SI21629A

SI21629A - Induktivni senzor električnega toka

Info

Publication number: SI21629A
Application number: SI200300230A
Authority: SI
Inventors: Vlasta Kregar; Miro Rozman
Original assignee: Iskraemeco, D.D.
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-30
Also published as: EP1515146A1

Abstract

Induktivni senzor izmeničnega električnega toka, prednostno za uporabo v elektronskem števcu električne energije, je v osnovi izveden iz dveh tuljavic (1, 2), ki vsebujeta po dve navitji in sicer eno navitje za merjenje toka in drugo kot statični oklop prvega navitja, pri čemer sta obe tuljavici (1, 2) nameščeni na tiskanem vezju (3), ki je lahko samostojno ali pa del vezja večjega elektronskega sklopa in delujeta kot sekundarno navitje senzorja. Značilnost senzorja po izumu je, da je primarni ovoj (4) izveden kot ovoj v taki obliki, da sta njegova prosta kraka prirejena različnim standardiziranim priključnicam (DIN, BS, ANSI) elektronskih števcev električne energije, medtem ko je srednji del primarnega ovoja oblikovan tako, da vsaj delno oklepa v sorazmerno majhnem odmiku obe tuljavici (1, 2) oziroma se nahaja med njima.ŕ

Description

Predmet izuma je induktivni senzor izmeničnega električnega toka za uporabo v elektronskem števcu električne energije.

Tehnični problem

Tehnični problem, ki ga rešuje izum je, kako zasnovati tovrstni senzor električnega toka, ki bo za različne tipe merilnikov električnega toka vseboval eno vrsto sekundarnih merilnih tuljavic , medtem ko je primarni ovoj različen in prirejen posameznim, tudi standardiziranim priključnicam npr. DIN, BS, ANSI ipd., pri čemer sta zasnovi primarnega ovoja in merilnih tuljavic taki, da omogočata strojno izdelavo, tudi avtomatizirano ali robotizirano, induktivenga senzorja kot celote v standardni ali SMD izvedbi tiskanih vezij ob zagotovitvi takih toleranc izdelka, da bodo omogočale natančnost meritve električnega toka v deklariranem razredu, hkrati pa bodo gabariti senzorja prirejeni vgradnjam senzorja na različne načine in v različne merilnike električnega toka in sicer kot posamezen elektromehanski element ali pa kot del večjega tiskanega vezja.

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr

Znano stanje tehnike

Pri znani tovrstni rešitvi po patentu US 4,894.610 (Richard Friedl) je primarni ovoj izveden iz električno prevodne pločevine zahtevnih oblik, ki jo je moč izdelati samo v več proizvodnih korakih, hkrati pa je tudi sorazmerno velika glede na ustrezno tuljavo. Zato zavzema precej prostora v merilnem instrumentu, pri katerem stremimo za čim manjšimi gabariti, ker velikost in oblika pogojujeta visoko ceno.

Po patentu US 6,414.475 (Dames, Colby) je mehanska konstrukcija tovrstnega senzorja prav tako velika po dimenzijah in obsega precej velik primarni ovoj, kar ima za posledico enake pomanjkljivosti, kot so navedene pri predhodno navedenem izumu.

Senzor po patentu US 5,521.572 (Goodwin, Roberts) je izveden iz precejšnjega števila elementov, tudi cenovno dragih. Sestavljanje takega senzorja je zamudno. Namenska izvedba ni primerna za poljubne aplikacije na različnih tiskanih vezjih.

Rešitev tehničnega problema

Opisani tehnični problem je rešen po izumu tako, da sta na tiskanem vezju nameščeni merilni tuljavici med seboj ustrezno električno povezani na vezju samem. Primarni ovoj je izveden iz električno prevodne pločevine v obliki približne črke U. Prosta kraka primarnega ovoja sta izvedena različno in sicer ustrezno standardu priključnice po DIN, BS ali ANSI.

Tuljavici in primarni ovoj so medsebojno usklajeni v smislu presekov in števila ovojev na tuljavicah ter preseka primarnega ovoja, ki je odvisen od maksimalnega toka, za katerega je predviden vsakokratni senzor.

