WO2004021021A2 - Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung - Google Patents

Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung Download PDF

Info

Publication number
WO2004021021A2
WO2004021021A2 PCT/DE2003/002660 DE0302660W WO2004021021A2 WO 2004021021 A2 WO2004021021 A2 WO 2004021021A2 DE 0302660 W DE0302660 W DE 0302660W WO 2004021021 A2 WO2004021021 A2 WO 2004021021A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
signal
circuit arrangement
current
potential
shunt
Prior art date
Application number
PCT/DE2003/002660
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004021021A3 (de
Inventor
Reinhard Maier
Jürgen RUPP
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to US10/524,561 priority Critical patent/US7242177B2/en
Priority to EP03790695A priority patent/EP1529220A2/de
Publication of WO2004021021A2 publication Critical patent/WO2004021021A2/de
Publication of WO2004021021A3 publication Critical patent/WO2004021021A3/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/32—Compensating for temperature change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/146—Measuring arrangements for current not covered by other subgroups of G01R15/14, e.g. using current dividers, shunts, or measuring a voltage drop
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/252—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques using analogue/digital converters of the type with conversion of voltage or current into frequency and measuring of this frequency

Definitions

  • the invention relates to a method for current measurement according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to the associated circuit arrangement.
  • a known method for current measurement is to measure the voltage drop using a shunt resistor.
  • ADC's di- gital-to-analog converter
  • the accuracy must not be adversely affected by the influence of the ambient temperature.
  • the electronic components (ADC, processor, etc.) must be supplied with power.
  • the invention is essentially characterized by the following measures or features: a) Dynamics: The ADC is not realized with a linear, but with a curved characteristic. This compresses the measurement signal and a lower number of bits is sufficient for the same dynamics. This method, which is known under the term compression, is intended to be used advantageously for current measurement. Possible characteristics are logarithmic characteristics (with special those zero treatment), the constants kon the advantage of a ⁇ , relative accuracy, ie errors based on the measured value, having, or a root function, in a microcontroller, provides the advantage of simple expansion by squaring, for example. b) Influence of the ambient temperature on the accuracy: No special resistance alloy is chosen for the shunt, but a piece of conductor material that is already present is used.
  • the subject of the already mentioned DE 101 05 982 AI with the designation 'method for evaluating a measured value and associated circuit arrangement ⁇ is, inter alia, a method for measuring current at potential, in which the supply current of the components at potential is obtained directly from the Relative to the network and transmit the measured value to the low potential by modulating the supply current.
  • the proposed method has the advantage that cheaper ADCs can be used which do not have to provide a high resolution over the entire measuring range.
  • Influence of the ambient temperature on the accuracy The proposed method has the advantage that no expensive special alloy has to be used, but a piece of conductor material that is already present is used. In addition, there is no need to attach (screw, rivet) the resistance element to the copper. Nevertheless, the temperature compensation achieves high measuring accuracy.
  • Power supply The proposed method has the advantage that costs, weight and space requirements are reduced, d) The voltage drop across the resistors occurs in any case with the current measuring device described and can therefore be used with simple means and inexpensively for the additional voltage measurement.
  • FIG. 1 shows the arrangement of a measuring device with a shunt at high potential and the shunt resistance
  • FIG. 2 shows a logarithmically compressed code for use in the measuring device according to FIG. 1
  • 3 shows a logarithmically expanded measured value USAGE ⁇ dung at the measuring device according to Figure 1
  • Figure 4 a corresponding to a square root curve Kompri ⁇ -programmed code as an alternative to Figure 2
  • Figure 5 is a corresponding expanded a square function measured value as an alternative to Figure 3.
  • Figure 6 shows an arrangement for current and voltage measurement in a three-phase system
  • FIG. 7 shows an alternative arrangement with means for short-circuit and / or overload shutdown.
  • FIG. 1 of DE 101 05 982 AI An advantageous arrangement of shunt resistance and measuring device is shown in FIG.
  • a shunt 1 is present in a phase L1 which is at a high potential, from which the measuring voltage Udiff 1 is passed via an amplifier 2 to an analog-digital converter 3 as part of a measuring device 5.
