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用于将导电体中流动的导体电流转换成输出信号的电流变压器和方法

阅读：156发布：2021-02-22

IPRDB可以提供用于将导电体中流动的导体电流转换成输出信号的电流变压器和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及种电流变压器(100),其包括用于将在导电体中流动的导体电流(1,I)转换成与导体电流(1,I)成比例的输出电压(4)的电流传感器。电流变压器(100)的特征在于,电流变压器(100)包括具有用于计算输出电压(4)的有效值(5)的装置(12)的第处理分支(I),并包括具有用于检测输出电压(4)的极性(+/‑)的装置(18)的第二处理分支(II)。本发明还涉及用于将在导电体中流动的导体电流(1,I)转换成输出信号(2,U/I)的方法。，下面是用于将导电体中流动的导体电流转换成输出信号的电流变压器和方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电流变压器(100)，包括电流传感器，所述电流传感器被设计成将在导电体中流动的导体电流(1，ILOAD)转换成与导体电流(1，ILOAD)成比例的输出电压(4)，其特征在于，所述电流变压器(100)包括其中设有用于计算输出电压(4)的有效值(5)的装置(12)的第一处理分支(I)以及其中设有用于检测输出电压(4)的极性(+/-)的装置(18)的第二处理分支(II)，根据所检测的所述电流传感器的输出电压(4)的极性(+/-)，将所述有效值(5)乘以正或负因数，所述电流变压器输出有符号的有效值(5')作为输出信号。

2.根据权利要求1所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述第一处理分支(I)包括第一频率滤波器(11)。

3.根据权利要求1或2所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述第二处理分支(II)包括第二频率滤波器(17)。

4.根据权利要求1所述的电流变压器(1)，其特征在于，其包括用于将有符号的有效值(5')转换成所述输出信号(2，UOUT/IOUT)的输出电路(19)。

5.根据权利要求4所述的电流变压器(1)，其特征在于所述输出信号(2，UOUT/IOUT)是电压信号或电流信号。

6.根据权利要求4所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述输出电路(19)包括添加偏移值(6，IOUT/OFF)的装置(14)和/或调整输出信号(2，UOUT/IOUT)的装置(15)。

7.根据权利要求6所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述偏移值(6，IOUT/OFF)大于被绘图的值区域的一半。

8.根据权利要求1所述的电流变压器(1)，其中，在装置(12)中计算有效值(5)期间所使用的时间常数是可调节的。

9.根据权利要求1所述的电流变压器(1)，其中，所述电流传感器是霍尔传感器(10)或旁路电阻器。

10.根据权利要求2所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述第一频率滤波器(11)用于对高频干扰信号进行滤波。

11.根据权利要求3所述的电流变压器(1)，其特征在于，所述第二频率滤波器(17)用于对输出信号(4)进行平滑化。

12.一种用于将在导电体中流动的导体电流(1，ILOAD)转换成输出信号(2，UOUT/IOUT)的方法，其中，使用包括在电流变压器(100)中的电流传感器检测导体电流(1，ILOAD)，其中，所述电流变压器(100)—计算电流传感器的输出电压(4)的有效值(5)，

—检测所述电流传感器的输出电压(4)的极性(+/-)，以及

—根据所检测的极性(+/-)，将所计算的有效值(5)与正或负因数相乘以形成有符号的有效值(5')，并且—输出对应于有符号的有效值(5')的输出信号(2，UOUT/IOUT)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，调整用于确定输出信号(2，UOUT/IOUT)的有符号的有效值(5')，和/或将偏移值(6，IOUT/OFF)与有符号的有效值(5')相加。

说明书全文

用于将导电体中流动的导体电流转换成输出信号的电流变压

器和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有用于确定导体电流的有效值的电流传感器的电流变压器。本发明此外涉及一种用于将在导电体中流动的导体电流转换成输出信号的方法。

背景技术

[0002] 电流变压器用来测量流过导体的通常是大的导体电流。其传送与所测量的导体电流成线性的输出信号—输出电压信号或输出电流信号。

[0003] 在电流变压器中借助于磁传导(铁)芯将所测量的导体电路耦合到输出电路是已知的，所述两个电路都通过所述磁传导(铁)芯。随着电流在所测量的电路中改变，由导体电流产生的芯中的磁场改变。这在被检测的输出电路中感生电压。然而，通过感应进行的电流检测仅允许检测所测量的电路中的交流电。

