專利名稱：測量傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種測量傳感器，所述測量傳感器用來對流經(jīng)一段導(dǎo)體的電流與一參考電流進(jìn)行比較，其包括一個由一個環(huán)形鐵心形成的磁路；一段有電流流經(jīng)的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被所述的環(huán)形鐵心環(huán)繞；一個設(shè)置在所述環(huán)形鐵心上的次級線圈；和一個磁場測量元件，所述磁場測量元件設(shè)置在所述環(huán)形鐵心的一氣隙中，并對所述氣隙中的磁場敏感。本發(fā)明還涉及一種控制元件，所述控制元件用來控制或調(diào)整流經(jīng)一導(dǎo)體的電流；一種變頻器，所述變頻器尤其適用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備；以及一種包含一個所述變頻器的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
背景技術(shù)：
本說明書開頭部分所述的測量傳感器與EP 0 194 225中所述的測量傳感器不同。在后者所述的測量傳感器中，用作磁通量測量元件的一個霍爾元件的放大輸出信號饋給所述的次級線圈。所述次級線圈的纏繞方向被設(shè)定，以使其產(chǎn)生的磁場方向與環(huán)繞在電流流過的導(dǎo)體外的磁場方向相反。在此情況下，所述次級線圈由放大器饋給的方式是試圖使得由所述導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場歸零。流經(jīng)所述次級線圈的電流用作對流經(jīng)所述導(dǎo)體的電流的量度值，也就是說，所述次級線圈輸出的信號給出導(dǎo)體中流動的瞬時電流的絕對值。
在本說明書開頭部分所述的更進(jìn)一步的測量傳感器，與《電子工業(yè)》(electronik industrie)8-2001第49與51頁中所述的不同。在后者所述的測量傳感器中，還是有一個線圈纏繞在環(huán)形鐵心上，流經(jīng)導(dǎo)體的電流仍然在線圈中感應(yīng)產(chǎn)生一個電流。所述感應(yīng)電流與由霍爾元件測量到的可能存在的偏離相疊加，然后得出流經(jīng)導(dǎo)體的電流的絕對值做為測量值。但是應(yīng)該指出的是，在此種測量傳感器中，感應(yīng)電流的主要分量仍然流過次級線圈?；魻栐c放大器聯(lián)合可以檢測流經(jīng)導(dǎo)體的相應(yīng)部分，而不能檢測環(huán)形鐵心上的次級線圈中流經(jīng)的部分。
在已知的測量傳感器中，因為相應(yīng)的輸出信號給出導(dǎo)體中流動的瞬時電流的絕對值，所以可以采用任何方式對其作進(jìn)一步的處理。比如，通過一個后接的比較器，可以把所述電流的絕對值與一參考電流值或目標(biāo)電流值進(jìn)行比較，以得到控制信號，比如用于通過上述導(dǎo)體傳遞電流的變頻器。因為所述電流可以輕易地達(dá)到數(shù)百安培——瞬時峰值可以達(dá)到750安培左右——所以與之相適應(yīng)，次級線圈的安(培)匝(數(shù))必須達(dá)到適當(dāng)高的數(shù)目。在此情況下，可能流經(jīng)次級線圈的電流越小，相應(yīng)的匝(數(shù))就必須越多。
然而，這也是公知結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重的不足之處。自感應(yīng)也總是形成一個時間常數(shù)，并因此限制了快速反應(yīng)流經(jīng)導(dǎo)體的電流的波動。更嚴(yán)重的情況是，次級線圈本身的自感性，因為其帶有典型的感應(yīng)特性，使得快速的信號變化不可能實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
所以，本發(fā)明的目的在于提供一種測量傳感器，對上述不利的方面加以改進(jìn)，特別是使得流經(jīng)導(dǎo)體的電流相對于參考電流甚至更高頻率的偏離都能被可靠地檢測到，特別是，所述測量傳感器可以用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備用的變頻器中。