  • the voltage difference Uiff / which is a measure of the current through the shunt 1, is converted into a binary measured value by the analog / digital converter (ADC) 3 and transmitted as a binary signal to ground potential.
  • a unit 4 for signal compression is connected upstream of the ADC 3, with which, in particular, great signal dynamics can be taken into account in a cost-effective manner, the binary signal being subjected to a reverse expansion after it has been transmitted.
  • the latter can be carried out by software in the relevant evaluation unit, in particular in the microcontroller that is usually present, at ground potential.
  • the shunt resistance is temperature dependent according to the function:
  • FIGS. 2 and 3 The signals for a logarithmic compression / expansion are shown in FIGS. 2 and 3, in FIGS. 4 and 5 for a root / square compression / expansion.
  • the relevant characteristic curves are designated with 21, 31, 41 and 51.
  • FIG. 6 shows a measuring device for the current and voltage measurement in a 3-phase system with phases L1, L2 and L3.
  • the evaluation channel for Ll is complete, the identical channels for L2 and L3 only partially. It is essential here that three identical shunt resistors 61, 61, 61 ⁇ ⁇ are present in the individual channels, each of which is connected to a measuring unit 60 corresponding to the measuring device 5 according to FIG. 1.
  • Both the voltage supply at high and the voltage supply at low potential are obtained from the network via voltage dividers 66, 66 and 67, 67 ⁇ .
  • resistors 69, 69 at high potential and further switching elements, such as capacitors and blocking diodes, are present, with the means for signal rectification being generally referred to as 64, 64 ⁇ .
  • the neutral conductor N is connected to the consumers 70, 70 ⁇ , 70 V and a star point is formed.
  • Al ternatively ⁇ the three voltage dividers form an artificial neutral point in the switching device when the neutral conductor is not connected, which corresponds to cost reasons, the normal case.
  • the voltage drops at the lower or upper resistors can alternatively be used for the voltage measurement. If the upper voltage is measured, both measurements, i.e. Current and voltage transferred to low potential via the modulated supply current.
  • a circuit arrangement with a measuring unit 60 corresponding to FIG. 6 is constructed in FIG.
  • Voltage dividers are controlled by the shunt 71 with circuit elements 72 via a control unit 73 and a rectifier 74: in detail, voltage dividers are constructed here from resistors 76, 76 ⁇ and 77, 77 ⁇ and alternatively 79, 79 ⁇ , the power supply alternatively being high or low potential.
  • a differential amplifier 78 is connected downstream of the amplifier 2 present in FIG. 1 and the AD converter 3, which is capacitively coupled to the voltage dividers by means of capacitors which are not further designated.
  • the circuit contains, via the elements already described, a device comprising two comparators 85 and 95 with two mutually independent, respectively adjustable threshold values.
  • the first comparator 85 compares the current value with the threshold I and gives a signal for short-circuit detection when exceeded with which the main circuit can be switched off.
  • the second comparator 95 compares the current temperature ⁇ turwert the load which is obtained by means of a thermal model 94, with the threshold II and are at exceeded, a signal for overload detection, with which the main circuit can be switched off. Only one of the two comparators can also be provided.
  • the evaluation unit 75 can be a microcontroller and corresponds to the unit 65 from FIG. 6.
  • the described method with associated circuit arrangement is particularly suitable for current measurement for potential and evaluation of the measurement signals which are obtained as an analog value at a potential which is higher than zero potential and whose measurement information is transmitted after an A / D conversion as a digital signal to an evaluation unit which is at ground potential.
  • the generated digital signal provides the clock for a modulation of the supply current and thus also fulfills the function of the carrier for the information content of the measurement signal. Curved characteristic curves are advantageously used for the compression / decompression of the signals. Suitable means for temperature compensation are also available.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Vorbeschrieben ist ein Verfahren mit zugehöriger Schaltungsanordnung, bei denen zur Auswertung eines Messsignals, das auf gegenüber Nullpotential höherem Potential in einer Messeinrichtung, die einen Versorgungsstrom benötigt, als Analogwert anfällt und dessen Messinformation nach einer A/D-Wandlung als Digitalsignal zu einer auf Erdpotential liegenden Auswerteeinheit übertragen wird. Dabei liefert das erzeugte Digitalsignal den Takt für eine Modulation des Versorgungsstromes und erfüllt somit gleichermaßen die Funktion des Trägers für den Informationsgehalt des Messsignals. Gemäß der Erfindung werden gekrümmte Kennlinien zur Kompression/Dekompression der Signale verwendet. Gleichermaßen sind geeignete Mittel zur Temperaturkompensation vorhanden.

