CH707221A2

CH707221A2 - Measurement method for measurement of inductance in magnetic flux density or magnetic saturation in inductive element, involves rectifying measurement current and detecting measurement signal corresponding to rectified measurement current

Info

Publication number: CH707221A2
Application number: CH02365/12A
Authority: CH
Inventors: Gabriel Ortiz; Lukas Fässler; Johann Walter Kolar
Original assignee: Eth Zürich Eth Transfer
Priority date: 2012-11-13
Filing date: 2012-11-13
Publication date: 2014-05-15
Also published as: CH707221B1

Abstract

The measurement method involves generating a periodically changing measurement voltage across a measuring coil (4), where a measurement current is formed, which is proportional to the current through the measuring coil. The measurement current is rectified and a measurement signal corresponding to the rectified measurement current is detected. A measuring core (3) is provided with another measuring coil, with which a measurement flow is generated, which is superimposed on a section of main flow. An independent claim is included for a measuring device for the measurement of inductance in a magnetic flux density or a magnetic saturation in an inductive element.

Description

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Mess- und Steuerungstechnik für induktive Schaltungselemente wie Transformatoren, Drosseln. Sie bezieht sich auf ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte gemäss dem Oberbegriff der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. The invention relates to the field of measurement and control technology for inductive circuit elements such as transformers, chokes. It relates to a measuring method and a measuring device for measuring inductance when measuring a magnetic flux density according to the preamble of the corresponding independent claims.

[0002] Die magnetische Aussteuerung des Magnetkernes eines Transformators erfolgt stationär idealerweise symmetrisch um den Ursprung der B-H-Ebene. Dies ist nur dann gegeben, wenn an keiner der den Magnetkern umschliessenden Wicklungen ein Gleichspannungsanteil anliegt. Real tritt jedoch, insbesondere bei der Einbindung von Transformatoren in leistungselektronische Konverter i.a. ein geringer parasitärer Gleichanteil an einer mit eingeprägter Spannung betriebenen Wicklung auf. Dieser kann nur von parasitären ohmschen Widerständen der Wicklung bzw. des diese speisenden leistungselektronischen Konverters aufgenommen werden und resultiert demgemäss in einem Gleichanteil des Primärstromes welcher zu einer Vormagnetisierung des Magnetkreises bzw. zu einer unsymmetrischen magnetischen Aussteuerung führt. Nachteilige Folgen dieser Asymmetrie können Sättigung des Magnetkreises und daraus resultierende hoher Stromspitzenwerte, unsymmetrische Beanspruchung und Überlastung von Schaltelementen, sowie höhere Kernverluste sein. The magnetic modulation of the magnetic core of a transformer takes place stationary ideally symmetrically about the origin of the B-H level. This is only the case if none of the windings surrounding the magnetic core has a DC voltage component. In reality, however, especially when integrating transformers into power electronic converters, a small parasitic DC component on a winding operated with an impressed voltage. This can only be absorbed by parasitic ohmic resistances of the winding or of the power electronic converter feeding it and accordingly results in a direct component of the primary current which leads to a bias of the magnetic circuit or to an asymmetrical magnetic modulation. Disadvantageous consequences of this asymmetry can be saturation of the magnetic circuit and the resulting high current peaks, asymmetrical loading and overloading of switching elements, as well as higher core losses.

[0003] Das Auftreten eines Gleichanteiles z.B. der Primärspannung bzw. einer Asymmetrie der innerhalb einer Taktperiode an die Primärwicklung gelegten positiven und negativen Spannungszeitflächen muss daher insbesondere bei Systemen hoher Leistung verhindert werden. Dazu kann eine direkte oder indirekte Messung der Flussdichte im Trafokern erfolgen und dann durch einen entsprechenden Eingriff in die Steuerung der die Wicklung speisenden Transistorvollbrückenschaltung das Spannungszeitflächengleichgewicht bzw. eine symmetrische magnetische Aussteuerung aktiv sichergestellt werden. Die aktuelle Flussdichte kann z.B. mittels eines, in einer Ausnehmung des Magnetkernes platzierten Hallelements oder mittels einer Feldplatte gemessen werden. Ein solcher Eingriff in den Magnetkreis ist jedoch vielfach nicht möglich, sodass indirekte Verfahren vorzuziehen sind. The occurrence of a constant component e.g. the primary voltage or an asymmetry of the positive and negative voltage-time areas applied to the primary winding within a clock period must therefore be prevented, especially in high-power systems. For this purpose, a direct or indirect measurement of the flux density in the transformer core can take place and then the voltage-time area equilibrium or a symmetrical magnetic modulation can be actively ensured by a corresponding intervention in the control of the transistor full bridge circuit feeding the winding. The current flux density can e.g. can be measured by means of a Hall element placed in a recess in the magnetic core or by means of a field plate. Such an intervention in the magnetic circuit is, however, often not possible, so that indirect methods are preferable.