在本發(fā)明中，上述目的通過采用下述方式實現(xiàn)設(shè)置一個參考電流設(shè)定裝置，把一個參考電流作用在所述的次級線圈上，所述參考電流可設(shè)定有電流流經(jīng)的導(dǎo)體中的電流。
與已知的結(jié)構(gòu)不同，在本發(fā)明中，所述次級線圈不是連接在磁通量測量元件的輸出端，也不是連接在與所述磁通量測量元件相連的放大器上。與之相反，而是饋給次級線圈一個參考電流。在本發(fā)明一個較佳的實施例中，磁通量測量元件的輸出端或者連接在其上的放大器，作為信號輸出端。在理想狀態(tài)下，流經(jīng)導(dǎo)體的電流與輸入次級線圈的參考電流一致，以使得環(huán)形鐵心中因此而產(chǎn)生的磁通量和磁通量測量元件輸出端的信號歸零。
如果所述導(dǎo)體中的電流的大小與所述參考電流的大小不同，在環(huán)形鐵心中會因此而產(chǎn)生一個磁通量，并在所述的磁通量測量元件的輸出端會產(chǎn)生相應(yīng)的信號。所述信號反應(yīng)導(dǎo)體中流動的電流與次級線圈中的參考電流之間的偏差，是上述偏差的一個量度值。因為，在磁通量測量元件與信號輸出端之間的支路上不存在自感應(yīng)，所以即使相對于參考電流的高頻變化也能被可靠地檢測到，并可以放大后通過輸出端輸出。相應(yīng)地，以風(fēng)力發(fā)電設(shè)備為例，為了以最好的方式盡可能快地使實際電流值接近于參考電流值，可以通過所述的輸出信號，為變頻器快速地提供相應(yīng)的控制或者調(diào)整信號。
本發(fā)明中所述的測量傳感器的優(yōu)選的配置在從屬權(quán)利要求中闡述。優(yōu)選地，用一個霍爾元件作為所述的磁通量測量元件。另外，在磁通量測量元件的輸出信號通過信號輸出端輸出之前，優(yōu)選地采用放大器將所述信號放大。
為了得到導(dǎo)體中的電流的絕對值，可以把參考電流疊加到磁通量測量元件或者與磁通量測量元件相接的放大器的輸出信號上，優(yōu)選地，此過程在連接信號輸出端之后的元件中執(zhí)行。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求6所述的用來控制或調(diào)整導(dǎo)體中的電流的控制單元，所述控制單元具有一個本發(fā)明所述的測量傳感器，用于測量導(dǎo)體中的電流。優(yōu)選地，將本發(fā)明中所述的測量傳感器用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的變頻器中，以測量所述變頻器的輸出電流。相應(yīng)地，本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。


在下文中，參考附圖對本發(fā)明作更為詳細(xì)的描述，其中圖1是一種已知的測量傳感器的簡圖；和圖2是本發(fā)明所述的測量傳感器的簡圖。
具體實施例方式
圖1是一個簡化視圖，所示為EP 0 194 225中所述測量傳感器的基本原理。首先，該已知測量傳感器包含一個鐵磁性材料制成的環(huán)形鐵心10，該環(huán)形鐵心中穿過一導(dǎo)體16，該導(dǎo)體中流經(jīng)可測量的電流。一個霍爾元件12設(shè)置在環(huán)形鐵心10的氣隙11中。導(dǎo)體16中流動的電流產(chǎn)生的磁場在環(huán)形鐵心10中產(chǎn)生一個磁通量，該磁通量也穿過所述霍爾元件12。所述霍爾元件12的輸出端的信號饋給放大器14，該放大器14的輸出端與纏繞在環(huán)形鐵心10上的次級線圈18相連。
這樣，當(dāng)電流流經(jīng)次級線圈18時，該次級線圈18也形成了一個磁場。次級線圈18的纏繞方向，使得所述次級線圈18產(chǎn)生的磁場與導(dǎo)體16中電流產(chǎn)生的磁場方向相反。如此，所述兩個磁場相互抵消，也就是說，當(dāng)所述兩個磁場大小相等時，在環(huán)形鐵心10中將不再產(chǎn)生磁通量，并且隨之霍爾元件12也不再產(chǎn)生信號。正如已知的，次級線圈18中流過的電流是導(dǎo)體16所產(chǎn)生磁場的量度值，因而，也是導(dǎo)體16中流動的電流的量度值。這樣，可以在次級線圈18的輸出端20處測量，得到一個表征導(dǎo)體16中流動電流的量度的信號。