Description

Beschreibung
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Strommessung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Strommessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Schaltungsanordnung.
Eine bekannte Methode zur Strommessung besteht darin, den Spannungsabfall über einen Shunt- iderstand zu messen. Zur Messung werden in modernen Mess- und Schaltgeräten häufig Di- gital-Analog-Wandler (ADC s) verwendet, die das analoge Mess¬ signal in einen digitalen Messwert wandeln. Dabei können fol- gende Probleme auftreten: a) Das Messsignal weist einen hohen Dynamikbereich auf, da kleine Ströme (< 10 % Nennstrom) noch mit akzeptabler Auflösung gemessen werden müssen und große Ströme (> = lOfacher Nennstrom) auch noch erfasst werden müssen. b) Die Genauigkeit darf durch den Einfluss der Umgebungstemperatur nicht unzulässig beeinträchtigt werden. c) Die elektronischen Komponenten (ADC, Prozessor, etc.) müssen mit Strom versorgt werden. Häufig sind dabei zwei (galvanisch) getrennte Stromversorgungen nötig, da Kompo- nenten sowohl auf niedrigem Potential (N-Potential oder künstlicher Sternpunkt) als auch auf hohem Außenleiter- Potential vorhanden sind. d) Außer dem Außenleiterstrom muss häufig auch noch die Au- ßenleiterspannung gegen N-Potential gemessen werden. e) Bei Überlast oder Kurzschluss muss der Hauptstromkreis abgeschaltet werden.
Aus der älteren, nicht-vorveröffentlic ten DE 101 05 982 AI der Anmelderin ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein Messsignal auf gegenüber Nullpotential höherem Potential liegt und eine Messeinrichtung vorhanden ist, die einen Versorgungsstrom benötigt, wobei das Messsig- nal als Analogwert anfällt und dessen Messinformation nach einer A/D-Wandlung als Digitalsignal zu einer auf Erdpotential liegenden Auswerteeinheit übertragen wird und wobei nach der A/D-Wandlung des Messsignals das erzeugte Digitalsignal den Takt für eine Modulation des Versorgungsstromes liefert, der somit gleichermaßen die Funktion des Trägers für den Informationsgehalt des Messsignals erfüllt. Zur Beherrschung vorgenannter Problempunkte werden dabei folgende Maßnahmen ausgeführt : a) Hohe Dynamik: Es werden Analog-Digitalwandler mit linearer Kennlinie und entsprechend hoher Auflösung (Bitzahl) verwendet . b) Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Genauigkeit: Es werden für den Shunt (teuere) Speziallegierungen gewählt, die einen kleinen Temperaturkoeffizienten aufweisen. c) Die Spannung wird entweder über Spannungswandler, d.h. transformatorisch, oder über Spannungsteiler direkt einem ADC auf niedrigem Potential zugeführt.
Von letzterem Sachverhalt ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art technische Verbesserungen vorzuschlagen und hierzu eine geeignete Schaltungsanordnung zu schaffen.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Maßnahmen der Verfahrensansprüche gelöst. Zugehörige Schaltungsanordnungen sind in den Sachansprüchen angegeben.
Die Erfindung ist im Wesentlichen durch folgende Maßnahmen bzw. Merkmale gekennzeichnet: a) Dynamik: Der ADC wird nicht mit einer linearen, sondern mit einer gekrümmten Kennlinie realisiert. Dadurch wird das Messsignal komprimiert und für die gleiche Dynamik reicht eine geringere Bitzahl aus. Dieses Verfahren, wel- ches unter dem Begriff Kompression bekannt ist, soll so vorteilhaft auf die Strommessung angewandt werden. Mögliche Kennlinien sind logarithmische Kennlinien (mit beson- derer Nullpunktsbehandlung) , die den Vorteil einer kon¬ stanten, relativen Genauigkeit, d.h. Fehler bezogen auf Messwert, haben, oder eine Wurzelfunktion, die den Vorteil einer einfachen Expansion durch Quadrieren, z.B. in einem MikroController, bietet. b) Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Genauigkeit: Für den Shunt wird keine spezielle Widerstandslegierung gewählt, sondern ein Stück ohnehin vorhandener Schiene aus Leitermaterial verwendet. Zur lokalen Widerstandserhöhung (für den Shunt) wird der Querschnitt durch Verengungen vermindert. Der hohe Temperaturkoeffizient von Kupfer wird kompensiert, indem der ADC über eine Referenzspannung verfügt, die einen möglichst gleich großen und gleichlaufenden Temperaturkoeffizienten aufweist. Die Messeinheit, die ohnehin auf hohem Potential liegt, kann in gutem thermischen Kontakt mit der verwendeten Kupferschiene montiert werden, so dass beide auf gleichem Temperaturniveau liegen. c) Spannungsversorgung: Gegenstand der bereits erwähnten DE 101 05 982 AI mit der Bezeichnung 