Способ и устройство для измерения электрических токов с помощью преобразователя тока

Способ и устройство для измерения электрических токов с помощью преобразователя тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу и устройству для измерения электрических токов с помощью преобразователя тока. В частности, изобретение относится к способу и устройству для измерения электрических дифференциальных токов, которые, наряду с составляющей переменного тока, также содержат составляющую постоянного тока и, следовательно, являются смешанными токами.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Измерение дифференциальных токов и/или токов неисправности является важным требованием в области техники безопасности промышленного оборудования и электрических устройств, в частности, для защиты людей от поражения электрическим током, а также для защиты машин, промышленного оборудования и электрических устройств от сбоев и повреждений в результате нежелательных или вызванных неисправностями протеканий тока. Примером возможного возникновения таких нежелательных протеканий тока являются так называемые замыкания на землю. При замыкании на землю электрический проводник имеет непреднамеренное электропроводное соединение с потенциалом земли, то есть между проводником и потенциалом земли существует низкое электрическое сопротивление. Через это сопротивление протекает электрический ток, ток неисправности или дифференциальный ток. Это представляет помеху и серьезную угрозу при превышении предельных значений во время работы электрического устройства.

Для предотвращения такой угрозы определяется присутствие и величина дифференциальных токов или токов неисправности внутри устройства. В случае тока неисправности проводится различие между гладким постоянным током неисправности и пульсирующим постоянным током неисправности, а также переменным током неисправности. Для регистрации переменного тока неисправности находят применение индуктивные преобразователи тока или суммирующие преобразователи. Индуктивный преобразователь тока или суммирующий преобразователь обычно имеет ферромагнитный сердечник преобразователя, на котором в качестве вторичной обмотки расположена катушка преобразователя, например медный провод с покрытием. Для регистрации, например, дифференциального тока подводящий провод и обратный провод соответствующих цепей тока электрического устройства в пучке и совместно параллельно проводятся через преобразователь тока. Электрический подводящий провод и обратный провод образуют вместе первичную обмотку преобразователя тока, причем первичная обмотка не обязательно должна многократно или однократно обвивать ферромагнитный сердечник преобразователя, но обычно может состоять только из проводников, непосредственно продетых через середину сердечника преобразователя. При этом в случае просто продетых проводников, точнее сказать, речь идет точно об одном витке, который в общем случае замыкается на большом удалении от сердечника преобразователя.

При правильном функционировании электрического устройства, т.е. при достаточно большом электрическом сопротивлении между электрическими проводами и потенциалом земли, суммы токов в продетых через преобразователь тока электрическом подводящем проводе и обратном проводе взаимно уничтожаются, и поэтому преобразователь тока не выдает никакого сигнала. Однако при наличии нежелательного протекания тока внутри электрического устройства измеряется конечный дифференциальный ток.

Индуктивные преобразователи тока как трансформаторы чувствительны только к электрическим переменным токам, причем без дополнительных мер, постоянный ток не обеспечивает подходящий сигнал. Поскольку, однако, в основном, на практике, измерение постоянной составляющей дифференциального тока представляет интерес, например, в связи с повышенной опасностью постоянного тока для людей, были предложены различные устройства с преобразователями тока, которые способны измерять, наряду с переменной составляющей, также постоянную составляющую тока дифференциальных токов.

Из DE 102005028881 B4 известен анализатор тока неисправности для обнаружения токов неисправности и устройство с индуктивными преобразователями суммарного тока для обнаружения переменного тока неисправности и пульсирующего постоянного тока, в котором посредством фильтрации и разделения обнаруженного сигнала дифференциального тока на низкочастотные и высокочастотные частичные сигналы и их анализа можно обнаружить токи неисправности, которые обычно не могут быть обнаружены подобными индуктивными преобразователями суммарного тока. Кроме того, предложена калибровка анализатора тока неисправности посредством ввода целенаправленно регулируемого известного тока неисправности через дополнительную обмотку на преобразователе суммарного тока. Однако при этом не измеряется гладкий постоянный ток.