[0004] Die schweizerische Patentanmeldung mit Anmeldenummer 02164/10 beschreibt ein induktives Element mit einer Messvorrichtung zum Bestimmen der magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung im induktiven Element, sowie ein entsprechendes Messverfahren. Die Messung der Flussdichte oder der Sättigung wird dabei auf die Messung einer Induktivität zurückgeführt. The Swiss patent application with application number 02164/10 describes an inductive element with a measuring device for determining the magnetic flux density or a magnetic saturation in the inductive element, as well as a corresponding measuring method. The measurement of the flux density or the saturation is traced back to the measurement of an inductance.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche mit geringem Aufwand eine möglichst genaue Messung erlaubt. The object of the invention is to create a measuring method and a measuring device for inductance measurement when measuring a magnetic flux density or a magnetic saturation of the type mentioned, which allows the most accurate measurement possible with little effort.

[0006] Diese Aufgabe lösen ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche. [0006] This object is achieved by a measuring method and a measuring device for measuring inductance when measuring a magnetic flux density or a magnetic saturation with the features of the corresponding independent claims.

[0007] Das Messverfahren dient also zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung in einem induktiven Element, wobei das induktive Element einen Hauptkern mit mindestens einer Hauptwicklung zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eines Hauptflusses im Hauptkern aufweist. Mittels eines ersten Messkernes ist mit einer ersten Messwicklung ein Messfluss erzeugbar, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist. Dabei werden die folgenden Schritte ausgeführt: – Erzeugen einer periodisch wechselnden ersten Messspannung über der ersten Messwicklung; – Bilden eines ersten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die erste Messwicklung ist; – Gleichrichten des ersten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend dem gleichgerichteten ersten Messstrom. The measuring method is used to measure inductance when measuring a magnetic flux density or a magnetic saturation in an inductive element, the inductive element having a main core with at least one main winding for generating a magnetic field and a main flux in the main core. By means of a first measuring core, a measuring flux can be generated with a first measuring winding, which is overlaid with the main flux in a section. The following steps are carried out: - Generating a periodically changing first measurement voltage across the first measurement winding; - Formation of a first measuring current which is proportional to the current through the first measuring winding; Rectifying the first measurement current and acquiring a measurement signal corresponding to the rectified first measurement current.

[0008] In einer Variante des Verfahrens liegt ein zweiter Messkern mit einer zweiten Messwicklung vor, mit welchem ebenfalls ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, und werden die folgenden Schritte ausgeführt: – Erzeugen einer periodisch wechselnden zweiten Messspannung über der zweiten Messwicklung, wobei die zweite Messspannung die gleiche Periodendauer wie die erste Messspannung aufweist und gegenüber der ersten Messspannung um eine Viertelperiode verschoben ist; – Bilden eines zweiten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die zweite Messwicklung ist; – Gleichrichten des zweiten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend der Summe des gleichgerichteten ersten Messstromes und des gleichgerichteten zweiten Messstromes. In a variant of the method, there is a second measuring core with a second measuring winding, with which a measuring flux can also be generated, which is superimposed with the main flux in a section, and the following steps are carried out: - Generating a periodically changing second measurement voltage across the second measurement winding, the second measurement voltage having the same period duration as the first measurement voltage and being shifted by a quarter period compared to the first measurement voltage; - Formation of a second measuring current which is proportional to the current through the second measuring winding; Rectification of the second measuring current and acquisition of a measuring signal corresponding to the sum of the rectified first measuring current and the rectified second measuring current.

[0009] In einer Variante des Verfahrens weisen die erste und die zweite Messspannung einen bezüglich Null symmetrischen Verlauf auf. In one variant of the method, the first and the second measurement voltage have a curve that is symmetrical with respect to zero.

[0010] In einer Variante des Verfahrens sind die erste und die zweite Messspannung Rechteckspannungen. In a variant of the method, the first and the second measurement voltage are square-wave voltages.

[0011] In einer Variante des Verfahrens wird mittels eines ersten Teilmesskerns mit einer ersten Teilmesswicklung und eines zweiten Teilmesskerns mit einer zweiten Teilmesswicklung jeweils ein Messfluss erzeugt wir, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist. Dabei wird durch den Hauptfluss in der ersten Teilmesswicklung und in der zweiten Teilmesswicklung jeweils eine Spannung induziert, und wird durch eine Serieschaltung der beiden Teilmesswicklungen eine Summenspannung erzeugt, in welcher sich diese beiden induzierten Spannungen im Wesentlichen aufheben. In a variant of the method, a measuring flux is generated by means of a first part measuring core with a first part measuring winding and a second part measuring core with a second part measuring winding, which is superimposed with the main flux in a section. In this case, a voltage is induced in each case by the main flux in the first part measuring winding and in the second part measuring winding, and a total voltage is generated by connecting the two part measuring windings in series, in which these two induced voltages essentially cancel each other out.