'Verfahren zur Auswertung eines Messwertes und zugehörige Schaltungsanord- nungλ ist unter anderem ein Verfahren zur Strommessung auf Potential, bei dem der Versorgungsstrom der auf Potential liegenden Komponenten direkt aus dem Netz zu beziehen und den Messwert durch Modulation des Versorgungsstromes auf niedriges Potential zu übertragen. Diese Grundidee kann nunmehr vorteilhaft dahingehend erweitert werden, dass neben dem Versorgungsstrom der Komponenten auf hohem Potential auch der Versorgungsstrom der auf niedrigem Potential liegenden Komponenten aus dem Netz direkt bezogen wird. Um die Verlustleitung nicht unnötig hoch werden zu lassen, können die Spannungsteiler auch teils mit ohmschen Widerständen, teils mit Kondensatoren realisiert werden. d) Außenleiterspannungsmessung: Die Außenleiterspannung wird mit Hilfe eines ohnehin vorhandenen Spannungsteilers gemessen. Dazu wird entweder der Spannungsabfall am oberen Widerstand RLx einem zusätzlichen Kanal der Messeinrich- tung auf Potential zugeführt oder der Spannungsabfall am unteren Widerstand Rx auf einem ADC der Auswerteeinrich¬ tung auf niedrigem Potential. Hierzu wird im Einzelnen auf die weiter unten beschriebene Figur β verwiesen.
Gegenüber dem Stand der Technik werden mit der Erfindung insbesondere folgende Vorteile erzielt: a) Hohe Dynamik: Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass preisgünstigere ADCs verwendet werden können, die nicht über den gesamten Messbereich eine hohe Auflösung bereitstellen müssen. b) Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Genauigkeit: Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass keine teure Speziallegierung verwendet werden muss, sondern ein Stück ohnehin vorhandene Schiene aus Leitermaterial benutzt wird. Außerdem entfällt die Befestigung (Schrauben, Nieten) der Widerstandselementes am Kupfer. Trotzdem wird durch die Temperaturkompensation eine hohe Messgenauigkeit erreicht. c) Spannungsversorgung: Das vorgeschlagene Verfahren hat den Vorteil, dass Kosten, Gewicht und Platzbedarf verringert wird, d) Der Spannungsabfall an den Widerständen fällt bei der beschriebenen Strommesseinrichtung ohnehin an und kann somit mit einfachen Mitteln und kostengünstig für die zusätzliche Spannungsmessung benutzt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispie- len anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen. Es zeigen
Figur 1 die Anordnung einer Messeinrichtung mit einem auf hohen Potential liegendem Shunt und des Shuntwiderstan- des,
Figur 2 ein logarithmisch komprimierter Code zur Verwendung bei der Messeinrichtung gemäß Figur 1, Figur 3 einen logarithmisch expandierter Messwert zur Verwen¬ dung bei der Messeinrichtung gemäß Figur 1, Figur 4 einen entsprechend einer Quadratwurzelkurve kompri¬ mierten Code als Alternative zur Figur 2, Figur 5 einen entsprechend einer Quadratfunktion expandierten Messwert als Alternative zu Figur 3 Figur 6 eine Anordnung für die Strom- und Spannungsmessung in einem Dreiphasensystem und Figur 7 eine alternative Anordnung mit Mitteln zur Kurz- schluss- und/oder Überlastabschaltung.
Nachfolgend wird im Wesentlichen von der älteren DE 101 05 982 AI ausgegangen, deren Offenbarungsgehalt Teil des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes ist. Unabhängig davon ist der Anmeldungsgegenstand aber in verallgemeinerter Form auf eine Strom- und Spannungsmessung anwendbar.
In der Figur 1 ist eine vorteilhafte Anordnung von Shuntwi- derstand und Messeinrichtung gezeigt. Entsprechend der Figur 1 der DE 101 05 982 AI ist ein Shunt 1 in einer auf hohen Potential liegenden Phase Ll vorhanden, von dem die Messspannung Udiff 1 über einen Verstärker 2 auf einen Analog-Digital- Wandler 3 als Teil einer Messeinrichtung 5 gegeben wird. Die Spannungsdifferenz Uiff / die als Maß für den Strom durch den Shunt 1 gilt, wird vom Analog/Digital-Wandler (ADC) 3 in einen binären Messwert gewandelt und als Binärsignal auf Erdpotential übertragen. Dem ADC 3 ist eine Einheit 4 zur Signalkompression vorgeschaltet, mit der in kostengünstiger Weise insbesondere einer großen Signaldynamik Rechnung getragen werden kann, wobei das Binärsignal nach seiner Übertragung einer umgekehrten Expansion unterzogen wird. Letzteres kann softwaremäßig in der diesbezüglichen Auswerteeinheit, insbesondere im üblicherweise vorhandenen MikroController, auf Erdpotential erfolgen.
Bei Strommessungen über einen Shunt ist der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Genauigkeit bekannt und nicht zu vernachlässigen: Der Shuntwiderstand ist temperaturabhängig entsprechend der Funktion:
Rs = R0(l + a*T) (1)
Anhand Figur 1 wird weiterhin verdeutlicht, dass mittels thermischer Kopplung von Shunt 1 und Messeinrichtung 5 der Temperaturgang des Shuntwiderstandes durch einen gleichgroßen Temperaturgang einer Referenzspannungsquelle 6 mit dem Widerstand entsprechender Funktion Uref = U0(l + a*T) (2) kompensiert wird.
In den Figuren 2 und 3 sind die Signale für eine logarithmische Kompression/Expansion dargestellt, in den Figuren 4 und 5 für eine Wurzel/Quadrat - Kompression/Expansion. Die diesbezüglichen Kennlinien sind mit 21, 31, 41 und 51 bezeichnet.
In Figur 6 ist eine Messeinrichtung für die Strom- und Spannungsmessung in einem 3-Phasensystem mit Phasen Ll, L2 und L3 dargestellt. Der Auswertekanal für Ll ist komplett ausgeführt, die identischen Kanäle für L2 und L3 nur teilweise. Wesentlich ist hier, dass drei identische Shuntwiderstände 61, 61 , 61 Λ λ in den einzelnen Kanälen vorhanden sind, die jeweils mit einer Messeinheit 60 entsprechend der Messein- richtung 5 gemäß Figur 1 verbunden sind.
Sowohl die Spannungsversorgung auf hohem als auch die Spannungsversorgung auf niedrigem Potential werden über den Spannungsteiler 66, 66 und 67, 67 Λ aus dem Netz gewonnen. Wei- terhin sind Widerstände 69, 69 auf hohem Potential und weitere Schaltelemente, wie Kondensatoren und Sperrdioden, vorhanden, wobei pauschal die Mittel zur Signalgleichrichtung mit 64, 64 λ bezeichnet sind.
Die Schaltglieder, mit denen die gewünschte Signalkompression bzw. die diesbezüglich umgekehrte Signalexpansion entsprechend den beispielhaft in den Figuren 2 bis 5 gezeigten Kennlinien bewirkt wird, ist in Figur 6 in die Messeinheit 60 integriert.
In Figur 6 ist der Neutralleiter N mit den Verbrauchern 70, 70 λ, 70 V verbunden und es ist ein Sternpunkt gebildet. Al¬ ternativ bilden die drei Spannungsteiler einen künstlichen Sternpunkt im Schaltgerät, wenn der Neutral-Leiter nicht angeschlossen wird, was aus Kostengründen dem Normalfall entspricht.
Die Spannungsabfälle an den unteren bzw. oberen Widerständen können alternativ für die Spannungsmessung herangezogen werden. Falls die obere Spannung gemessen wird, werden beide Messwerte, d.h. Strom und Spannung, über den modulierten Ver- sorgungsstrom auf niedriges Potential übertragen.
In Figur 7 ist eine Schaltungsanordnung mit Messeinheit 60 entsprechend Figur 6 aufgebaut. Vom Shunt 71 mit Beschal- tungsele enten 72 werden über eine Regeleinheit 73 und einen Gleichrichter 74 Spannungsteiler angesteuert: Im Einzelnen sind hier Spannungsteiler aus Widerständen 76, 76 λ und 77, 77 λ sowie alternativ 79, 79 λ aufgebaut, wobei die Stromversorgung alternativ auf hohem oder niedrigem Potential erfolgen.
Dem in Figur 7 - entsprechend Figur 1 - vorhandenen Verstärker 2 und dem AD-Wandler 3 ist ein Differentialverstärker 78 nachgeschaltet, der über nicht weiter bezeichnete Kondensatoren kapazitiv an die Spannungsteiler angekoppelt ist.
Zusätzlich sind Mittel zur Kurzschluss- bzw. Überlastabschaltung vorhanden: Für diesen Zweck enthält die Schaltung über die bereits beschriebenen Elemente eine Vorrichtung aus zwei Komparatoren 85 und 95 mit zwei voneinander unabhängigen, je- weils einstellbaren Schwellwerten. Der erste Komparator 85 vergleicht den momentanen Stromwert mit der Schwelle I und gibt bei Überschreitung ein Signal zur Kurzschlusser ennung aus, mit dem der HauptStromkreis abgeschaltet werden kann. Der zweite Komparator 95 vergleicht den momentanen Tempera¬ turwert der Last, der mit Hilfe eines thermischen Modells 94 gewonnen wird, mit der Schwelle II und gibt bei Überschrei- tung ein Signal zur Überlasterkennung aus, mit dem der Hauptstromkreis abgeschaltet werden kann. Es kann auch nur einer der beiden Komparatoren vorgesehen sein.
Von den parallelen Spannungsteilern mit den Widerständen 76, 76 und 77, 77 Λ bzw. 79, 79 wird über einen Differentialverstärker 78 ein Signal auf die Auswerteeinheit 75 auf niedrigem Potential gegeben. Die Auswerteeinheit 75 kann ein Mikro- controller sein und entspricht der Einheit 65 aus Figur 6.
