BR112019019733A2 - método para medir uma corrente por meio de um dispositivo de medição de corrente. - Google Patents

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Abstract

a invenção se refere a um método para medir uma corrente por meio de um dispositivo de medição de corrente. o dispositivo de medição de corrente (1) tem pelo menos dois sensores (11) de um primeiro tipo e pelo menos dois sensores (12) de um segundo tipo. a fim de melhorar a precisão de medição, os sensores (11) do primeiro tipo são sensores de campo de fluxo magnético, e os sensores (12) do segundo tipo são sensores de hall. os sensores (11) do primeiro tipo têm um grau mais alto de sensibilidade que os sensores (12) do segundo tipo, e os primeiros sensores (11) são arranjados em um primeiro trajeto circunferencial, em particular de uma elipse ou um primeiro trajeto circular (k1), de uma maneira radialmente simétrica, e os segundos sensores (12) são arranjados em um segundo trajeto circunferencial, em particular de uma elipse ou um segundo trajeto circular (k2), de uma maneira radialmente simétrica, em que cada sensor (11) do primeiro tipo é arranjado adjacentemente a um sensor (12) do segundo tipo. a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores (11) do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de pelo menos dois sensores (11) do primeiro tipo se encontram dentro da faixa de medição e, caso contrário, pelo menos um sensor (12) do segundo tipo é avaliado.

Description

MÉTODO PARA MEDIR UMA CORRENTE POR MEIO DE UM DISPOSITIVO DE MEDIÇÃO DE CORRENTE [001] A invenção se refere a um método para medir uma corrente por meio de um dispositivo de medição de corrente.
[002] Dispositivos de medição de corrente, também referidos como sensores de corrente, são usados a fim de medir ou determinar correntes em pontos específicos dentro de instalações elétricas. Nesse contexto, um arranjo de sensores para um dispositivo de medição de corrente e um correspondente método de avaliação são considerados, que permitem uma medição eficiente de energia de correntes entre 400A e lOkA sem um concentrador de fluxo (circuito de fluxo). Esse arranjo de sensores dispensa um circuito ferromagnético e permite uma suscetibilidade melhorada a interferência dos campos de condutores de interferência paralelos, como são comuns em um sistema de corrente trifásico, por comparação com a técnica anterior. Tais sensores de corrente podem encontrar uso em conversores para baixas e médias tensões ou em monitoramento de batería. Principalmente, os conversores para acionamentos de navios ou de trens ou turbinas eólicas se movem nessa faixa de corrente e são frequentemente construídos de uma maneira tão compacta que altos campos externos, mas também campos internos superpostos (realimentação de trilho condutor), são comuns no local da medição de corrente. Graças à operação de “enlace aberto”, a faixa de medição do arranjo de sensores é limitada pela faixa de medição do sensor individual. Além disso, os sensores de campo magnético, que possuem a faixa de medição necessária para os campos máximos (aproximadamente 50 mT), têm um erro de desvio relativamente grande de consideravelmente acima de 1% do valor máximo. São quase que exclusivamente sensores de Hall, conhecidos por seus erros de desvio, que operam nessa faixa de campo. Uma vez que o erro de desvio dos sensores individuais se altera com a temperatura e sobre o tempo, uma adicional estabilização de desvio analógica ou digital é
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2/9 difícil.
[003] Até agora, a corrente foi medida, por exemplo, usando resistores shunt, toróides, bobinas de Rogowski ou amostras de campo individuais (amostra de Hall ou sensor de GMR). Nas instalações de medição previamente conhecidas, o erro de desvio comparativamente grande e a baixa precisão associada com o mesmo são aceitos em baixas correntes. Deve ser mencionado aqui que uma simples compensação direta do erro de desvio observado é somente possível com dificuldade devido a seu comportamento de tempo não determinístico e ao comportamento de temperatura significantemente não linear. A faixa de medição do arranjo de sensores resultou da faixa de medição de sensores individuais disponíveis. Uma vez que os sensores da tecnologia de Hall, disponíveis, com uma faixa de medição de aproximadamente 25 mT e superior, permitem uma precisão muito boa e a tecnologia de MR disponível como uma alternativa somente permitem sensores com uma faixa de medição de até 1 mT, por um longo tempo existiu um grande vão na faixa de medição para sensores de campo magnéticos de “escala de pastilha”. Além disso, os sensores de MR se descalibraram em campos maiores que aproximadamente 20 mT por uma extensão que a precisão é consideravelmente deteriorada.
[004] A invenção é baseada no objetivo de especificar um dispositivo de medição de corrente, que permita uma precisão mais alta quando se mede uma corrente.