[0012] Die Messvorrichtung dient zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung in einem induktiven Element. Dabei weist das induktive Element einen Hauptkern mit mindestens einer Hauptwicklung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Hauptkern auf: – Die Messvorrichtung weist ferner einen vom Hauptkern verschiedenen ersten Messkern mit einer ersten Messwicklung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im ersten Messkern auf: – ein von der Hauptwicklung erzeugter magnetischer Fluss, im Folgenden auch Hauptfluss genannt, und ein von der ersten Messwicklung erzeugter magnetischer Fluss, überlagern sich in mindestens einem Teilbereich des Hauptkernes und/oder des ersten Messkernes; – die Messvorrichtung weist eine Messsignalquelle auf, welche zum Erzeugen einer periodisch wechselnden ersten Messspannung über der ersten Messwicklung angeordnet ist; – die Messvorrichtung weist einen Stromwandler auf, der zum Bilden eines ersten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die erste Messwicklung ist. angeordnet ist; und – die Messvorrichtung weist einen Messgleichrichter auf, welcher zum Gleichrichten des ersten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend dem gleichgerichteten ersten Messstrom angeordnet ist. The measuring device is used to measure inductance when measuring a magnetic flux density or a magnetic saturation in an inductive element. The inductive element has a main core with at least one main winding for generating a magnetic field in the main core: The measuring device also has a first measuring core that is different from the main core and has a first measuring winding for generating a magnetic field in the first measuring core: A magnetic flux generated by the main winding, hereinafter also referred to as the main flux, and a magnetic flux generated by the first measuring winding, superimpose in at least a partial area of the main core and / or the first measuring core; The measuring device has a measuring signal source which is arranged over the first measuring winding to generate a periodically changing first measuring voltage; The measuring device has a current transformer which is used to generate a first measuring current which is proportional to the current through the first measuring winding. is arranged; and The measuring device has a measuring rectifier which is arranged to rectify the first measuring current and to acquire a measuring signal corresponding to the rectified first measuring current.

[0013] In einer Ausführungsform weist die Messvorrichtung: – einen vom Hauptkern verschiedenen zweiten Messkern mit einer zweiten Messwicklung zum Erzeugen eines Magnetfeldes im zweiten Messkern auf; – überlagern ein von der Hauptwicklung erzeugter magnetischer Fluss und ein von der zweiten Messwicklung erzeugter magnetischer Fluss sich in mindestens einem Teilbereich des Hauptkernes und/oder des zweiten Messkernes; – ist die Messsignalquelle zum Erzeugen einer periodisch wechselnden zweiten Messspannung über der zweiten Messwicklung angeordnet, wobei die zweite Messspannung die gleiche Periodendauer wie die erste Messspannung aufweist und gegenüber der ersten Messspannung um eine Viertelperiode verschoben ist; – weist die Messvorrichtung einen zweiten Stromwandler auf, der zum Bilden eines zweiten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die zweite Messwicklung ist, angeordnet ist; und – ist der Messgleichrichter zum Gleichrichten des zweiten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend der Summe des gleichgerichteten ersten Messstromes und des gleichgerichteten zweiten Messstromes angeordnet. In one embodiment, the measuring device has: - A second measuring core different from the main core and having a second measuring winding for generating a magnetic field in the second measuring core; - a magnetic flux generated by the main winding and a magnetic flux generated by the second measuring winding are superimposed in at least a partial area of the main core and / or the second measuring core; The measurement signal source for generating a periodically changing second measurement voltage is arranged across the second measurement winding, the second measurement voltage having the same period duration as the first measurement voltage and being shifted by a quarter period with respect to the first measurement voltage; The measuring device has a second current transformer which is arranged to form a second measuring current which is proportional to the current through the second measuring winding; and The measuring rectifier is arranged for rectifying the second measuring current and detecting a measuring signal corresponding to the sum of the rectified first measuring current and the rectified second measuring current.

[0014] In einer Ausführungsform weist die Messvorrichtung zum Erzeugen der ersten Messspannung und falls benötigt auch der zweiten Messspannung, und jeweils zum Speisen der ersten Messwicklung und falls vorhanden auch der zweiten Messwicklung jeweils eine Halbbrückenschaltung zum wechselweisen Anlegen einer positiven und einer negativen Speisegleichspannung an einen Anschluss der jeweiligen Messwicklung auf. In one embodiment, the measuring device for generating the first measuring voltage and, if required, the second measuring voltage, and in each case for feeding the first measuring winding and, if present, also the second measuring winding, each have a half-bridge circuit for alternately applying a positive and a negative DC supply voltage to one Connection of the respective measuring winding.

