeável actuam apenas minimamente sobre o transformador de medida. A disposição da perna central (6) e do sensor do campo magnético (3) em cima de um suporte e/ou numa caixa (10) permite uma montagem do transformador de medida particularmente exacta, simples e segura. A utilização de três entreferros (7,8,9) permite concentrar todos os problemas de tolerância do comprimento dos entreferros nos dois entreferros laterais (8,9), onde perturbam o mínimo, porque ali as linhas de fluxo magnético já não são paralelas e densas, mas já em parte dispersam e procuram o seu caminho pelo espaço junto ao núcleo ferromagnético (2). Estes problemas de tolerância são tanto mais diminutos, quanto mais acentuado for a dispersão das linhas de fluxo magnético, quer
dízer, quanto mais compridos forem os entreferros laterais (8,9).
A segunda e a terceira variante diferem da primeira variante apenas pela forma do condutor eléctrico (1).
Na disposição representada na FIG. 3, o condutor eléctrico (1) forma no mínimo dois laços em forma de U (11a,11b), que estão dispostos lateralmente em paralelo lado a lado e que estão ligados electricamente em série. Aqui, ambos os condutores (16,17,18,19 respectivamente) de cada laço (11a,11b respectivamente) estão ordenados em paralelo, um cobrindo o outro. Os dois condutores de ida (16,18) por um lado e os dois condutores de volta (17,19) por outro, dos dois laços (11a,11b), estão ordenados, respectivamente, no mesmo plano, lado a lado. A caixa (10), e com ela também a perna central (6) com o sensor do campo magnético (3), estâ disposta entre os dois condutores de ida (16,18) por um lado e os dois condutores de volta (17,19) por outro, em que todos estes condutores de ida e volta decorrem perto da caixa (10). 0 anel (2) e, no caso de existir, a blindagem exterior (12) rodeiam lateralmente, deles electricamente isolados, os dois laços em forma de U (11a,11b). A disposição proporciona a possibilidade de excitar o núcleo (2) com metade da corrente, por exemplo, com 50 A, sem alteração das configurações do núcleo (2) e da caixa (10). Esta metade da corrente com dois laços (11a, 11b) produz um campo magnético (H) da mesma extensão como a corrente (i) com um único laço (11).
I .6.0.S00 .I
Naturalmente, os laços em forma de U (11a, 11b) também podem estar entrelaçados, um cobrindo o outro. Neste caso, os dois condutores de ida (16,18) por um lado e os dois condutores de volta (17,19) por outro, estão dispostos um cobrindo o outro, em vez de lado a lado. Os condutores de ida e volta (16 a 19) podem então ter aproximadamente o dobro da largura e metade da espessura.
Na terceira variante, representada na FIG. 4, o condutor eléctrico (1) consiste em dois condutores (20,21), que no mínimo são paralelos no interior do anel (2) e que no mínimo uma vez estão dispostos de modo que atravessem o anel (2) primeiro numa direcção, depois, electricamente isolados, se cruzem, para em seguida atravessar novamente o anel (2) no sentido inverso. Aqui, a caixa (10), e com ela também a perna central (6), nas duas direcções, está disposta entre os dois condutores (20,21). Os dois condutores (20,21) estão, por exemplo, ordenados em paralelo, um cobrindo o outro. De modo favorável, uma blindagem exterior (12) também aqui rodeia lateralmente o anel (2). Este dispositivo é utilizado, por exemplo, em contadores de electricidade nos E.ll.A. e proporciona a possibilidade, sem alteração das configurações da caixa (10) e do núcleo (2;6), de excitar o núcleo (2;6) com duas correntes monofásicas independentes (i^.ig) de, por exemplo, 200 A cada, em que, no caso extremo, uma das duas correntes (i-pig respectivamente) pode ser igual a zero. Uma tal construção dos condutores (20,21) no seu conjunto permite igualar exactamente as constantes de transmissão das duas correntes (i^,ig).
Claims (20)
- REIV INDICAÇÕES1®·— Transformador de medida para medir a corrente (i) num condutor eléctrico (1) com um núcleo ferromagnético (2;6) de três pernas, cuja perna central (6) é rodeada, pelo menos em parte, do condutor eléctrico (1) e que contém, no mínimo, um entreferro (7), no qual está disposto um sensor do campo magnético (3), caracterizado pelo facto de a perna central (6) possuir, no mínimo, três entreferros (7,8,9), dos quais o central contém o sensor do campo magnético (3) e os dois laterais estão dispostos um a cada extremidade da perna central (6); pelo facto de a perna central (6) e o sensor do campo magnético (3) juntos formarem uma unidade de construção; e pelo facto de cada um dos entreferros laterais (8,9), medidos em direcção longitudinal da perna central (6) ser mais comprido do que o entreferro central (7).