[005] Esse objetivo é alcançado por um método para medir uma corrente por meio de um dispositivo de medição de corrente, em que o dispositivo de medição de corrente tem pelo menos dois sensores de um primeiro tipo pelo menos dois sensores de um segundo tipo, em que os sensores do primeiro tipo são sensores de campo de fluxo magnético e os sensores do segundo tipo são sensores de Hall, em que os sensores do primeiro tipo têm uma sensibilidade mais alta que os sensores do segundo
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3/9 tipo, em que os primeiros sensores são arranjados com simetria radial em um primeiro trajeto circunferencial, em particular uma elipse ou um primeiro trajeto circular, e os segundos sensores são arranjados com simetria radial em um segundo trajeto circunferencial, em particular uma elipse ou um segundo trajeto circular, em que em cada caso, um sensor do primeiro tipo é arranjado adjacentemente a um sensor do segundo tipo, em que, a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de pelo menos dois sensores do primeiro tipo se encontram dentro da faixa de medição e, caso contrário, pelo menos um sensor do segundo tipo é avaliado.
[006] Outras modalidades vantajosas da invenção são especificadas nas outras reivindicações.
[007] A invenção é baseada no conhecimento de que a precisão de medição de um arranjo anular de sensores individuais é melhorada por sensores de tipos diferentes serem arranjados no ponto de medição ou nos pontos de medição, em cada caso, de forma que os sensores, por um lado, estejam tão diretamente próximos uns aos outros quanto possível e, por outro lado, todos os sensores de um tipo formem um arranjo de medição independente, que tenha a maior possível simetria radial. Nesse contexto, ambos os sensores de tipos diferentes são arranjados adjacentes uns aos outros em um ponto de medição. Isso significa que o espaçamento entre eles é menor que uma extensão de um dos sensores. Em adição a uma melhoria da precisão de medição, é também possível que a faixa de medição seja estendida por esse arranjo. Nesse contexto, os sensores de tipos diferentes podem ser arranjados adjacentemente de uma maneira tangencial ou radial.
[008] Sensibilidade, também referida como resolução, é entendida como a propriedade de ser capaz de capturar uma alteração em um valor de medição. Quanto mais alta a sensibilidade, tanto menor as alterações das variáveis de medição são capazes de ser assim capturadas.
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4/9 [009] A extensão da faixa de medição bem como a elevação da precisão de medição pelo dispositivo de medição de corrente podem ser obtidas por um método para medir uma corrente. Nesse contexto, essas vantagens podem ser obtidas por um método de comutação vantajoso entre os sensores de tipos diferentes. Por meio de exames com base em dados de medição real, levando em consideração interferências devidas a condutores transportando corrente adicionais, é possível mostrar que uma comutação de sensor baseada em tipo é superior a todos os outros métodos por uma extensão significante. A comutação de sensor baseada em tipo tem lugar de uma tal maneira que todos os sensores do primeiro tipo com uma alta sensibilidade sejam então sempre usados para calcular o valor de corrente, se uma pluralidade de sensores, isto é, pelo menos dois sensores, do primeiro tipo fornecerem valores individuais válidos dentro de sua faixa de medição, em cada caso. Nesse contexto, valores de medição válidos individuais são aqueles que se encontram dentro da faixa de medição permissível do sensor. Caso contrário, os sensores do segundo tipo são sempre usados para calcular o valor de corrente. Isso significa então, se pelo menos dois sensores do primeiro tipo estiverem situados dentro de sua faixa de medição de campo magnético simultaneamente, que os sinais dos sensores do primeiro tipo são usados para calcular a corrente; caso contrário, os sinais dos sensores do segundo tipo são usados para calcular a corrente.
[0010] Aqui, os sensores do primeiro tipo e do segundo tipo, em cada caso, formam dois arranjos anulares concêntricos de sensores com orientação paralela da direção sensível de campo. Se um sensor individual for sobrecarregado, todavia, nenhuma comutação tem lugar em termos de sensores. A fim de obter bons resultados de medição, uma comutação baseada em tipo é realizada. As vantagens desse método se situam em uma extensão da faixa de medição, um aumento geral na precisão e uma possível redução do erro de desvio.
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5/9 [0011] Os sensores do primeiro tipo são sensores de campo de fluxo magnético e os sensores do segundo tipo são sensores de Hall. Esses sensores são disponíveis no mercado a um custo razoável. Além disso, o tamanho de instalação dos mesmos é correspondentemente pequeno, significando que eles podem ser integrados em um dispositivo de medição de uma maneira simples. [0012] Uma pessoa versada na técnica sabe, como descrito na enciclopédia livremente acessível Wikipédia, por exemplo, que a faixa de medição é a faixa de uma variável de medição na qual os desvios de medição se encontram dentro de limites estipulados. Os limites de erro estipulados são somente válidos na faixa de medição definida. Além da faixa de medição, nada é garantido em termos de precisão. Até mesmo em sensores de campo de fluxo magnético e sensores de Hall, a faixa de medição é especificada na folha de dados.