[0015] In einer Ausführungsform liegen ein erster Teilmesskern mit einer ersten Teilmesswicklung und ein zweiter Teilmesskern mit einer zweiten Teilmesswicklung vor, mit welchen jeweils ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist. Dabei sind die erste Teilmesswicklung und die zweite Teilmesswicklung in Serie geschaltet und sind in entgegen gesetzte Richtungen gewickelt. In one embodiment, there is a first partial measuring core with a first partial measuring winding and a second partial measuring core with a second partial measuring winding, with each of which a measuring flux can be generated, which is superimposed in a section with the main flux. The first part measuring winding and the second part measuring winding are connected in series and are wound in opposite directions.

[0016] Ein zweiter Messkern mit einer zweiten Messwicklung vor, mit welchem ebenfalls ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, wobei die erste Messwicklung und die zweite Messwicklung in Serie geschaltet sind und in entgegen gesetzte Richtungen gewickelt sind. A second measuring core with a second measuring winding before, with which a measuring flux can also be generated, which is superimposed in a section with the main flux, the first measuring winding and the second measuring winding are connected in series and are wound in opposite directions.

[0017] Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor. Dabei sind Merkmale der Verfahrensansprüche sinngemäss mit den Vorrichtungsansprüchen kombinierbar und umgekehrt. Further preferred embodiments emerge from the dependent patent claims. Features of the method claims can be combined with the device claims and vice versa.

[0018] Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch: Fig. 1a eine erste Ausführungsform eines induktiven Elementes mit einer Messvorrichtung, zusammen mit externen Beschaltungen welche mit dem induktiven Element als Transformator einen Gleichspannungswandler bilden; Fig. 1b – c eine B-H-Kennlinie des Kernmaterials und die an der Messvorrichtung sichtbare Induktivität in Abhängigkeit der magnetischen Aussteuerung; Fig. 2 eine Messvorrichtung gemäss einer Ausführungsform mit nur einer Messanordnung; Fig. 3 eine Messvorrichtung gemäss einer Ausführungsform mit zwei Messanordnungen; Fig. 4 Stromverläufe in der Messvorrichtung der Fig. 3 ; und Fig. 5 eine Messvorrichtung mit zwei Messkernen respektive Messwicklungen.In the following, the subject matter of the invention is explained in more detail with reference to preferred exemplary embodiments which are illustrated in the accompanying drawings. In each case schematically: FIG. 1 a shows a first embodiment of an inductive element with a measuring device, together with external circuits which form a DC / DC converter with the inductive element as a transformer; 1b-c a B-H characteristic curve of the core material and the inductance visible on the measuring device as a function of the magnetic modulation; 2 shows a measuring device according to an embodiment with only one measuring arrangement; 3 shows a measuring device according to an embodiment with two measuring arrangements; FIG. 4 current profiles in the measuring device of FIG. 3; and FIG. 5 shows a measuring device with two measuring cores or measuring windings.

[0019] Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Basically, the same parts are provided with the same reference numerals in the figures.

[0020] Figur 1a zeigt eine erste Ausführungsform eines induktiven Elementes mit einer Messvorrichtung. Das induktive Element ist durch einen Transformator mit einem Hauptkern 1 mit Hauptwicklungen 2 mit Windungszahlen W], W2 gebildet. Ein Wechselrichter 11 speist die eine Hauptwicklung 2, ein Gleichrichter 12 wird durch die zweite Hauptwicklung 2 gespeist. Zusammen bilden diese externen Beschaltungen mit dem Transformator einen Gleichspannungswandler. Die erfindungsgemässen Messvorrichtungen und -Verfahren für die Flussdichte im Hauptkern 1 sind natürlich auch auf andere induktive Elemente wie Drosseln und auf Elemente mit anderer externer Beschaltung anwendbar, beispielsweise mehrphasige Transformatoren und beidseitig mit aktiven Schaltern versehene Wandler. Am Hauptkern 1 angesetzt ist ein Messkern 3 mit einer Sensorwicklung oder Messwicklung 4. Die Messwicklung 4 mit Windungszahl WSist durch eine Spannungsquelle 13 einer Messeinheit 7 gespeist, beispielsweise über einen optionalen Serienkondensator mit Kapazität CS. Die Messeinheit 7 ist – je nach Ausführungsvariante – zur Speisung der Messwicklung 4 und zur Erfassung und Verarbeitung von Spannungen und Strömen an der Messwicklung 4 ausgebildet. Eine Messeinrichtung 8 zur Messung der Flussdichte im Hauptkern 1 weist die Messeinheit 7 und den Messkern 3 mit Messwicklung 4 auf. Figure 1a shows a first embodiment of an inductive element with a measuring device. The inductive element is formed by a transformer with a main core 1 with main windings 2 with numbers of turns W], W2. An inverter 11 feeds one main winding 2, a rectifier 12 is fed by the second main winding 2. Together with the transformer, these external circuits form a DC / DC converter. The inventive measuring devices and methods for the flux density in the main core 1 can of course also be applied to other inductive elements such as chokes and to elements with other external circuitry, for example multi-phase transformers and converters provided with active switches on both sides. Attached to the main core 1 is a measuring core 3 with a sensor winding or measuring winding 4. The measuring winding 4 with number of turns WS is fed by a voltage source 13 of a measuring unit 7, for example via an optional series capacitor with capacitance CS. The measuring unit 7 is designed - depending on the embodiment variant - to feed the measuring winding 4 and to record and process voltages and currents on the measuring winding 4. A measuring device 8 for measuring the flux density in the main core 1 has the measuring unit 7 and the measuring core 3 with measuring winding 4.