輸出端20的所述輸出信號，因為表征瞬時電流的絕對值，所以可以采用任何期望的方式對之作進(jìn)一步地處理。通過后接的比較器(未圖示)，可以把該值與參考值進(jìn)行比較，比如，可以由此得到變頻器的控制信號，所述變頻器的電流是通過導(dǎo)體16傳遞的。
因為所述的電流容易達(dá)到數(shù)百安培，所以次級線圈18的安培匝數(shù)必須達(dá)到相應(yīng)多的匝數(shù)。在這種情況下，流經(jīng)次級線圈18的電流越小，與此相應(yīng)的匝數(shù)必須越多。這種結(jié)構(gòu)的另一個嚴(yán)重不足之處在于，因為此種結(jié)構(gòu)的自感應(yīng)總是形成一個時間常數(shù)，限制了對流經(jīng)導(dǎo)體16的電流的高頻偏離的快速響應(yīng)。另一方面，次級線圈18本身的自感應(yīng)也增加了難度，因為其自身的感應(yīng)性，使得不能實現(xiàn)快速的信號變化。
本發(fā)明所述的測量傳感器的一個實施方式如圖2所示。所述測量傳感器也包含一個環(huán)形鐵心10，所述環(huán)形鐵心10包含一塊帶氣隙11的鐵磁性材料，在所述的氣隙中也設(shè)置有一個磁通量測量元件12，比如還是一個霍爾元件。在所述霍爾元件12的輸出端連接著一個放大器14，用以放大霍爾元件12的電輸出信號。與已知的測量傳感器一樣，待測電流流經(jīng)的導(dǎo)體16穿過環(huán)形鐵心10。
與已知的測量傳感器不同的是，次級線圈18不是與放大器14的輸出端連接。其代替方案是，所述次級線圈18的一端為輸入端子22，其另一端接地。放大器14的輸出端用作信號輸出端24。
然而在已知的測量傳感器中，次級線圈18總是被供給一個用來補(bǔ)償導(dǎo)體16的磁場的電流，如此形成對流經(jīng)導(dǎo)體16的待測電流的測量值，在本發(fā)明中，把預(yù)先設(shè)定的一個參考電流供給次級線圈18。所述參考電流是通過一個參考電流設(shè)定裝置26傳送至輸入端子22的。在理想狀態(tài)下，導(dǎo)體16中的電流與所述的參考電流一致，使得環(huán)形鐵心10中的磁通量為零，霍爾元件12的信號為零，這樣，輸出端24也沒有信號輸出。
如果導(dǎo)體16中流動的電流偏離參考值，會在環(huán)形鐵心10中產(chǎn)生一個磁通量，并在霍爾元件12中產(chǎn)生相應(yīng)的信號，該信號通過放大器14放大后，到達(dá)輸出端24。所述輸出信號表征導(dǎo)體16中的電流相對于次級線圈18中流過的參考電流的偏離程度。
當(dāng)本發(fā)明中所述的測量傳感器用于測量變頻器的輸出電流時，也就是說，當(dāng)待測電流流經(jīng)導(dǎo)體16時，參考電流的頻率是50Hz。這會使次級線圈18中的電流產(chǎn)生一個非常緩慢的變化。因此，次級線圈18的自感應(yīng)無關(guān)輕重。
應(yīng)該指出的是，導(dǎo)體16中電流的波動，根據(jù)外部影響，比如網(wǎng)絡(luò)的電抗，可能頻率很高。但是，在本發(fā)明所述的技術(shù)方案中，因為在包含霍爾元件12、放大器14和輸出端24的支路中不存在自感應(yīng)，所以甚至是更高頻率的相對于參考電流的偏離都能被可靠地檢測、放大并通過輸出端24輸出。相應(yīng)地，也可以從輸出端24的信號快速地為變頻器(未圖示)產(chǎn)生相應(yīng)的控制或調(diào)整信號，其方式為采用一個控制單元28，使實際電流的大小與參考值盡可能快地一致。
在已知的結(jié)構(gòu)中，為了在參考值與實際值之間進(jìn)行比較，比較器必須連接在測量傳感器之后，本發(fā)明中的結(jié)構(gòu)與其不同，所述比較過程已經(jīng)在測量傳感器中完成了。環(huán)形鐵心10與霍爾元件12合在一起，可以被看作一個比較器，因為霍爾元件12只提供表征參考值與實際值之間的偏離的信號。
本發(fā)明所述電路的優(yōu)點是，其中的輸出端24上的差信號，既可以用模擬信號的形式進(jìn)行進(jìn)一步的處理，又可以采用如施密特(Schmitt)觸發(fā)器之類的器件，將之轉(zhuǎn)化為用于變頻器的數(shù)字控制信號。
導(dǎo)體中流過的電流的絕對值的測量，可以采用本發(fā)明中所述的測量傳感器，把參考信號疊加到放大器14的輸出信號上而得到。然而，所述的疊加后的信號并不饋給次級線圈18。所述的信號疊加優(yōu)選地可以在后接于放大器14的器件中執(zhí)行。