Из DE 10237342 А1 известен способ и устройство для контроля тока неисправности в сетях переменного тока, при котором с помощью датчиков тока обнаруживаются токи, которые преобразуются в цифровую форму, и затем вычисляется суммарный ток. В зависимости от фазового положения относительно напряжения осуществляется разделение суммарного тока на активную и реактивную составляющие тока, так что возможно частотно-зависимое взвешивание суммарных токов, которые соответствуют переменному току неисправности. Постоянные токи неисправности могут быть обнаружены только при использовании датчиков тока, способных работать при постоянном токе. Для обнаружения относительно малого дифференциального тока, например, 10 А+(-9,99 А)=10 мА, чтобы сделать в принципе возможной практическую реализацию, требуются очень точные и дорогостоящие датчики тока.

Кроме того, для измерения смешанных токов и особенно гладких постоянных токов неисправности с помощью индуктивных преобразователей тока известны способы, которые используют нелинейность между плотностью В магнитного потока и напряженностью поля H в соответствии с кривой гистерезиса или намагничивания B(H) ферромагнитного сердечника преобразователя. Более конкретно, используется тот факт, что сердечник преобразователя при увеличении потока через первичный проводник, то есть увеличении магнитодвижущей силы, достигает насыщения, результатом чего является более плоский характер нарастания кривой намагничивания B(H) для высоких первичных токов и, таким образом, зависимость проницаемости протекающего через первичный проводник тока. При этом путем измерений мгновенное значение существующего дифференциального тока определяет, какая точка берется на кривой намагничивания сердечника преобразователя, причем подъем dB/dH для точки, взятой на кривой намагничивания, определяет дифференциальную индуктивность катушки во вторичной цепи тока преобразователя тока, которая затем измеряется подходящими схемами.

В DE 19943802 или EP 1212821 используется принцип управляемой индуктивности. При этом изменения в индуктивности катушки распознаются на основе расстройки резонансного контура. В DE 19943802 используется принцип схемы трансдуктора (магнитного регулятора), причем дифференциальный ток действует как управляющий ток трансдуктора. При возникновении постоянного тока неисправности намагниченность железного сердечника смещается, за счет чего изменяется индуктивность катушки. При этом изменения в индуктивности катушки распознаются на основании расстройки резонансного контура. Другие примеры применения принципа управляемой индуктивности описаны в DE 3642393 А1 и DE 3543985 A1.

Кроме того, известно применение катушки в качестве определяющего частоту компонента цепи обратной связи в мультивибраторе. Он прикладывает к катушке прямоугольное переменное напряжение таким образом, что ферромагнитный сердечник преобразователя всегда колеблется между двумя магнитными потоками насыщения туда и обратно. При этом через катушку протекает ток намагничивания. При соответствующей форме кривой намагничивания материала сердечника преобразователя в таком устройстве может быть достигнуто то, что область магнитного потока, проходящая через сердечник преобразователя, почти не зависит от мгновенного значения дифференциального тока. Отсюда следует, что каждая магнитодвижущая сила, генерируемая дифференциальным током через сердечник преобразователя, компенсируется противодействующей магнитодвижущей силой, создаваемой катушкой. На ток намагничивания мультивибратора накладывается, таким образом, на противодействующий ток, пропорциональный дифференциальному току, который затем измеряется подходящими схемами.

В DE 19826410 A1 представлена принципиальная схема датчика дифференциального тока, чувствительного к постоянному и переменному току, при этом мультивибратор реализован с двумя катушками.

В EP 1267467 A2 описан модулирующий колебательный контур, который представляет собой мультивибратор с катушкой. Здесь за счет сопротивления в цепи тока намагничивания достигается то, что противодействующий ток оказывает влияние на отношение ширины импульса генерируемого прямоугольного переменного напряжения. При этом в EP 1267467 A2 раскрыто, что в описанных способах за счет высокочастотных составляющих дифференциального тока может произойти нарушение теоремы отсчетов Шеннона. Согласно этому решению предлагается компенсировать магнитодвижущую силу, генерируемую высокочастотными составляющими дифференциального тока в сердечнике преобразователя, например мультивибратора, противоположно направленной магнитодвижущей силой. При этом противоположно направленная магнитодвижущая сила генерируется дополнительно используемой катушкой, которая соединена с другим, индуктивно работающим преобразователем тока через фильтр верхних частот. Посредством этой меры можно избежать эффектов наложения спектров в мультивибраторе между высокочастотными составляющими дифференциального тока и частотой мультивибратора.

Из DE 3534985 A1 и DE 3543948 В1 известен защитный переключатель тока неисправности для обнаружения постоянного и переменного тока, состоящий из двух преобразователей суммарного тока. При этом один преобразователь суммарного тока преобразует импульсные и переменные токи, а второй преобразователь суммарного тока обнаруживает постоянный ток.