[0021] In den Kernen 1. 3 sind schematisch die magnetischen Kreise durch Hauptkern 1 und Messkern 3 dargestellt: Ein Hauptkreis führt durch den Hauptkern 1 und ein Messkreis durch den Messkern 3. Die beiden Kreise überlagern sich in einem Abschnitt des Hauptkernes 1 mit Reluktanz Rm. Die Anordnung der Sensor-Vorrichtung ist ohne Eingriff in den Flusspfad des Transformators möglich. In the cores 1. 3, the magnetic circuits through the main core 1 and measuring core 3 are shown schematically: A main circuit leads through the main core 1 and a measuring circuit through the measuring core 3. The two circles are superimposed in a section of the main core 1 with reluctance Rm. The arrangement of the sensor device is possible without interfering with the flow path of the transformer.

[0022] Durch den Trafo-Hauptfluss wird der Trafo-Magnetkern respektive Hauptkern 1 ausgesteuert und aufgrund der nicht-linearen Charakteristik des Magnetmaterials die Reluktanz Rmbeeinflusst. Die an den Klemmen der Messwicklung 4 zu messende Induktivität LSist damit abhängig von der Trafo-Hauptflussdichte und kann als Mass für den Momentanwert der Flussdichte, d.h. für den im Induktivitäts-Messintervall vorliegenden Wert, herangezogen werden. Im Detail ist die Reluktanz Rmumgekehrt proportional zur Steigung der B-H-Charakteristik des Kernmaterials des Hauptkernes 1 im jeweiligen Arbeitspunkt (vgl. Fig. 1b ) und nimmt aufgrund der nicht-linearen Charakteristik des Magnetmaterials mit zunehmender magnetischer Aussteuerung ab (vgl. Fig. 1c ). Die Induktivität im jeweiligen Arbeitspunkt ist umgekehrt proportional zur Reluktanz Rm. Aufgrund der gemessenen Induktivität kann damit direkt auf die Reluktanz geschlossen werden und weiter, mittels bekannter B-H-Charakteristik, auf den aktuellen Wert der Flussdichte. Dazu muss die B-H-Charakteristik des Materials vorgängig bekannt sein. The transformer magnetic core or main core 1 is controlled by the transformer main flux and, due to the non-linear characteristics of the magnetic material, the reluctance Rm is influenced. The inductance LS to be measured at the terminals of the measuring winding 4 is therefore dependent on the main transformer flux density and can be used as a measure for the instantaneous value of the flux density, i.e. for the value present in the inductance measuring interval. In detail, the reluctance Rm is inversely proportional to the slope of the BH characteristic of the core material of the main core 1 at the respective operating point (see Fig. 1b) and decreases with increasing magnetic modulation (see Fig. 1c) due to the non-linear characteristics of the magnetic material. . The inductance at the respective working point is inversely proportional to the reluctance Rm. Based on the measured inductance, conclusions can be drawn directly about the reluctance and further, using the known B-H characteristic, the current value of the flux density. To do this, the B-H characteristics of the material must be known in advance.

[0023] Die Induktivität kann in bekannter Weise bestimmt werden, wie bereits in der eingangs genannten Schweizerischen Patentanmeldung beschrieben ist. Im Folgenden werden weitere Vorrichtungen und Verfahren zur Induktivitätsmessung beschrieben. Diese Induktivitätsmessung kann dann zur Bestimmung einer Flussdichte und/oder Sättigung gemäss der eingangs genannten Schweizerischen Patentanmeldung verwendet werden. The inductance can be determined in a known manner, as already described in the aforementioned Swiss patent application. Further devices and methods for measuring inductance are described below. This inductance measurement can then be used to determine a flux density and / or saturation according to the Swiss patent application mentioned at the beginning.