Das beschriebene Verfahren mit zugehöriger Schaltungsanordnung eignet sich besonders zur Strommesung auf Potential und Auswertung der Messsignale, die auf gegenüber Nullpotential höherem Potential als Analogwert anfallen und deren Messinformation nach einer A/D-Wandlung als Digitalsignal zu einer auf Erdpotential liegenden Auswerteeinheit übertragen werden. Dabei liefert das erzeugte Digitalsignal den Takt für eine Modulation des Versorgungsstromes und erfüllt somit gleichermaßen die Funktion des Trägers für den Informationsgehalt des Messsignals. Vorteilhafterweise werden gekrümmte Kennlinien zur Ko pression/Dekompression der Signale verwendet. Gleichermaßen sind geeignete Mittel zur Temperaturkompensation vorhanden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Strommessung auf einem Potential, das auf einem gegenüber Nullpotential höherem Wert liegt, wobei der Stromwert als Analogsignal gemessen wird und dessen Informa¬ tion nach einer A/D-Wandlung als Digitalsignal zu einer auf Erdpotential liegenden Auswerteeinheit übertragen wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Analogsignal vor der A/D-Wandlung und Übertragung einer Kompres- sion und dass das Digitalsignal nach der Übertragung auf Erdpotential einer Expansion unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kompression und die Expansion logarithmisch erfolgen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kompression und die Expansion nach Vorgabe von Wurzelfunktionen erfolgen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine Temperaturkompensation erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Temperaturkompensation eine thermische Kopplung von Messeinrichtung und Shunt vorgenommen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Auswertung eines Messsignals, das auf gegenüber Nullpotential höherem Potential als Analogwert in einer Messeinrichtung, die einen Versorgungsstrom benötigt, vorliegt, mit folgenden Maßnahmen: - der komprimierte Informationsgehalt des Messsignals wird nach der A/D-Wandlung als Digitalsignal zu der auf Erdpotential liegenden Auswerteeinheit übertragen, - nach der A/D-Wandlung des Messsignals liefert das erzeugte Digitalsignal den Takt für eine Modulation des Versorgungsstromes, so dass der modulierte Versorgungsstrom der Messeinrichtung gleichermaßen die Funktion des Trägers für den Informationsgehalt des Messsignals erfüllt.
7. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 6, zwecks Anwendung bei der Strommessung an einem Shunt, bei dem der Spannungsab- fall als Maß für den Strom nach Verstärkung ausgewertet wird, mit einem Shunt (1; 61, 61 λ, 61 ; 71), einem Verstärker (2) für das am Shunt (1; 61, 61 λ, 61 λX; 71) abgegriffene Spannungssignal, einem Analog/Digital-Wandler (3) und einer Auswerteeinheit (5, 65, 7) sowie mit Mitteln zur Stromversorgung der Messkomponenten (2, 3), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass weitere Mittel (4, 6) zur Signalkompression und zur Signalexpansion vorhanden sind.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zusätzlich Mittel zur Temperatur ompensation vorhanden sind.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass vor dem A/D-Wandler (3) eine Einheit zur Signalkompression geschaltet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Mittel zur Signalexpansion in die Auswerteeinheit (5, 65, 75) , vorzugsweise softwaremäßig im vorhandenen Mikrokontroller, integriert sind.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel zur Temperatur- kompensation eine temperaturabhängige Referenzspannungsquelle (6) aufweisen.
12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Mittel
(85, 95) zur Kurzschlussabschaltung und/oder Überlastabschaltung vorhanden sind.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein erster Komparator (85) vorhanden ist, der den Momentanwert des Stromes mit einem ersten Schwellwert vergleicht und bei Überschreiten ein Signal zur Kurzschlussabschaltung erzeugt.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein zweiter Komparator (95) vorhanden ist, der die momentane Temperatur der Last mit einem zweiten Schwellwert vergleicht und bei Überschreiten ein Signal zur Überlastabschaltung ausgibt.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein thermisches Modell (94) der Last vorhanden ist, mit dem die aktuelle Temperatur der Last (80) aus dem gemessenen Strom ermittelt wird.
PCT/DE2003/002660 2002-08-14 2003-08-07 Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung WO2004021021A2 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/524,561 US7242177B2 (en) 2002-08-14 2003-08-07 Method and circuit arrangement for current measurement
EP03790695A EP1529220A2 (de) 2002-08-14 2003-08-07 Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10237920.3 2002-08-14
DE10237920A DE10237920B3 (de) 2002-08-14 2002-08-14 Verfahren und Schaltungsanordnung zur Strommessung