Из DE 29705030 известен защитный переключатель тока неисправности для обнаружения постоянного и переменного тока с преобразователем суммарного тока. При этом преобразователь суммарного тока выполнен с двумя отдельными схемами оценки для импульсного или переменного тока и постоянного тока, причем они приводятся в действие посредством датчиков тактовых импульсов или фильтров. Преобразователь тока для этого приводится в действие либо попеременно через временные такты со схемами оценки, либо соединяется одновременно через фильтры с обеими схемами оценки.

Недостатком известных решений с индуктивными преобразователями тока является то, что обнаружение постоянного тока неисправности осуществляется косвенным образом, через оценку составляющей переменного тока, при этом определяются изменения индуктивности. Это приводит к усложнению оценки и схемных соединений. Кроме того, должны удовлетворяться повышенные требования в отношении обмотки катушки и материала сердечника. Кроме того, затраты на монтаж для описанных преобразователей тока для обнаружения смешанных токов часто выше, чем для обнаружения переменных токов. В некоторых формах выполнения часть измерительной электроники размещается в корпусе преобразователя, что требует электропитания. Другие формы выполнения работают с двумя катушками на сердечнике преобразователя и требует четырехпроводного вывода.

В целом, все это ограничивает возможность переоснащения уже существующих или уже встроенных в электрическое оборудование преобразователей тока, предназначенных для обнаружения переменного тока, на обнаружение смешанного потока.

Кроме того, измерение смешанных токов в диапазоне ампер может быть реализовано, в качестве альтернативы, также с помощью элементов Холла, причем в таких преобразователях тока Холла элемент Холла расположен в воздушном зазоре ферромагнитного железного сердечника. Поток в первичном проводнике, охватываемом сердечником, приводит к магнитному потоку через элемент Холла и оцениваемым напряжениям Холла. Часто преобразователи тока Холла работают в соответствии с принципом компенсации. Для этого на сердечник преобразователя устанавливается катушка. Она управляется связанной с элементом Холла схемой регулирования таким образом, что магнитный поток через элемент Холла всегда равен нулю. Любая генерируемая охватываемым первичным проводником магнитодвижущая сила компенсируется противодействующей магнитодвижущей силой. Необходимый для этого противодействующий ток через катушку пропорционален току первичного проводника и является выходным сигналом такого преобразователя.

Для измерения дифференциальных токов, которые могут быть в диапазоне 10 мА, преобразователи тока Холла, однако, не подходят.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

В основе изобретения лежит задача создать подходящий для смешанных токов способ измерения и соответствующее измерительное устройство, которое работает с теми же преобразователями тока, которые обычно используются для измерения переменных токов неисправности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с изобретением предоставлены способ и соответствующее ему устройство для измерения токов в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

Лежащая в основе изобретения, предпочтительным образом реализованная идея может усматриваться в том, чтобы принцип компенсации, применяемый в преобразователях тока Холла, перенести на индуктивные преобразователи тока. Поэтому автоматически магнитный поток, то есть магнитный поток, который связан с катушкой в сердечнике преобразователя, независимо от возникающего дифференциального тока, поддерживается постоянным и измеряется эквивалентный этому противодействующий ток через катушку. Это позволяет определять составляющую постоянного и переменного тока дифференциального тока на основе вторичного постоянного тока.

В способе согласно изобретению во вторичной цепи тока преобразователя тока омическое сопротивление катушки компенсируется с помощью управляемого активного двухполюсника, образующего отрицательное омическое сопротивление, так что составляющая постоянного тока вторичного тока, индуцированного первичным током во вторичной обмотке, поддерживается. Кроме того, для создания определенного магнитного потока в сердечнике трансформатора через катушку вводится преопределенная последовательность импульсов, причем сердечник преобразователя намагничивается до потока насыщения путем приложения первого импульса напряжения или тока в катушке преобразователя. Затем, посредством приложения следующего импульса напряжения обратной полярности и с определенной площадью напряжение-время магнитный поток снова уменьшается.

Также создано устройство для измерения электрических токов, которое выполнено с возможностью связывания с вторичными выводами катушки преобразователя тока и, в соединении с преобразователем тока, выполнено с возможностью осуществления способа, соответствующего изобретению.

Кроме того, предоставлена система для измерения электрических токов, имеющая преобразователь тока и устройство в соответствии с изобретением.