[0024] Fig. 2 zeigt eine Messvorrichtung gemäss einer Ausführungsform mit nur einer Messanordnung. Die oben erwähnte optionale Kapazität CSist hier beispielhaft nicht eingezeichnet. Die Messvorrichtung weist eine Messsignalquelle 20 mit einer Halbbrückenschaltung mit zwei elektronischen Schaltern S1, auf, welche jeweils mit einem ersten Anschluss an einen positiven Anschlusspunkt 31 respektive an einen negativen Anschlusspunkt 32, welche von einer Spannungsquelle 25 gespeist sind, angeschlossen sind, und jeweils mit einem zweiten Anschluss an einen gemeinsamen Anschlusspunkt 33 und an mit einem ersten Anschluss der Messwicklung 4 verbunden sind. Ein zweiter Anschluss der Messwicklung 4 ist mit einem Referenzanschluss 34, welcher auf einem Referenz- oder Mittelpotential liegt, verbunden. Das Referenzpotential kann mit einem kapazitiven Spannungsteiler mit Kapazitäten Cq aus den Potentialen am positiven Anschlusspunkt 31 und am negativen Anschlusspunkt 32 gebildet werden. Ein Stromwandler 24 ist in einen der Anschlüsse der Messwicklung 4 in Serie zur Messwicklung 4 geschaltet und erzeugt in einem Messkreis einen Messstrom 1ml. Ein Messgleichrichter 23 ist zum Gleichrichten dieses Messstromes Im1 angeordnet. Eine Messimpedanz aus beispielsweise einer Parallelschaltung einer ersten Messkapazität Cm1 und eines ersten Messwiderstandes Rm1 ist vom gleichgerichteten Messstrom Im1 durchflossen, wodurch über der Messimpedanz eine Spannungssignal vm(t) auftritt. Dieses Spannungssignal dient als Messsignal. Das Messsignal kann beispielsweise mit einer Analogschaltung weiter verarbeitet werden, oder mittels eines Analog-Digital-Wandlers in ein Digitalsignal gewandelt und in digitaler Form weiter verarbeitet werden. [0024] FIG. 2 shows a measuring device according to an embodiment with only one measuring arrangement. The above-mentioned optional capacitance CS is not shown here as an example. The measuring device has a measuring signal source 20 with a half-bridge circuit with two electronic switches S1, which are each connected with a first connection to a positive connection point 31 and to a negative connection point 32, which are fed by a voltage source 25, and each with one second connection to a common connection point 33 and connected to a first connection of the measuring winding 4. A second connection of the measuring winding 4 is connected to a reference connection 34 which is at a reference or mean potential. The reference potential can be formed from the potentials at the positive connection point 31 and at the negative connection point 32 using a capacitive voltage divider with capacitances Cq. A current transformer 24 is connected to one of the connections of the measuring winding 4 in series with the measuring winding 4 and generates a measuring current 1 ml in a measuring circuit. A measuring rectifier 23 is arranged to rectify this measuring current Im1. The rectified measuring current Im1 flows through a measuring impedance from, for example, a parallel connection of a first measuring capacitance Cm1 and a first measuring resistor Rm1, as a result of which a voltage signal vm (t) occurs across the measuring impedance. This voltage signal is used as a measurement signal. The measurement signal can be processed further with an analog circuit, for example, or converted into a digital signal by means of an analog-digital converter and processed further in digital form.

[0025] Im Betrieb der Schaltung kann mittels der Schalter S1, eine periodische Rechteckspannung an die Messwicklung 4 gelegt werden. Es resultiert aufgrund der Induktivität der Messwicklung 4 ein im Wesentlichen als Dreiecksignal verlaufender Messstrom Im1. Der gleichgerichtete Messstrom Im1 ergibt ein durch die Messimpedanz geglättetes Spannungssignal vm(t). Dieses ist umgekehrt proportional zur Induktivität im Messkern 3. Daraus wiederum ist die Flussdichte oder die magnetische Sättigung im Hauptkern 1 in bekannter Weise bestimmbar. During operation of the circuit, a periodic square-wave voltage can be applied to the measuring winding 4 by means of the switch S1. Due to the inductance of the measuring winding 4, a measuring current Im1 essentially running as a triangular signal results. The rectified measurement current Im1 results in a voltage signal vm (t) smoothed by the measurement impedance. This is inversely proportional to the inductance in the measuring core 3. From this, in turn, the flux density or the magnetic saturation in the main core 1 can be determined in a known manner.