[0013] Em uma modalidade vantajosa da invenção, os sensores do primeiro tipo têm uma sensibilidade que é mais alta pelo fator 5 a 20 em comparação com os sensores do segundo tipo. Foi mostrado que isso permite que um erro de desvio particularmente baixo seja obtido. Se a sensibilidade dos sensores do primeiro tipo for maior pelo fator de 5 a 20 em comparação com os sensores do segundo tipo, então um erro de desvio muito baixo pode ser obtido na prática em relação à faixa de medição. Assim, as faixas de medição dos sensores individuais de tipos diferentes podem ser escalonadas de uma maneira sensível, a fim de manter baixo o erro de medição.
[0014] Em uma modalidade vantajosa adicional da invenção, a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de todos os sensores do primeiro tipo se encontram dentro da faixa de medição e, caso contrário, pelo menos um dos sensores do segundo tipo é avaliado.
[0015] Isso significa que tão logo um valor de medição de um dos sensores do primeiro tipo deixe essa faixa de medição, a corrente é calculada
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6/9 por pelo menos um sensor do segundo tipo, em particular por uma soma ponderada através dos sensores do segundo tipo. Somente se os valores de medição de todos os sensores do primeiro tipo se originarem de uma faixa válida, o valor de corrente será calculado através de pelo menos um dos sensores do primeiro tipo, em particular por intermédio de uma soma ponderada através dos sensores do primeiro tipo. Assim, todos os sensores contribuem para a determinação melhorada de uma corrente e um valor de medição pode ser determinado com precisão particularmente alta.
[0016] Em uma modalidade vantajosa adicional da invenção, durante a determinação da intensidade de corrente pelos sensores do primeiro tipo, um valor de correção para o deslocamento dos sensores do segundo tipo é determinado como uma função dos valores de medição a partir dos sensores do segundo tipo, em particular adicionalmente como uma função da intensidade de corrente determinada pelos sensores do primeiro tipo. Se o valor de corrente válido dos sensores do primeiro estiver atualmente sendo calculado, então a corrente dos sensores do segundo tipo é também calculada em paralelo em um tipo de cálculo adicional. Nesse contexto, o cálculo pode ter lugar em ambos os, e em um dos casos, por intermédio de uma soma ponderada dos valores de medição dos sensores individuais. A partir disso, um valor de correção prevalecente para o desvio do arranjo de sensores do segundo tipo é então determinado. Aqui, a corrente medida pelos sensores do segundo tipo é determinada como
I _ V 7/ çíipo 7.7 _ r _ p:-------foipo Π — 2* — MesvioJI — ^desmoJZ [0017] Um valor individual para o fator de correção resulta disto como jz _ y/1» tf . _ r _ fy 7 _ çtípo / _ , \ *vdesinolJ A; ‘demal/ xa» j / -‘destno.J/ [0018] Vantajosamente, o valor de correção para o desvio do arranjo de sensores do segundo tipo é determinado em uma faixa maior possível de valores válidos do arranjo de sensores do primeiro tipo. Para a
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7/9 correção do valor de corrente com o cálculo válido sobre a soma ponderada através dos sensores do segundo tipo, o valor médio dos valores de correção finais são então usados para o desvio do arranjo de sensores do segundo tipo tJí?5VÍ 0,11 [0019] A invenção é descrita e explicada em mais detalhe abaixo com base nas modalidades de exemplo mostradas nas figuras, nas quais:
a figura 1 mostra uma primeira modalidade de exemplo de um dispositivo de medição de corrente, a figura 2 mostra uma segunda modalidade de exemplo de um dispositivo de medição de corrente, e a figura 3 mostra uma implementação possível de um método para correção de desvio.
[0020] A figura 1 mostra uma primeira modalidade de exemplo de um dispositivo de medição de corrente 1 em tomo de um condutor elétrico 2. Aqui, o dispositivo de medição de corrente 1 tem uma multiplicidade de sensores 11 de um primeiro tipo e, adjacentes a esses em cada caso, uma pluralidade de sensores 12 de um segundo tipo. Nessa modalidade de exemplo, adjacente significa que o espaçamento entre dois sensores é menor que a extensão mínima dos sensores. Os tipos diferem, por exemplo, em seus princípios de medição, nesse contexto. Os sensores de tipos diferentes são arranjados em um trajeto circular comum K. Nesse contexto, o arranjo tem lugar de forma que a orientação de campo 20, que pode ser medida pelo respectivo sensor, seja orientada tangencialmente ao trajeto circular. A fim de se poder avaliar os sinais de medição dos sensores individuais, o dispositivo de medição de corrente 1 tem uma unidade eletrônica de avaliação 13. A fim de arranjar o dispositivo de medição 1 em tomo do condutor elétrico de uma maneira simples, tem provado ser vantajoso na construção circular do dispositivo de medição de corrente 1 prover uma abertura angular 21. Quanto mais flexível o dispositivo de medição de corrente 1, tanto menor pode ser
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8/9 configurada a abertura angular 21.