本發(fā)明所述的測量傳感器更適宜用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，以測量變頻器的輸出電流，在所述風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中，優(yōu)選地，變頻器的各相都使用一個獨立的測量傳感器。
權(quán)利要求
1.一種用來對流經(jīng)一段導(dǎo)體的電流與一參考電流進(jìn)行比較的測量傳感器，包括一個由一個環(huán)形鐵心形成的磁路；一段有電流流經(jīng)的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被所述的環(huán)形鐵心環(huán)繞；一個設(shè)置在所述環(huán)形鐵心上的次級線圈；和一個磁場測量元件，所述磁場測量元件設(shè)置在所述環(huán)形鐵心的一氣隙中，并對所述氣隙中的磁場敏感，其特征在于所述的測量傳感器中設(shè)置有一參考電流設(shè)定裝置，以把一個參考電流作用在所述的次級線圈上，所述的參考電流可設(shè)定有電流流過的導(dǎo)體中的電流。
2.如權(quán)利要求1所述的測量傳感器，其特征在于所述磁通量測量元件是一霍爾元件。
3.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量傳感器，其特征在于連接在所述磁通量測量元件輸出端之后的是一個用來放大所述磁通量測量元件的電輸出信號的放大器。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量傳感器，其特征在于所述的測量傳感器中有一個控制或調(diào)整單元，用以控制或調(diào)整所述導(dǎo)體中流過的電流，以此使得流經(jīng)所述導(dǎo)體的電流接近于所述的參考電流。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的測量傳感器，其特征在于一裝置連接在所述磁通量測量元件之后，用于把所述參考電流與所述磁通量測量元件的輸出信號疊加起來，以形成待測電流的絕對值。
6.一種用于控制或調(diào)整流經(jīng)一導(dǎo)體的電流的控制元件，所述控制元件具有一如前述權(quán)利要求中任一項所述的用于測量流經(jīng)所述導(dǎo)體的電流的測量傳感器。
7.一種變頻器，特別是一種適用于風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的變頻器，具有一個如權(quán)利要求6所述的控制元件，用以控制所述變頻器的輸出電流。
8.如權(quán)利要求7所述的變頻器，其特征在于所述參考電流設(shè)定裝置是所述變頻器的一組成部分。
9.一種具有如權(quán)利要求7或8所述的變頻器的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測量傳感器，所述測量傳感器用來對流經(jīng)一段導(dǎo)體的電流與一參考電流進(jìn)行比較，其包括一個由一個環(huán)形鐵心形成的磁路；一段有待測電流流經(jīng)的導(dǎo)體，所述導(dǎo)體被所述的環(huán)形鐵心環(huán)繞；一個設(shè)置在所述環(huán)形鐵心上的次級線圈；和一個磁場測量元件，所述磁場測量元件設(shè)置在所述環(huán)形鐵心的一氣隙中，并對所述氣隙中的磁場敏感。為了使所述的測量傳感器能夠可靠地檢測出待測電流相對于一參考電流的高頻偏移，在本發(fā)明中建議設(shè)置一參考電流設(shè)定裝置，用于把一個參考電流作用在所述的次級線圈上。本發(fā)明中所述的測量傳感器優(yōu)選地用于測量風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的變頻器的輸出電流。
文檔編號G01R15/20GK1554027SQ02817841
公開日2004年12月8日 申請日期2002年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月14日
發(fā)明者艾勞埃斯·烏本, 艾勞埃斯 烏本 申請人:艾勞埃斯·烏本, 艾勞埃斯 烏本