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2004021021A2 true WO2004021021A2 (de) 2004-03-11
WO2004021021A3 WO2004021021A3 (de) 2004-04-22

Family

ID=30469791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/DE2003/002660 WO2004021021A2 (de) 2002-08-14 2003-08-07 Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7242177B2 (de)
EP (1) EP1529220A2 (de)
DE (1) DE10237920B3 (de)
WO (1) WO2004021021A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11754600B1 (en) * 2022-02-25 2023-09-12 Bruker Biospin Gmbh Method for determining an electric current with a shunt arrangement, with compensation of heating in the shunt arrangement generated by the current

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004062655B4 (de) * 2004-12-24 2014-12-31 Leopold Kostal Gmbh & Co. Kg Verfahren zum Korrigieren einer durch eine elektrische Spannungsmessung indirekt durchgeführten elektrischen Strommessung
DE102005019922A1 (de) * 2005-04-27 2006-11-02 Conti Temic Microelectronic Gmbh Multilayerleiterplatte mit integriertem Widerstand
WO2008062748A1 (fr) * 2006-11-20 2008-05-29 Panasonic Corporation Dispositif de traitement de signal et procédé de traitement de signal
US20140015533A1 (en) * 2011-03-29 2014-01-16 Continental Teves Ag & Co. Ohg Current sensor
US8598885B2 (en) * 2011-10-18 2013-12-03 Hartman Van Wyk Instrumentation circuit for shunt-based metrology measurement
DE102012211022A1 (de) 2012-06-27 2014-01-02 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Stromregelung für einen Umrichter
WO2014147436A1 (en) * 2013-03-21 2014-09-25 Freescale Semiconductor, Inc. Apparatus and method for monitoring electrical current
DE102013213508A1 (de) 2013-07-10 2015-01-15 Dr. Johannes Heidenhain Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Strommessung an einem Umrichter
CN103869151B (zh) * 2014-03-24 2017-06-13 国家电网公司 一种基于红外原理的采样电阻实时纠偏补偿方法
DE102014216786B3 (de) * 2014-08-14 2015-10-22 Continental Automotive Gmbh Integrierte Diagnoseschaltung und Schaltungsanordnung mit der Diagnoseschaltung und einem Schaltelement
JP6732679B2 (ja) * 2017-02-27 2020-07-29 三菱重工業株式会社 電流検出回路
KR20200085071A (ko) 2019-01-04 2020-07-14 주식회사 엘지화학 배터리 전류 측정 장치 및 방법
CN112951670B (zh) * 2019-12-10 2024-05-17 华为数字能源技术有限公司 一种具有电流检测功能的断路器及通信电源
US11428719B2 (en) 2020-01-10 2022-08-30 Analog Devices International Unlimited Company Electrical signal measurement using subdivision
US11774469B2 (en) 2021-05-06 2023-10-03 Jetperch Llc Auto ranging ammeter with accurate measurement during range changes

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3289078A (en) * 1961-06-28 1966-11-29 Gulton Ind Inc Spectrum analyzer with signal compression means in a telemetry system
US3522515A (en) * 1965-10-20 1970-08-04 S & C Electric Co Control and measuring system for high voltage electric power transmission systems
FR2541777A1 (fr) * 1983-02-25 1984-08-31 Accumulateurs Fixes Dispositif pour l'obtention de signaux images de grandeurs electriques a travers un isolement haute tension
US4760343A (en) * 1986-03-17 1988-07-26 Hydro-Quebec Apparatus for detecting defective insulators in an insulating column supporting an electrical conductor in a power circuit line
DE19910755A1 (de) * 1998-03-13 1999-10-28 Int Rectifier Corp Lineare Strommeßschaltung für Motorsteuerung
US6028426A (en) * 1997-08-19 2000-02-22 Statpower Technologies Partnership Temperature compensated current measurement device