30216-2. doc/l I l-03/D-32-Vr

Z navedeno izvedbo senzorja lahko ostanejo nekateri parametri konstantni, npr. medosna razdalja tuljav, lega izhodov navitij tuljav. Zato je lahko nosilec tuljav enak za vse tipe, pri čemer je na nosilcu hkrati tudi izvedeno vezje za električno povezavo navitij tuljav z drugimi elementi vezja v širšem smislu.

Taka zasnova omogoča izdelavo tovrstnega senzorja kot tipski polizdelek, ki vsebuje en del senzorja toka, to so merilne sekundarne tuljavice, ki je enak za vse merilnike in je vgradljiv v različne merilnike, katerim smo prilagodili drugi del senzorja, to je primarne ovoje. Ker tako zasnovan induktivni senzor zavzema v merilniku malo prostora, ga lahko uporabljamo tudi v aplikacijah, kjer se zahteva detekcijo kraje in imamo dva tokovna senzorja na fazo. Lahko uporabimo dva induktivna senzorja ali induktivni senzor v kombinaciji s shuntom kot senzorjem toka.

V drugi izvedbi je možno izvesti celovitejše tiskano vezje, katerega sestavni del je tudi navedeni senzor. Ker so nekatere dimenzije merilnih tuljav in lega izhodov navitja fiksne za različne tipe senzorja, je možno izvesti strojno, avtomatsko ali robotizirano serijsko izdelavo samega senzorja ali celovitejšega tiskanega vezja, ki vključuje tudi navedeni senzor.

Konstrukcija zagotavlja enostavno sestavljanje mehanskega (primarni ovoj) in elektronskega dela ( sekundarno navitje ) v celoto, ki je medsebojno povezana brezkontaktno preko magnetnega polja in pokriva več različnih tokovnih območij s čim manj različnimi sestavnimi deli.

Dodatna prednost rešitve po izumu je v tem, da izvedba takih induktivnih senzorjev omogoča modularno konstrukcijo priključnice števca za različne aplikacije, v katerih se zahteva uporaba različnih kombinacij tokovnih senzorjev v enem merilniku:

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr

1) samo en induktivni senzor,

2) dva induktivna senzorja, ali

3) en induktivni senzor in shunt, kot tokovni senzor.

Podrobneje bo bistvo izuma pojasnjeno v nadaljevanju z opisom izvedbenega primera in priložene risbe, na katerih kaže sl. 1 tridimenzionalni pogled senzorja po izumu za direktni števec in v izvedbi z DIN priključnico, pri čemer sta merilni tuljavici nameščeni na tiskanem vezju sl. 2 primarni ovoj senzorja po prvem izvedbenem primeru v tlorisu za direktni števec in v izvedbi za DIN priljučnico sl. 3a tridimenzionalni pogled senzorja po izumu za direktni števec in sicer v prvi izvedbi za BS priključnico, sl. 3b tridimenzionalni pogled senzorja po izumu za direktni števec in sicer v drugi izvedbi za BS priključnico, sl. 4 tretji izvedbeni primer primarnega ovoja senzorja v tlorisu po izumu za direktni števec in v izvedbi z BS priključnico, sl. 5 tridimenzionalni pogled senzorja po izumu za direktni števec in v izvedbi za ANSI priključnico, ter sl. 6 tridimenzionalni pogled senzorja po izumu za indirektni števec.

Induktivni senzor izmeničnega električnega toka, prednostno za uporabo v elektronskem števcu električne energije, je v osnovi izveden iz dveh tuljavic 1,2, ki vsebujeta po dve navitji in sicer eno navitje za merjenje toka in drugo kot statični oklop prvega navitja. Obe tuljavici 1, 2 sta nameščeni na tiskanem vezju 3, ki je lahko samostojno ali pa del tiskanega vezja večjega elektronskega sklopa. Tuljavici 1, 2 v senzorju delujeta kot sekundarno navitje, medtem koje primarni ovoj 4 izveden v taki obliki, da sta njegova prosta kraka prirejena različnim

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr vrstam priključnic v skladu s standardi DIN, BS ali ANSI, medtem ko je srednji del primarnega ovoja oblikovan tako, da vsaj delno oklepa v sorazmerno majhnem odmiku obe tuljavici 1, 2, oziroma teče med njima.