[0026] Es ist die Kapazität Cm1 der Messimpedanz ausreichend gross zu wählen ist, um eine hinreichende Glättung zu erreichen. Je grösser aber diese Kapazität ist, desto mehr wird die Messung verzögert und die Bandbreite der Messung verschlechtert, also verkleinert. Die folgenden Ausführungsformen der Erfindung zeigen Möglichkeiten, dem entgegen zu wirken: The capacitance Cm1 of the measurement impedance is to be selected to be sufficiently large in order to achieve sufficient smoothing. However, the greater this capacity, the more the measurement is delayed and the bandwidth of the measurement deteriorates, that is to say it is reduced. The following embodiments of the invention show ways of counteracting this:

[0027] Fig. 3 zeigt eine Messvorrichtung gemäss einer Ausführungsform mit zwei parallel geschalteten Messanordnungen. Die beiden Messanordnungen entsprechen jeweils im Wesentlichen jener der Fig. 2 . Die Messsignalquelle weist zwei Schaltungen auf, die jeweils eine ersten und einen zweite Messwicklung 4, 4a an einem ersten und einen zweiten Messkern 3, 3a speisen. Beispielsweise speist eine erste dieser Speiseschaltungen mit ersten Schaltern S1, die erste Messwicklung 4, und eine zweite dieser Speiseschaltungen mit zweiten Schaltern S2, 2die zweite Messwicklung 4a. Bei jeder Messwicklung 4, 4a wird ein entsprechender Messstrom Im1, Im2 erfasst und in einem jeweiligen Messgleichrichter gleichgerichtet, und es wird jeweils mit einer Messimpedanz aus beispielsweise einer Parallelschaltung einer zweiten Messkapazität Cm2 und eines zweiten Messwiderstandes Rm2 ein geglättetes Spannungssignal gebildet. Es werden die beiden geglätteten Spannungssignale summiert, wobei die Summe als Messsignal vm(t) dient. Die Summation kann durch eine Serieschaltung der Messimpedanzen geschehen. 3 shows a measuring device according to an embodiment with two measuring arrangements connected in parallel. The two measuring arrangements each essentially correspond to that of FIG. 2. The measurement signal source has two circuits which each feed a first and a second measurement winding 4, 4a on a first and a second measurement core 3, 3a. For example, a first of these feed circuits with first switches S1 feeds the first measuring winding 4, and a second of these feed circuits with second switches S2, 2 feeds the second measuring winding 4a. For each measuring winding 4, 4a, a corresponding measuring current Im1, Im2 is recorded and rectified in a respective measuring rectifier, and a smoothed voltage signal is formed with a measuring impedance from, for example, a parallel connection of a second measuring capacitance Cm2 and a second measuring resistor Rm2. The two smoothed voltage signals are summed up, the sum serving as measurement signal vm (t). The summation can be done by connecting the measuring impedances in series.

[0028] Im Betrieb der Schaltung können mittels der ersten Speiseschaltung und der zweiten Speiseschaltung periodische Rechteckspannungen gleicher Periodendauer erzeugt werden, mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung um eine Viertelperiode, respektive 90°. Fig. 4 zeigt Stromverläufe in der Messvorrichtung der Fig. 3 : Oben sind die Messströme Im1, Im2 dargestellt, wobei die Phasenverschiebung um eine Viertelperiode auch hier sichtbar ist, unten die gleichgerichteten Messströme. Die Bildung der geglätteten Spannungssignale erfolgt wie oben bereits beschrieben. Da aber die Summe der geglätteten Spannungssignale theoretisch respektive im Idealfall bereits einem konstanten Signal entspricht, sind die Anforderungen an die Glättung viel geringer, d.h. es können, um eine vergleichbare Glättung zu erzielen, die zweiten Messkapazitäten Cm2 theoretisch Null und in der Praxis sehr viel kleiner als die ersten Messkapazitäten Cm1 der Ausführungsform der Fig. 2 gewählt werden. During operation of the circuit, periodic square-wave voltages of the same period duration can be generated by means of the first feed circuit and the second feed circuit, with a mutual phase shift by a quarter period or 90 °. FIG. 4 shows current profiles in the measuring device of FIG. 3: the measurement currents Im1, Im2 are shown at the top, the phase shift by a quarter period also being visible here, and the rectified measurement currents at the bottom. The smoothed voltage signals are generated as described above. Since the sum of the smoothed voltage signals theoretically or ideally already corresponds to a constant signal, the requirements for smoothing are much lower, i.e. In order to achieve comparable smoothing, the second measuring capacitances Cm2 can theoretically be selected to be zero and in practice very much smaller than the first measuring capacitances Cm1 of the embodiment of FIG. 2.