Образно говоря, согласно принципу изобретения посредством электронной схемы образуется активный двухполюсник, который в отношении напряжения и тока демонстрирует поведение отрицательного омического сопротивления, причем этот двухполюсник соединен с катушкой и рассчитан таким образом и управляется с помощью измеренного сигнала так, что величина его отрицательного сопротивления соответствует омическому сопротивлению Rcu катушки. Тем самым омическое полное сопротивление Rg цепи вторичного тока из последовательного соединения катушки и двухполюсника становится равным нулю. Посредством этой компенсации сопротивления катушка действует на сердечнике почти как идеальный проводник и противодействует любому временному изменению сцепленного с ней магнитного потока.

Эффект изобретения может быть обсужден на основе формулы, которая представляет временной ход постоянного тока в цепи тока из индуктивности и омического сопротивления. Для цепи вторичного тока формула имеет следующий вид:

при и (1)

При этом Is₀ обозначает начальное значение вторичного постоянного тока, Ls – индуктивность катушки, Rcu - омическое сопротивление вторичной катушки, Rz - отрицательное сопротивление двухполюсника и T - постоянная времени цепи тока. За счет соответствующей изобретению компенсации сопротивления омическое полное сопротивление Rg вторичной цепи тока приближается к нулю и, следовательно, постоянная времени Т - к бесконечности, так что экспоненциальная функция при конечном большом времени Т сохраняет значение 1. Так как индуктивность является частью трансформатора и поэтому существует индуктивная связь с первичными проводниками, охватываемыми сердечником преобразователя, начальное значение вторичного постоянного тока Is₀ представляет собой преобразованный дифференциальный ток. Если, таким образом, сначала Is=0, а затем начинает протекать дифференциальный постоянный ток, то возникает вторичный постоянный ток, который не уменьшается из-за бесконечной постоянной времени.

Посредством описанной соответствующей изобретению компенсации сопротивления предпочтительным образом может быть надежно гарантировано, что из измеренного тока вторичной обмотки преобразователя тока может быть определена корректная величина фактического, соответствующего смешанному току первичных проводников, вторичного постоянного тока или противодействующего тока.

Это, в частности, достигается посредством соответствующей изобретению последовательности импульсов напряжения, которая вводится через катушку во время периодических пауз измерения. Посредством последовательности импульсов создается определенный магнитный поток в сердечнике преобразователя, при этом сначала к катушке прикладывается постоянное напряжение в форме импульса напряжения до тех пор, пока сердечник преобразователя не достигнет надежным образом своего магнитного потока насыщения или потока насыщения, посредством чего затем в распоряжение представляется опорная точка, так как в насыщении кривая намагничивания материала сердечника проходит очень плоско (низкое dB/dH), и поток насыщения, таким образом, практически не зависит от дифференциального и вторичного тока. В соответствии с изобретением затем, исходя из этой опорной точки, включая незначительную временную задержку, с приложением импульса напряжения обратной полярности и определенной площади напряжение-время создается определенный магнитный поток, в результате чего обеспечивается остаточный магнитный поток. Поэтому соответствующий изобретению способ становится независимым от начального момента времени и, тем самым, применимым на практике, так как компенсация сопротивления должна активироваться в некоторый момент времени, в который дифференциальный ток уже может протекать, например, в момент времени запуска устройства, соответствующего изобретению. Начиная с этого момента времени, при одном только применении компенсации сопротивления магнитный поток в сердечнике преобразователя хотя и оставался бы постоянным, но был бы неизвестным. Точнее говоря, вторичный ток в дальнейшем его ходе изменения не обязательно точно соответствовал бы интересующему противодействующему току, который генерирует противодействующую магнитодвижущую силу по отношению к дифференциальному току. Напротив, вторичный ток является суммой из противодействующего тока и постоянного тока намагничивания, который поддерживает существующий магнитный поток по отношению к магнитному сопротивлению сердечника. В соответствии с изобретением этот постоянный ток намагничивания ассоциирован с остаточным магнитным потоком, то есть определенно созданным магнитным потоком, и обозначается далее как остаточный ток.