[0004] 与此相反，还可以用利用电流传感器(霍尔传感器或旁路电阻器)工作的电流变压器来检测直流电。将霍尔传感器例如定位于由所测量的导体电流产生的磁场中，并且检测磁场的磁通量。在可能必需的偏移被修正之后，由霍尔传感器输出的输出电压与磁通量成比例且因此与导体电流成比例。此类测量是用例如钳形安培计完成的，其包围电流流过的导体。在旁路电阻器被用作电流传感器的情况下，所测量的导体电流直接地流过旁路，并且测量跨过其的电压降。

[0005] 由电流传感器输出的输出电压是符号数值，其中，该符号指示电流方向。在被设计成测量交流电的电流变压器中，形成电流传感器的输出电压的有效值(RMS——均方根)，并且因此输出与导体电流的有效值成线性的输出信号。

[0006] 图1(a)示出了根据现有技术的用于交流电(AC——交流电)的此类电流变压器的传输特性3。在x轴上绘出了以安培(A)为单位的导体电流值IAC,LOAD，在y轴上示出了以毫安(mA)为单位的输出电流值IOUT的输出信号。输出电流与导体电流的有效值IAC,LOAD成比例，其在霍尔传感器中产生磁场，具有比例因数k＝ΔIOUT/ΔIAC,LOAD。此外，偏移值IAC,OUT/OFF被叠加在输出电流上，使得对于0A的导体电流而言，有可测量的输出电流流动，在这里为4mA。

[0007] 由于有效值的形成，此类电流变压器在设计中是单极的。因此，无论导体电流的方向如何，作为导体电流的直流电(DC—直流电)IDC,LOAD的测量总是提供正输出信号。用图1(b)示出了其中同样地选择输出电流作为输出信号的相应特性。

[0008] 另外，电流变压器被公知用于直流电的测量，其中直流电的方向表现在输出信号中。此类变压器也称为双极电流变压器。然而，用这些变压器，不可能测量交流电。根据电流变压器的反应时间，在导体中流动的交流电导致对应于电流强度为零的输出信号或随交流电的频率交替的输出信号。

发明内容

[0009] 本发明提出要解决的问题是产生一种电流变压器，其具有适合于输入侧交流电和输入侧直流电两者以及混合电流的电流变换的电流传感器，且其中输入侧直流电的方向可识别。

[0010] 用根据权利要求1所述的电流变压器和根据权利要求9所述的方法来解决该问题。在从属权利要求中提出了有利实施例。

[0011] 根据本发明的一种电流变压器具有电流传感器，其将在导电体中流动的导体电流转换成与导体电流成比例的输出电压。该电流变压器的特征在于，其包括其中设有用于计算输出电压的有效值的装置的第一处理分支以及其中设有用于检测输出电压的极性的装置的第二处理分支。

[0012] 由于有效值和极性的独立检测，所述电流变压器适合于检测在导电体中流动的交流电且适合于检测在导电体中流动的直流电的方向。

[0013] 第一处理分支优选地包括第一频率滤波器。优选地，第一频率滤波器滤掉高频干扰信号，因此其具有高截止频率。尤其优选地，第一频率滤波器的频率范围是可调整的。因此可以对其进行设定，使得检测输出电压的有效值的装置被用于主要检测正弦交流电的有效值测量或用于也检测失真交流电的真正有效值测量。

[0014] 同样优选地，第二处理分支包括第二频率滤波器。第二频率滤波器优选地被设计成对输出信号进行平滑化。优选地，其不仅滤掉高频率而且滤掉50—60Hz的近似电源频率的低频分量。因此，向用于检测输出信号方向的装置提供已滤波的输出信号，其中在导体电流中已滤掉交流分量。

[0015] 此外，根据输出电压的极性将用于计算输出电压有效值的装置计算的有效值乘以诸如+1或-1的正或负因数对于混合电流的处理而言是优选的。检测输出电压的极性的装置优选地被布置成使得其对于作为导体电流的纯交流电发出正极性信号。因此，然后在有效值上乘以+1的因数。

[0016] 此外，优选将输出电路中的有符号的有效值转化成输出信号。优选作为输出信号的是电压或电流。

[0017] 输出电路优选地包括添加偏移值的装置和/或调整输出信号的装置。还可以提供输出信号的更多修正，诸如频率滤波器等。

[0018] 在将偏移值与有符号的有效值相加的情况下，输出信号是指在导电体中流动的导体电流为0A的偏移值。

[0019] 并且基于输出电压的极性的检测，输出电流对于在负方向上流动的导体电流的直流分量而言小于偏移值，并且对于在正方向上流动的导体电流的直流分量而言其大于偏移值。