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3280078A (en) * 1963-09-26 1966-10-18 Union Carbide Corp Polyethylenically unsaturated polycarbonate polymers
US3697703A (en) * 1969-08-15 1972-10-10 Melville Clark Associates Signal processing utilizing basic functions
DE2011056B2 (de) * 1970-03-09 1971-12-16 Krone Gmbh, 1000 Berlin Pulscodedemodulator mit dehnercharakteristik aufweisender knickkennlinie
SU1117537A1 (ru) * 1980-10-20 1984-10-07 Московский Ордена Ленина Энергетический Институт Дискретный измерительный преобразователь тока
US4757420A (en) * 1987-02-19 1988-07-12 Westinghouse Electric Corp. Electromagnetic contactor with wide range overload current relay board utilizing left shifting and method
US5734725A (en) * 1987-03-23 1998-03-31 Pritchard; Eric K. Tube emulator amplifier system
JP2724152B2 (ja) * 1988-03-31 1998-03-09 株式会社東芝 シグナルレベル出力回路
US5181026A (en) * 1990-01-12 1993-01-19 Granville Group, Inc., The Power transmission line monitoring system
SE466572B (sv) * 1990-04-23 1992-03-02 Volvo Ab Maetfoerfarande vid fordon, saerskilt foer bestaemning av rotationshastigheten hos en vevaxel i en foerbraenningsmotor
DE19649304A1 (de) * 1996-11-28 1998-06-04 Alsthom Cge Alcatel Schaltanordnung zur potentialgetrennten Spannungs- und/oder Strommessung
JPH10170615A (ja) * 1996-12-10 1998-06-26 Sanko Denki:Kk 車載バッテリ−チェッカ−
JPH10221382A (ja) * 1997-01-24 1998-08-21 Eaton Corp 交流電流の測定装置及びその方法
SE524561C2 (sv) * 2000-04-25 2004-08-24 Intra Internat Ab Strömmätningskrets med två mätområden
DE10105982A1 (de) * 2001-02-09 2002-10-02 Siemens Ag Verfahren zur Auswertung eines Messwertes und zugehörige Schaltungsanordnung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3289078A (en) * 1961-06-28 1966-11-29 Gulton Ind Inc Spectrum analyzer with signal compression means in a telemetry system
US3522515A (en) * 1965-10-20 1970-08-04 S & C Electric Co Control and measuring system for high voltage electric power transmission systems
FR2541777A1 (fr) * 1983-02-25 1984-08-31 Accumulateurs Fixes Dispositif pour l'obtention de signaux images de grandeurs electriques a travers un isolement haute tension
US4760343A (en) * 1986-03-17 1988-07-26 Hydro-Quebec Apparatus for detecting defective insulators in an insulating column supporting an electrical conductor in a power circuit line
US6028426A (en) * 1997-08-19 2000-02-22 Statpower Technologies Partnership Temperature compensated current measurement device
DE19910755A1 (de) * 1998-03-13 1999-10-28 Int Rectifier Corp Lineare Strommeßschaltung für Motorsteuerung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 013, no. 587 (P-983), 25. Dezember 1989 (1989-12-25) -& JP 01 250766 A (TOSHIBA CORP), 5. Oktober 1989 (1989-10-05) *
SOVIET INVENTIONS ILLUSTRATED Week 8517 Derwent Publications Ltd., London, GB; AN 1985-104015 XP002271338 -& SU 1 117 537 A (MOSC POWER INSTITUTE), 7. Oktober 1984 (1984-10-07) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11754600B1 (en) * 2022-02-25 2023-09-12 Bruker Biospin Gmbh Method for determining an electric current with a shunt arrangement, with compensation of heating in the shunt arrangement generated by the current

Also Published As

Publication number Publication date
WO2004021021A3 (de) 2004-04-22
DE10237920B3 (de) 2004-02-19
US7242177B2 (en) 2007-07-10
EP1529220A2 (de) 2005-05-11
US20060164069A1 (en) 2006-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2004021021A2 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur strommessung
DE102004010707A1 (de) Energiezähleranordnung und Verfahren zum Kalibrieren
DE10361664B4 (de) Energiezähleranordnung
DE2907591A1 (de) Messeinrichtung fuer elektrische feldstaerke
DE102014103374A1 (de) System und verfahren zum kalibrieren eines netzteils
DE10104064C1 (de) Kompensationsschaltung für die Phasenverschiebung bei Elektrizitätszählern zum direkten Anschluss
DE102018201310B4 (de) Stromsensor und Schutzschalter
EP2960664B1 (de) System zur Erfassung von Leistungen und Energiemengen in Leitern
EP3128674B1 (de) Sukzessiv-approximations-verfahren mit nichtlinearer charakteristik
EP0811168B1 (de) Spannungswandler mit erhöhter spannungsfestigkeit
EP4200965A1 (de) Verfahren zum betreiben eines schaltnetzteils und spannungsversorgungsvor-richtung
EP1665489B1 (de) Verfahren und schaltungsanordnung zur erdschlusserfassung an elektronischen ausl sern f r niederspannungs-leistungsschal ter mit vorgeschalteten messverst rkern
DE10313808B3 (de) Verfahren zur Phasenwinkelkorrektur
DE102021201810A1 (de) Niederspannungsleistungsschalter und Leistungsmessanordnung
WO1998049776A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum digitalisieren eines analogen messsignals mit hoher dynamik
WO1994022198A1 (de) Diodenüberwachung
DE102022208345A1 (de) Genaue und effiziente Korrektur von Sensordaten
DE102021001470A1 (de) Anordnung und Verfahren zur Ermittlung elektrischer Kenngrößen eines Verbrauchers in einem verzweigten Stromnetz
WO2021089077A1 (de) Verfahren zur messung von elektrischen strömen und spannungen sowie energiezähler
WO2002103914A2 (de) Integrierender a/d-wandler
EP4034892A1 (de) ANORDNUNG UND VERFAHREN ZUR ERMITTLUNG ELEKTRISCHER KENNGRÖßEN EINES VERBRAUCHERS IN EINEM VERZWEIGTEN STROMNETZ
DE19905271A1 (de) AD-Wandler mit hochauflösener Kalibrierung
EP4198525A1 (de) Spannungsmessung in elektrischen versorgungsnetzen
DE102004052575C5 (de) Schaltung und Verfahren zur Integration einer Ladung
DE2709382A1 (de) Elektronischer energiezaehler

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003790695

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2006164069

Country of ref document: US

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10524561

Country of ref document: US

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003790695

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 10524561

Country of ref document: US

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Ref document number: 2003790695

Country of ref document: EP