Glede na navedene različne tipe priključnic, katerim sta prirejena razmaka prostih koncev 5 primarnega ovoja 4, je le-ta po prvem izvedbenem primeru, kot ga prikazujeta sl. 1 in sl. 2 zasnovan kot oglato podkvasto telo iz električno prevodnega materiala, na katerega notranji strani srednjega dela je izvedena okrogla razširitev 6 za tuljavico 1, medtem ko je na zunanji strani srednjega dela izveden polkrožen izsek 7 za drugo tuljavico 2, pri čemer je debelina primarnega ovoja 4 manjša od višine tuljavic 1 in 2, ter sta razmika med tuljavicama 1 in 2 ter priležnim robom razširitve 6 oziroma izsekom 7 minimalna.

Na sl. 3 prikazani izvedbeni primer prestavlja predmet po izumu, katerega priključna kraka 5 primarnega ovoja 4 sta izvedena za BS priključnico, pri čemer je primarni ovoj 4 zasnovan kot električno prevodni trak v obliki črke U, katere prečni krak je zapognjen pravokotno na ravnino obeh priključnih krakov 5 in sta na notranji in zunanji strani prečnega kraka locirani tuljavici 1 oziroma 2, ki sta sicer nameščeni na poljubnem tiskanem vezju 3. Primarni ovoj 4 na sl. 3b ima na prevodnem traku izveden oglati meander 8, v njem se nahaja tuljavica 1, desno od njega pa tuljavica 2, pri čemer je sredina med tuljavicama istočasno sredina med prostima krakoma 5 primarnega ovoja 4.

Na sl. 4 je prikazana še ena izvedbena primera primarnega ovoja 4 za priključnico tipa BS. Na enem ali obeh prostih krakih 5, kot oglata črka U izvedenega ovoja iz električno prevodnega traku sta izvedena krogova izseka 9, v katerih sta nameščeni tuljavici. Srednji del 10 primarnega ovoja 4, ki povezuje oba prosta kraka 5, je zapognjen pravokotno na ravnino obeh krakov 5. Debelina primarnega ovoja 4 je manjša od višine tuljavic 1,2.

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr

Izvedbeni primer senzorja po izumu, kot ga kaže sl. 5, je izveden s primarnim ovojem 4 s priključnima krakoma 5 za priključnico tipa ANSI. Primarni ovoj 4 je izveden sicer iz električno prevodnega traku v smislu oglate črke U, pri čemer je prečni krak zavit tako, da tvori prečni žleb 11, v katerem se nahaja dvojna tuljavica 12 kot sekundarno navitje tako, da oba dela tuljavice ležita na isti osi ena za drugo. Tuljavica 12 je nameščena na poljubnem tiskanem vezju 3.

Izvedbeni primer senzorja po izumu, kot ga kaže sl. 6, predstavlja senzor za indirektni števec. Primarni ovoj 4 je izveden kot večja tuljavica z ovoji iz električno prevodne žice, čigar premer je odvisen od maksimalnega merjenega toka, število ovojev pa od velikosti signala iz merilnih tuljavic. V njenem središču se nahaja ena od tuljavic 1 sekundarnega navitja, medtem ko se nahaja druga tuljavica 2 sekundarnega navitja tik ob zunanji strani primarnega ovoja 4. Sekundarni tuljavici 1, 2 sta nameščeni na poljubnem tiskanem vezju 3.

Razume se, da lahko strokovnjak s področja zasnuje tudi drugačne izvedbene primere na osnovi poznavanja tega opisa izuma, ne da bi obšel značilnost in novost izuma, kot je opredeljen v sledečih patentnih zahtevkih.