[0020] 尤其优选地，偏移值大于被绘图的值区域的一半。例如，如果在-8m A≤IOUT≤+8mA的值区域中将导体电流相对于输出电流绘图，则优选使用大于8mA的偏移值。尤其优选地，向所绘图的半个值区域添加基值。在所述值区域中，例如，基值相当于4mA，而偏移值将是12mA。这样，输出信号是正的。

[0021] 根据本发明的用于将在导电体中流动的导体电流转换成输出信号的方法，其中，用电流传感器检测导体电流，计算电流传感器的输出电压的有效值，并检测电流传感器的输出电压的极性。

[0022] —根据检测到的极性，将计算的有效值乘以正或负因数以形成有符号的有效值，并且

[0023] —输出对应于有符号的有效值的输出信号。

[0024] 这样计算的有符号的有效值的绝对量值与在导电体中流动的导体电流成比例。优选地输出被调整为电流变压器的输出信号的有符号的有效值，亦即，已乘以比例因数，和/或用偏移值加至其上。

[0025] 在一个优选实施例中，输出已调整的有符号的有效值和/或与偏移值叠加的有符号的有效值作为电流变压器的输出信号。在本实施例中，输出信号是输出电压。替换地，将已调整的有符号的有效值和/或与偏移值叠加的有符号的有效值被转换成输出电流并输出。

附图说明

[0026] 现在在下文中参考附图来更严密地解释本发明，其中本发明的更多益处将变得显而易见。

[0027] 示出了：

[0028] 图1a,b现有技术的电流变压器的传输特性，即，在图1a中针对测量中的交流电以及在图1b中针对测量中的直流电，

[0029] 图2根据本发明的电流变压器的传输特性，以及

[0030] 图3根据本发明的电流变压器的示意图。

具体实施方式

[0031] 上文已描述了图1。

[0032] 图2示出了根据本发明的电流变压器100的传输特性3。在x轴上绘出了以安培(A)为单位的导体电流1,ILOAD，在y轴上示出了以毫安(mA)为单位的输出电流2,IOUT作为输出信号2。输出电流2,IOUT与导体电流1,ILOAD的有效值成比例。以模拟现有技术(参见图1(a))已知的电流变压器输出电流值2,IOUT的方式，用比例因数k＝ΔIOUT/ΔILOAD对其进行加权。此外，同样地将输出电流2,IOUT与偏移值6，IOUT/OFF叠加，使得对于0A的导体电流1,ILOAD而言，流动着可测量的输出电流2,IOUT。

[0033] 在这里的偏移值6,IOUT/OFF是由基值IGRUND，其在这里对应于例如4mA的传统电流变压器(参见图1(a))的偏移值6，加上所绘图的半个值范围构成：

[0034] IOUT/OFF＝IGRUND+8mA＝12mA

[0035] 因此将导体电流1，ILOAD相对于输出电流2,IOUT按如下绘图：

[0036] IOUT＝12mA+k*ILOAD/RMS

[0037] 在ILOAD是如在第一区域A中表示的交流电或在正方向上流动的直流电的情况下，则

[0038] IOUT＝12mA-k*ILOAD/RMS

[0039] 在ILOAD是在负方向上流动的直流电的情况下(参见第二区域B)。

[0040] 根据本发明的电流变压器100因此针对作为导体电流的直流电以双极方式工作，并且同时，其能够指示作为导体电流的交流电的有效值。总体信息(在直流电的情况下为有效值和符号)在输出信号中输出，并且因此可以被自动控制系统的单个模拟/数字转换器检测到。

[0041] 图3示意性地示出了电流变压器100。其在这里包括作为电流传感器的用于检测导体电流1,ILOAD的霍尔传感器10。在霍尔传感器10的输出端处，测量在霍尔传感器10中的由导体电流1,ILOAD产生的磁场所产生的输出电压4。输出电压4是有符号的值。在替换实施例中，还可以使用旁路电阻器作为电流传感器，导体电流1,ILOAD流过该电流传感器。跨旁路电阻器的电压降表示有符号的输出电压4。