[0021] A figura 2 mostra uma modalidade adicional de exemplo do dispositivo de medição de corrente 1. Para evitar repetição, referência é feita à descrição relacionada à figura 1 e aos caracteres de referência introduzidos na mesma. Nessa modalidade de exemplo, os sensores dos tipos diferentes são em cada caso arranjados adjacentemente em diferentes trajetos circulares concêntricos Κι, K2. Nessa modalidade de exemplo, adjacente significa que o espaçamento entre dois sensores é menor que a extensão mínima dos sensores. Também nesse arranjo, é possível que um resultado de medição comparativamente bom seja obtido, como na construção da modalidade de exemplo explicada acima.
[0022] A figura 3 mostra um fluxograma para um método de medição vantajoso para uma correção de desvio. Em uma primeira etapa 101, a medição uma corrente tem lugar por meio dos sensores do primeiro tipo e do segundo tipo. Em uma decisão 102, é verificado se todos os valores de medição dos sensores do primeiro tipo estão situados na faixa de medição permitida. Se esse não for o caso, então o método retorna para a primeira etapa 101 no trajeto N (para “não”) e novos valores de medição são gravados. No outro caso Y (para “sim”), no qual os valores de medição dos sensores do primeiro tipo se encontram então na faixa permitida, o desvio é determinado a partir dos valores dos sensores 12 do segundo tipo na etapa 103. Somente quando uma quantidade mínima de valores para é obtida, um valor de desvio para os sensores do segundo tipo é estipulado na etapa 105. Caso contrário, a decisão 104 assegura que o método continue, com a determinação de novos valores de medição na etapa 101 mais uma vez. [0023] Em suma, a invenção se refere a um dispositivo de medição de corrente. A fim de melhorar a precisão de medição, é proposto que o dispositivo de medição de corrente tenha pelo menos dois sensores de um primeiro tipo e pelo menos dois sensores de um segundo tipo, em que os
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9/9 sensores do primeiro tipo têm uma sensibilidade mais alta que os sensores do segundo tipo, sendo que os primeiros sensores são arranjados com simetria radial em um primeiro trajeto circular e os segundos sensores são arranjados com simetria radial em um segundo trajeto circular, em que, em cada caso, um sensor do primeiro tipo é arranjado adjacentemente a um sensor do segundo tipo. A invenção se refere adicionalmente a um método para medir uma corrente por meio de um tal dispositivo de medição de corrente, em que, a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de pelo menos dois sensores do primeiro tipo se encontrarem dentro da faixa de medição e, caso contrário, pelo menos um sensor do segundo tipo é avaliado.

Claims (3)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para medir uma corrente por meio de um dispositivo de medição de corrente, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de medição de corrente (1) tem pelo menos dois sensores (11) de um primeiro tipo tem pelo menos dois sensores (12) de um segundo tipo, em que os sensores (11) do primeiro tipo têm uma sensibilidade mais alta que os sensores (12) do segundo tipo, em que os sensores (11) do primeiro tipo são arranjados com simetria radial em um primeiro trajeto circunferencial, em particular uma elipse ou um primeiro trajeto circular (Ki), e os sensores (12) do segundo tipo são arranjados com simetria radial em um segundo trajeto circunferencial, em particular uma elipse ou um segundo trajeto circular (K2), em que em cada caso, um sensor (11) do primeiro tipo é arranjado adjacentemente a um sensor (12) do segundo tipo, caracterizado pelo fato de que os sensores (11) do primeiro tipo são sensores de campo de fluxo magnético e os sensores (12) do segundo tipo são sensores de Hall, em que os sensores (11) do primeiro tipo têm uma sensibilidade que é mais alta pelo fator 5 a 20 em comparação com os sensores (12) do segundo tipo, em que, a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores (11) do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de pelo menos dois sensores (11) do primeiro tipo se encontram dentro da faixa de medição e, caso contrário, pelo menos um sensor (12) do segundo tipo é avaliado.
  2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a fim de determinar a intensidade de corrente, pelo menos um dos sensores (11) do primeiro tipo é avaliado, se os valores de medição de todos os sensores (11) do primeiro tipo se encontrarem dentro da faixa de medição e, caso contrário, os sensores (12) do segundo tipo são avaliados.
    Petição 870190094577, de 20/09/2019, pág. 25/26
    2/2
  3. 3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que, durante a determinação da intensidade de corrente pelos sensores (11) do primeiro tipo, um valor de correção para o deslocamento dos sensores do segundo tipo é determinado como uma função dos valores de medição a partir dos sensores (12) do segundo tipo como uma função da intensidade de corrente determinada pelos sensores (11) do primeiro tipo.
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