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr

Claims

1. Induktivni senzor izmeničnega električnega toka, prednostno za uporabo v elektronskem števcu električne energije, je v osnovi izveden iz dveh tuljavic (1, 2) , ki vsebujeta po dve navitji in sicer eno navitje za merjenje toka in drugo kot statični oklop prvega navitja, pri čemer sta obe tuljavici (1,2) sta nameščeni na tiskanem vezju (3), ki je lahko samostojno ali pa del vezja večjega elektronskega sklopa in delujeta kot sekundarni ovoj senzorja, označen s tem, da je primarni ovoj (4) izveden v taki obliki, da sta njegova prosta konca (5) prirejena vsakokratni priključnici v skladu s standardi DIN, BS ali ANSI, medtem ko je srednji del primarnega ovoja oblikovan tako, da vsaj delno oklepa v sorazmerno majhnem odmiku obe tuljavici 1, 2, oziroma se nahaja med njima.

2. Induktivni senzor po zahtevku 1, označen s tem, daje primarni ovoj (4), katerega priključna kraka (5) sta izvedena za DIN priključnico, zasnovan kot oglato podkvasto telo, v katerega notranji strani srednjega dela je izvedena okrogla razširitev (6) za tuljavico (1), medtem ko je na zunanji strani srednjega dela izveden polkrožen izsek (7) za drugo tuljavico (2), pri čemer je debelina primarnega ovoja (4) manjša od višine tuljavic (1 in 2), ter sta razmika med tuljavicama (1 in 2) ter priležnim robom razširitve (6) oziroma izsekom (7) minimalna.

3. Induktivni senzor po zahtevku 1, označen s tem, da je srednji del primarnega ovoja (4), katerega priključna kraka (5) sta izvedena za BS priključnico, zasnovan kot raven trak ali kot trak z oglatim meandrom (8), ki je zapognjen pravokotno na ravnino obeh njegovih priključnih krakov (5) in sta na notranji in zunanji strani ali v in ob meandru (8) električno prevodnega traka locirani merilni tuljavici (1,2), ki sta sicer nameščeni na poljubnem tiskanem vezju (3).

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr

4. Induktivni senzor po zahtevkih 1 in 3, označen s tem, daje primarni ovoj (4), katerega priključna kraka (5) sta izvedena za BS priključnico, zasnovan kot trak v obliki oglate črke U, katerega srednji del (10) je zapognjen pravokotno na oba prosta kraka, kiju povezuje, pri čemer sta na enem prostem kraku izvedena izseka (9) v obliki krogovega izseka za tuljavici (1,2), in je debelina primarnega ovoja (4) manjša od višine tuljavic (1,2).

5. Induktivni senzor po zahtevku 1, označen s tem, daje primarni ovoj (4), prirejen priključnici tipa ANSI, izveden kot trak v smislu oglate črke U, pri čemer je prečni krak zavit tako, da tvori prečni žleb (11), v katerem se nahaja dvojna tuljavica (12) kot sekundarno navitje tako, da oba dela tuljavice ležita na isti osi ena za drugo, pri čemer je tuljavica (12) nameščena na poljubnem tiskanem vezju (3).

6. Induktivni senzor po zahtevkih 1, označen s tem, daje primarni ovoj (4), ki ga uporabimo za indirektne elektronske števce električne energije, izveden kot večja tuljavica, v središču katere se nahaja ena od merilnih tuljavic (1) sekundarnega navitja, medtem ko se nahaja druga merilna tuljavica (2) sekundarnega navitja tik ob zunanji strani obeh koncentričnih tuljavic (1) in (4), pri čemer sta tuljavici (1,2) nameščeni na poljubnem tiskanem vezju (3).

7. Induktivni senzor po zahtevkih 1 in 3, označen s tem, da je izveden na način,, ki omogoča montažo dveh senzorjev po fazi v enem merilniku in sicer induktivni senzor v kombinaciji s shuntom kot senzorjem toka, ali kombinacijo dveh induktivnih senzorjev.

30216-2.doc/lll-03/D-32-Vr