[0042] 电流变压器100具有相互并联地布置的两个处理分支I，II。

[0043] 在第一处理分支I中，提供了计算霍尔传感器10的输出电压4的有效值5的装置12。为了滤掉干扰信号，可选地在计算输出电压4的有效值5的装置12前面连接第一频率滤波器
11，其优选地是具有高截止频率的低通滤波器。第一频率滤波器11的截止频率和/或其阶跃响应时间可选地是可调节的。这样，用户可以选择在第一处理分支I中被滤波的输出信号4'是否将被用来检测基本上是正弦的交流电或者还有失真交流电。此外，可以规定在用于计算有效值5的装置12中使用的时间常数是可调节的。通过选择短的时间常数，可以以高变化速率输出有效值，但是然后在确定有效值时将不会把输出电压4的较低频率计算在内。另一方面，通过选择较长的时间常数，可以确保在确定有效值时也可以将较低频率计算在内，但是有效值的输出将相应地缓慢地对变化进行响应。

[0044] 在第二处理分支II中，设有用于检测输出电压4的极性+/-的装置18。检测到的极性作为赋予+1或-1数值的信号输出。装置18被配置成使得针对作为导体电流1的(纯)交流电输出+1值。在用于检测输出电压4的极性+/-的装置18前面连接第二频率滤波器17，其对输出信号4进行平滑化。这样，平滑后的输出信号4'接收包含在导体电流1,ILOAD中的直流分量的符号而不接收包含在导体电流1,ILOAD中的交流分量的符号。

[0045] 根据在第二处理分支II中检测到的极性+/-，例如检测到正极性时的+1的因数和检测到负极性时的-1的因数，在乘法器13中将在第一处理分支I中计算的有效值5与+1或-1的因数相乘。

[0046] 电流变压器100因此不仅适合于检测作为导体电流1,ILOAD的纯交流电或作为导体电流1,ILOAD的纯直流电。而且其适合于检测作为导体电流1,ILOAD的混合电流，其具有直流分量和交流分量两者。针对作为导体电流1,ILOAD的纯交流电，将在图2中所示的传输特性3的第一区域A中对导体电流1,ILOAD进行绘图。

[0047] 为了以适合于用户的方式输出有符号的有效值5'，电流变压器100此外包含输出电路19。

[0048] 输出电路19包括加法器14，其将偏移值IOUT/OFF叠加在已加权的有效值5'上。偏移值6的叠加和偏移值6的量值可选地可被用户调节。此外，输出电路19包括调整已与偏移值6可选地叠加的有符号的有效值5”的装置15。比例因数k也可被用户可选地调整。

[0049] 此外，可以调整是以输出电流信号2,IOUT还是输出电压信号2,UOUT的形式输出可选地已与偏移值6叠加和/或用比例因数k调整的有符号的有效值5”。因此，输出电路19包括可以被用户修改的输出电路16。

[0050] 参考符号列表

[0051] 1 导体电流

[0052] 2 输出电流

[0053] 3 传递函数

[0054] 4 电流传感器的输出电压

[0055] 4′ 第一处理分支中的已滤波输出电压

[0056] 4″ 第二处理分支中的已滤波输出电压

[0057] 5 输出电压的有效值

[0058] 5′ 有符号的有效值

[0059] 5″ 有符号的有效值，可选地与偏移值叠加

[0060] 5″′ 有符号的有效值，可选地被调整并与偏移值叠加

[0061] 10 霍尔传感器

[0062] 11 第一处理分支中的频率滤波器

[0063] 12 计算输出电压的有效值的装置

[0064] 13 乘法器

[0065] 14 加法器

[0066] 15 匹配电路

[0067] 16 输出电路

[0068] 17 第二处理分支中的频率滤波器

[0069] 18 检测输出电压的极性的装置

[0070] 19 输出电路

[0071] 100 电流变压器

[0072] IOUT 输出电流

[0073] ILOAD 导体电流

[0074] IAC,LOAD 导体电流(交流电)

[0075] IDC,LOAD 导体电流(直流)

[0076] 6,IOUT/OFF 偏移值

[0077] IGRUND 基值

[0078] ΔIOUT 输出电流变化

[0079] ΔILOAD 导体电流变化

[0080] Inom 导体电流的标称值

[0081] I 第一处理分支

[0082] II 第二处理分支

[0083] A 第一区域

[0084] B 第二区域

标题	发布/更新时间	阅读量
用于输出信号的内窥镜-专利编号CN103892788B	2020-05-11	1014
输出信号生成装置-专利编号CN101346875B	2020-05-11	882
输出信号驱动电路及驱动输出信号的方法-专利编号CN101211654A	2020-05-13	803
TDI CCD输出信号处理器-专利编号CN102740010A	2020-05-12	1000
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输出信号调节系统-专利编号CN101964649A	2020-05-11	542
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输出信号生成电路-专利编号CN107765759A	2020-05-12	332

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