При этом изобретение пригодно для измерения смешанных токов с высокой силой тока, а также в диапазоне, например, менее 10 мА. Специалисту в данной области техники будет понятно, что изобретение предпочтительно применимо к большому количеству различных преобразователей. В частности, изобретение применимо к стандартным преобразователям для измерения дифференциального тока, которые обычно имеют сердечник из обладающего высокой проницаемостью магнитомягкого материала и вторичную катушку с числом витков от 500 до 1000 с двухпроводным выводом. Они предлагаются многими производителями в различных формах, так что в распоряжение предоставлен большой ассортимент. В электрооборудовании часто уже имеются устройства для контроля переменных токов неисправности, которые могли бы быть расширены при сохранении стандартных преобразователей при небольших затратах для контроля и регистрации смешанных токов. Таким образом, изобретение приводит к снижению затрат и в конечном итоге обеспечивает возможность широкого использования контроля сетей с технически обусловленной возрастающей долей смешанных токов.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения будут очевидны из описания и прилагаемых зависимых пунктов формулы изобретения.

В соответствии с вариантом осуществления изобретения площадь напряжение-время следующего импульса напряжения выбирается так, чтобы и после этого импульса напряжения определенный третий импульс напряжения прикладывался с полярностью, противоположной упомянутому следующему импульсу напряжения, так что в преобразователе достигается рабочая точка, при которой при токе намагничивания, малом по отношению к току насыщения, дифференциальная индуктивность преобразователя максимально велика.

Таким образом, реализуется последовательность размагничивания, с помощью которой на основе трех специальных импульсов напряжения достигается оптимальная установка остаточного тока и остаточного магнитного потока. В результате, чувствительность измерений может быть увеличена.

Согласно варианту осуществления изобретения ток намагничивания, который соответствует созданному определенному магнитному потоку в катушке, определяется таким образом, что последовательность импульсов прикладывается с заданной частотой попеременно, с соответственно обратным знаком, для обеих полярностей насыщения. Затем определяется амплитуда возникающего прямоугольного переменного тока намагничивания.

Таким образом, способ многократно применяется выгодным образом, и точность измерения может быть увеличена. Этому также благоприятствует то, что на основе применяемой частоты получаются определенные длины интервалов. Кроме того, получаются данные с использованием как положительной, так и отрицательной полярности, что дополнительно повышает общую достижимую точность.

Периодические циклы измерения предпочтительно выполнены с временем цикла, которое имеет в каждом периоде временной интервал с временем размагничивания и временной интервал с временем измерения.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения определяется измеренный сигнал, который берется по выбору из характеристики электрического тока, протекающего во вторичной цепи преобразователя, или из падения напряжения во вторичной цепи преобразователя.

Тем самым может предпочтительно предоставляться дальнейшая сигнальная информация, которая, например, анализируется на ее временной ход, что улучшает результат измерения.

Измеренный сигнал может, например, определяться или генерироваться посредством фильтра.

Согласно развитию этой предпочтительной формы выполнения определяется амплитуда возникающего прямоугольного переменного тока намагничивания, и генерируется сигнал коррекции, который соответствует ходу и амплитуде прямоугольного переменного тока намагничивания, и измеренный сигнал может соответственно корректироваться путем вычитания определенного сигнала коррекции.

Тем самым благоприятным образом может достигаться то, что способ выполняется в значительной степени независимо от разброса параметров компонентов, температурной зависимости сердечников преобразователя и т.д. Так как именно во время измерения тока остаточный ток определяется в явном виде, систематическая ошибка уменьшается. В результате этой компенсации остаточного тока в наличии остается чистый противодействующий ток, который затем может использоваться для формирования эффективного значения или может подаваться на другую обработку.

В этом дальнейшем развитии будет использоваться тот факт, что если соответствующая изобретению последовательность размагничивания реализуется поочередно и циклически с положительным и отрицательным насыщением, на основе симметрии кривой намагничивания после обеих последовательностей размагничивания остается тот же остаточный ток, но с противоположным знаком. Точнее говоря, во временной характеристике вторичного тока проявляется прямоугольный переменный ток намагничивания с циклической частотой fz, который накладывается на противодействующий ток, генерируемый дифференциальным током. Его амплитуда может быть определена, например, простым образом с помощью корреляции вторичного тока с имеющим частоту цикла и синхронным с циклом синусоидальным сигналом.

В соответствии с формой выполнения изобретения измеренный сигнал для дальнейшей обработки очищается так, что временные интервалы в измеренном сигнале, которые соответствуют временному интервалу предопределенной последовательности импульсов, снабжаются предопределенным постоянным значением, в частности нулевым значением.