- 2®.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a perna central (6) consistir em duas lâminas de chapa (6a,6b), as quais estão dispostas juntamente com o sensor do campo magnético (3) numa caixa (10) de material não ferromagnético e pelo facto de os dois entreferros laterais (8,9) estarem preenchidos cada um por uma parede da caixa (10).
- 3®.- Transformador de medida, segundo as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo facto de a culatra e as duas pernas exteriores do núcleo ferromagnético (2;6) serem formados por um anel (2), que no mínimo consiste numa chapa dobrada em forma de anel.
- 4«.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de a largura (L) do anel (2) ser maior de que o seu maior diâmetro interior.
- 5*.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 1 a4, caracterizado pelo facto de o comprimento do entreferro central (7), medido em direcção longitudinal da perna central (6), ser aproximadamente igual à largura do sensor do campo magnético (3), medido na mesma direcção.
- 62.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 3 a5, caracterizado pelo facto de o condutor eléctrico (1) possuir um corte transversal rectangular; e pelo facto de o anel (2) ser rectangular.
- 7®.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 1 a6, caracterizado pelo facto de a perna central (6) estar disposta entre um condutor de ida e um condutor de volta (1a, 1b) de um condutor eléctrico (1), os quais decorrem em paralelo, perto um do outro.
- 8®.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de o condutor eléctrico (1) formar um laço em forma de II (11); e pelo facto de os condutores de ida e volta60$0Ó deste serem os condutores paralelos de ida e volta (1a,1b) do condutor eléctrico (1).
- 9®.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de o condutor eléctrico (1) formar no mínimo dois laços em forma de U (11a,11b), os quais estão ordenados lateralmente em paralelo lado a lado e ligados electricamente em série, em que ambos os condutores (16,17,18,19 respectivamente) de cada laço (11a,11b respectivamente) estão dispostos em paralelo, um cobrindo o outro, e os dois condutores de ida (16,18) por um lado e os dois condutores de volta (17,19) por outro dos dois laços (11a,11b), estão ordenados, respectivamente, no mesmo plano lado a lado; e pelo facto de a perna central (6), juntamente com o sensor do campo magnético (3), estar diposta por um lado entre os dois condutores de ida (16,18) e por outro entre os dois condutores de volta (17,19).
- 10®.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo facto de o condutor eléctrico (1) formar no mínimo dois laços em forma de U (
- 11a,11b), que estão entrelaçados, um cobrindo o outro, e que estão electricamente ligados em série, em que os condutores (16,17,18,19) de todos os laços (11a,11b) estão ordenados em paralelo, cobrindo-se uns aos outros; e pelo facto de a perna central (6), juntamente com o sensor do campo magnético (3) estar disposta entre os dois condutores de ida (16,18) por um lado, e os dois condutores de volta (17,19) por outro.-13Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 3 a 7, caracterizado pelo facto de o condutor eléctrico (1), no mínimo no interior do anel (2), consistir em dois condutores paralelos (20,21), os quais no mínimo uma vez estão ordenados de modo que atravessem o anel (2) primeiro numa direcção, se cruzem em seguida, electricamente isolados, para depois atravessarem novamente o anel (2) na direcção inversa, em que a perna central (6) está, nas duas direcções, situada entre os dois condutores (20,21).
- 12fl.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 2 a 11, caracterizado pelo facto de a perna central (6) e o sensor do campo magnético (3) estarem ordenados em cima de um suporte de material isolante.
- 13B.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de o suporte ser a base (10a) da caixa (10).
- 14fl.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de a caixa (10) ser de cerâmica.
- 15°- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 12 a 14, caracterizado pelo facto de em cima do suporte estarem ainda dispostos adicionalmente elementos de construção electrónicos.
- 16fl.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 1 a15, caracterizado pelo facto de o núcleo ferromagnético (2;6) consistir numa liga de ferro-níquel.
- 17B- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 3 a16, caracterizado pelo facto de o anel (2) na sua superfície lateral ser rodeado de uma blindagem exterior (12) aproximadamente paralela, de forma anelar e de maior largura.
- 18B.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 17, caracterizado pelo facto de a blindagem exterior (12) ser de aço estirado a frio.
- 19°.- Transformador de medida, segundo a reivindicação 17, caracterizado pelo facto de a blindagem exterior (12) ser uma liga de ferro-níquel.
- 20fl.- Transformador de medida, segundo uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo facto de entre o anel (2) e a blindagem exterior (12) existir uma distância de espaço.
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