[发明专利]用于绝缘地测量电流的设备和用于绝缘地确定电流的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于绝缘地测量电流的设备，其包括：磁性芯体，该磁性芯体具有至少一个测量区域和穿通部，初级导体延伸穿过该穿通部；补偿绕组，其绕制于芯体的在所述测量区域外部的部分；至少一个激励绕组；以及至少一个测量绕组。此外，本发明涉及一种用于在使用前述用于绝缘地测量电流的设备的条件下绝缘地确定电流的方法。

背景技术

所提及的设备通常用于绝缘地测量很高的直流电流，但是也用于测量交变电流，其中，其电流有待被测量的、输送电流的初级导体在磁性芯体中引起磁通量，其与待测量的电流成比例。磁性芯体具有辅助装置，借助其可以影响或者采集其磁场，由此能够间接地测量电流。该原理提供的优点是，输送电流的初级导体无需与磁性芯体或者其辅助装置电连接。这种绝缘式电流测量的装置和方法以不同的方式通过现有技术公开。

很常见的是使用霍尔探头来采集磁性芯体的磁场。在该原理中，将输送电流的初级导体引导穿过被补偿线圈绕制的磁性芯体，该磁性芯体具有缝隙，在该缝隙中布置有霍尔探头。输送电流的初级导体在磁性芯体中引起磁性初级通量，而补偿绕组引起与通过霍尔探头测量到的磁通量相关的、反作用于初级通量的补偿通量。该测量布置所固有的气隙使得难以无干扰通量地引导磁通量，限制了测量精度并且取决于布置在气隙中的霍尔探头的尺寸。就此而言的基本的现有技术例如是DE-10011047-A1、US-4639665-A或者GB-2237114-A。

从GB-1488262-A中已知用于无接触地测量输送电流的初级导体中的直流电流的装置和方法。该装置包括闭合的磁性芯体，其具有激励绕组、测量绕组、补偿绕组和输送电流的初级导体。激励绕组连接于用于产生交变信号的信号源，测量绕组连接于电路的输入端，而补偿绕组连接于电路的输出端。输送电流的初级导体在磁性芯体中感应出磁通量，激励绕组通过在每半周期中的交变电流使得磁性芯体饱和并且由此在测量绕组中产生脉动信号。电路借助激励电压的脉动信号的脉宽比例控制可以引入到补偿绕组中并且可测量的补偿电流，该补偿电流在磁性芯体中感应出磁通量并且补偿通过输送电流的初级导体产生的磁通量。在通过GB-1488262-A公开的装置中，通过激励绕组将磁性芯体的较大部分饱和，这使得磁性芯体易受剩磁影响，并且消耗较多能量。此外，该装置以0.02秒较慢地反应于输送电流的初级导体的电流变化，并且未构建为不仅测量高的直流电流还测量在大的带宽中的交变电流。

GB-1481263-A示出了用于对输送电流的初级导体进行绝缘的电流测量的测量设备，该输送电流的初级导体在磁性芯体中感应出磁通量。测量设备包括开放的磁性芯体，该磁性芯体具有多个不同宽度的路径，以用于为通过输送电流的初级导体感应出的磁通量提供多个路径。这些路径之一为了避免磁性芯体的磁饱和而具有缝隙，其可以临时变大以便将输送电流的初级导体引入磁性芯体。一对激励绕组绕制于磁性芯体的窄的路径，并且构建于在该路径中感应出在相反方向上交变的磁通量和磁性饱和该路径。测量设备还具有用于将正的和负的感应尖峰进行比较的装置，由此确定流过输送电流的初级导体的电流的强度。对于以根据GB-1481263-A的测量设备进行的电流测量，总是需要具有相应的切换元件的两个激励绕组。不利的是，通过激励绕组将磁性芯体的较大区域饱和，由此，测量设备消耗较多能量。此外未设置补偿绕组，由此无法测量高电流，或者仅能以相应大尺寸的测量设备测量其。此外，芯体的磁性饱和使得该芯体由于不存在补偿绕组而易受剩磁效应影响，其应该通过气隙来抵抗。然而气隙不利地作用于测量精度和可采集的测量区域。