В этой предпочтительной форме выполнения повышается достижимая точность, так как эффекты, которые обусловлены предписанным ходом импульсов, но не способствуют измерению интересующего противодействующего тока или скорее создают помехи, в значительной степени удаляются.

Очищенный измеренный сигнал может умножаться на оконную функцию, в частности на имеющий частоту цикла и синхронный с циклом синусоидальный сигнал.

Таким образом, можно предпочтительным образом уменьшать или избегать в измеренном сигнале крутых фронтов, и амплитуда высших гармоник более высокого порядка может быть сведена к малому значению, что при оценке измерения смешанного тока обычно приводит к сильному упрощению.

Согласно другому предпочтительному дальнейшему развитию величина генерируемого отрицательного омического сопротивления регулируется на основе определенной неполной компенсации или перекомпенсации активного сопротивления вторичной обмотки.

Таким образом, даже небольшие временные изменения в магнитном потоке, которые могут вызвать, однако, во времени значительное отклонение от тока намагничивания, присутствующего при активации компенсации сопротивления, распознаются и учитываются при вычислении интересующего дифференциального постоянного тока. Надежность способа, следовательно, также увеличивается, потому что даже при неточно работающей на практике компенсацией сопротивления все равно достижим постоянный ток намагничивания.

Предпочтительно определяется неполная компенсация или перекомпенсация омического сопротивления вторичной обмотки, при этом из измеренного сигнала определяется амплитуда гармоники, которая возникает при отклонении прямоугольного переменного тока намагничивания от прямоугольной формы.

Таким образом, это особенно благоприятствует обработке и вычислению результата измерения с помощью процессора.

Подлежащий измерению ток может теперь предпочтительным образом определяться из измеренного сигнала и определенной неполной компенсации или перекомпенсации.

Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения определяется и затем компенсируется возникающее во вторичном контуре, в частности из-за применяемых электронных компонентов, напряжение смещения.

Это позволяет компенсировать температурную зависимость и разброс параметров электронных компонентов соответствующего изобретению устройства и допускает и благоприятствует точной обработке.

Таким образом, образуется цепь вторичного тока из катушки и различных электронных схем, причем от этих схем требуется, чтобы они могли точно обрабатывать сигналы постоянного тока. Если вторичный ток протекает через двухполюсник, то требуется, что он создавал пропорциональное вторичному току падение напряжения, что, в частности, означает, что падение напряжения равно нулю, когда вторичный ток равен нулю. Однако точная обработка постоянного сигнала без соответствующей компенсации часто приводит к трудностям на практике, например, из-за допусков или разброса параметров компонентов и температурных зависимостей активных электронных компонентов. В случае операционных усилителей, с помощью которых предпочтительно могут быть реализованы схемы вторичного тока, эта проблема проявляется в форме напряжения смещения. Это напряжение изменяется от экземпляра к экземпляру и зависит от температуры. Напряжение смещения для операционных усилителей двухполюсника приводит к тому, что на пропорциональное току падение напряжения на двухполюснике накладывается малое нежелательное постоянное напряжение. Источник напряжения и обнаружение тока по той же причине приводят к нежелательным напряжениям постоянного тока в цепи вторичного тока. Это теперь будет предпочтительным образом компенсироваться в соответствии с изобретением.

Предпочтительным образом, значение напряжения смещения определяется посредством корреляции, при этом из измеренного сигнала определяется амплитуда гармоники, которая не встречается ни в сигнале прямоугольной формы, ни в сигнале двойной пилообразной формы.

Тем самым напряжение смещения может определяться благоприятным образом, например, с помощью процессора.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, магнитная катушка для обеспечения заранее заданной последовательности импульсов через сердечник преобразователя является вторичной катушкой преобразователя.

Тем самым благоприятным образом может быть реализовано измерение смешанного тока с помощью только одной катушки наряду с проводником первичного тока. При этом вторичная катушка используется как для генерации последовательности импульсов, так и для компенсации сопротивления.

Кроме того, изобретение относится к преобразователю с дополнительными катушками. В еще одном варианте осуществления используется множество преобразователей тока, каждый с одной или несколькими обмотками, за счет чего предпочтительно дополнительно может быть повышена избыточность и надежность. В соответствии с изобретением может, например, использоваться другая обмотка и выводиться заданная последовательность импульсов, в то время как вторичная обмотка используется для измерений.

В одном варианте осуществления изобретения устройство содержит по меньшей мере один управляемый источник питания и по меньшей мере одно средство обнаружения тока, которые соединены со средством управления.

Кроме того, устройство предпочтительно имеет регулятор для компенсации сопротивления для регулировки отрицательного значения сопротивления двухполюсника в зависимости от температуры.

В особенно предпочтительном варианте осуществления средство управления реализовано микроконтроллером.

При этом изобретение может быть реализовано экономичным образом и, кроме того, выполнено малогабаритным и компактным, поскольку обработка выполняется исключительно программным обеспечением или программно-аппаратными средствами при отказе от более крупных электронных модулей.

Изобретение также относится к способу измерения электрических токов с помощью преобразователя тока, включающему в себя следующие этапы: расширение схемы вторичной цепи преобразователя тока электрическим устройством, так что образующий отрицательное омическое сопротивление активный двухполюсник и средство обнаружения тока во вторичной цепи преобразователя тока соединены последовательно, и источник напряжения в цепи тока магнитной катушки преобразователя соединен последовательно, и блок управления соединен со средством обнаружения тока и источником напряжения; считывание средства обнаружения тока и управление источником питания посредством блока управления для выполнения способа в соответствии с изобретением; и выдача выходного сигнала блоком управления, который содержит составляющую постоянного тока и составляющую переменного тока электрического первичного тока преобразователя.

Изобретение может быть использовано во всех технических областях применения, в которых измеряются смешанные токи. Оно особенно предпочтительным образом пригодно для измерения дифференциальных токов или токов неисправности в электрическом устройстве, которые, наряду с переменной составляющей, также содержат постоянную составляющую. Однако это не предназначено для ограничения области применения изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

В дальнейшем изобретение подробно описывается со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее:

фиг. 1 - принципиальная схема преобразователя тока в сочетании с компенсацией сопротивления согласно изобретению,

фиг. 2 - идеализированная кривая намагничивания,

фиг. 3 - диаграмма ток-время характеристики вторичного тока на цикле измерения в соответствии с формой выполнения изобретения,

фиг. 4 - диаграмма напряжение-время характеристики напряжения катушки в цикле измерения в соответствии с формой выполнения, показанной на фиг. 3,

фиг. 5 - кривая намагничивания с остаточной намагниченностью, с последовательностью импульсов в соответствии с другой формой выполнения изобретения,

фиг. 6 - временная характеристика прямоугольного выходного сигнала в соответствии с формой выполнения изобретения,

Фиг. 7 - временная характеристика оконной функции с частотой цикла и синхронной с циклом согласно форме выполнения, показанной на фиг. 6,

фиг. 8 - синусоидальный сигнал с пропусками согласно форме выполнения, показанной на фиг.6 и фиг. 7,

фиг. 9 - диаграмма ток-время вторичного тока при точной компенсации сопротивления и смещения, причем противодействующий ток принят равным нулю, согласно форме выполнения изобретения,

фиг. 10 - диаграмма ток-время вторичного тока при неполной компенсации сопротивления катушки согласно форме выполнения изобретения,

фиг. 11 - диаграмма ток-время сигнала двойной пилообразной формы при неполной компенсации сопротивления катушки согласно форме выполнения, показанной на фиг. 10,

фиг. 12 - диаграмма ток-время сигнала пилообразной формы при неполной компенсации напряжения смещения согласно форме выполнения изобретения,

фиг. 13 - блок-схема устройства в соответствии с изобретением для выполнения способа согласно форме выполнения,

фиг. 14 - предпочтительная форма выполнения устройства, соответствующего изобретению, и

фиг. 15 - более детальный вид соответствующего изобретению средства компенсации сопротивления с активным двухполюсником согласно форме выполнения изобретения.

На фиг. 1 показана принципиальная схема преобразователя тока с соответствующей изобретению компенсацией сопротивления согласно форме выполнения изобретения. Катушка 3 имеет индуктивность Ls катушки и сопротивление Rcu катушки. Преобразователь тока контролирует первичный проводник 2 на наличие дифференциального тока. В цепи 4 вторичного тока протекает вторичный ток Is. Падение напряжения Us катушки состоит из напряжения Ui индукции и падения напряжения Ucu на омическом сопротивлении катушки. Для измерения дифференциального тока с помощью преобразователя тока в цепи 4 вторичного тока омическое сопротивлени