[0029] Fig. 5 zeigt eine Messvorrichtung mit zwei Teilmesskernen 3b, 3c respektive Teilmesswicklungen 4b, 4c. Die beiden zwei Teilmesskerne 3b, 3c sind bezüglich des Hauptkerns 1 respektive des im Hauptkern 1 verlaufenden Hauptflusses gleichsinnig angeordnet, d.h. dass sie im Wesentlichen von gleichen Anteilen des Hauptflusses durchflossen sind. Die beiden Teilmesswicklungen 4b, 4c sind gegensinnig gewickelt und sind elektrisch in Serie zueinander geschaltet. 5 shows a measuring device with two partial measuring cores 3b, 3c or partial measuring windings 4b, 4c. The two partial measuring cores 3b, 3c are arranged in the same direction with respect to the main core 1 or the main flow running in the main core 1, i.e. that they are traversed by essentially equal proportions of the main river. The two partial measuring windings 4b, 4c are wound in opposite directions and are electrically connected in series with one another.

[0030] Im Betrieb dieser Messvorrichtung entstehen Störspannungen, die durch einen Anteil des Hauptflusses, der durch die Messwicklungen fliesst, hervorgerufen werden. Die Schaltung der Fig. 5 erreicht, dass die in den Teilmesswicklungen 4b, 4c entstehenden Störspannungen um eine halbe Periode des periodisch variierenden Hauptflusses, d.h. um 180°, gegeneinander versetzt sind und sich gegenseitig aufheben. An den Anschlüssen der Serieschaltung tritt also im Wesentlichen keine Störspannung aufgrund des Hauptflusses auf. Solche Serieschaltungen von Teilmesswicklungen 4b, 4c an Teilmesskernen 3 b, 3c können in den Ausführungsformen der Figuren la, 2 und 3 an Stelle eines jeweils ersten Messkernes 3 und/oder an Stelle eines zweiten Messkernes 3a mit einer jeweiligen Messwicklung 4, 4a eingesetzt werden. During operation of this measuring device, interference voltages arise which are caused by a portion of the main flux that flows through the measuring windings. The circuit of Fig. 5 achieves that the interference voltages arising in the partial measuring windings 4b, 4c by half a period of the periodically varying main flux, i.e. by 180 °, offset from each other and cancel each other out. Essentially no interference voltage occurs at the connections of the series circuit due to the main flow. Such series connections of partial measuring windings 4b, 4c on partial measuring cores 3b, 3c can be used in the embodiments of FIGS. 1 a, 2 and 3 instead of a first measuring core 3 and / or instead of a second measuring core 3a with a respective measuring winding 4, 4a.

Claims

1. Messverfahren zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung in einem induktiven Element, wobei das induktive Element einen Hauptkern (1) mit mindestens einer Hauptwicklung (2) zum Erzeugen eines Magnetfeldes und eines Hauptflusses im Hauptkern (1) aufweist, und mittels eines ersten Messkernes (3) mit einer ersten Messwicklung (4) ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, aufweisend die folgenden Schritte: – Erzeugen einer periodisch wechselnden ersten Messspannung über der ersten Messwicklung (4); – Bilden eines ersten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die erste Messwicklung (4) ist; – Gleichrichten des ersten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend dem gleichgerichteten ersten Messstrom.A measuring method for measuring inductance in measuring a magnetic flux density or a magnetic saturation in an inductive element, the inductive element having a main core (1) with at least one main winding (2) for generating a magnetic field and a main flux in the main core (1), and by means of a first measuring core (3) with a first measuring winding (4) a measuring flux can be generated, which is superimposed in a section with the main flow, comprising the following steps: - generating a periodically changing first measuring voltage across the first measuring winding (4); - Forming a first measuring current which is proportional to the current through the first measuring winding (4); - rectifying the first measuring current and detecting a measuring signal corresponding to the rectified first measuring current.

2. Messverfahren gemäss Anspruch 1, wobei ein zweiter Messkern (3a) mit einer zweiten Messwicklung (4a) vorliegt, mit welchem ebenfalls ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, aufweisend die Schritte: – Erzeugen einer periodisch wechselnden zweiten Messspannung über der zweiten Messwicklung (4a). wobei die zweite Messspannung die gleiche Periodendauer wie die erste Messspannung aufweist und gegenüber der ersten Messspannung um eine Viertelperiode verschoben ist; – Bilden eines zweiten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die zweite Messwicklung (4a) ist: – Gleichrichten des zweiten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend der Summe des gleichgerichteten ersten Messstromes und des gleichgerichteten zweiten Messstromes.2. Measuring method according to claim 1, wherein there is a second measuring core (3a) with a second measuring winding (4a) with which a measuring flux can likewise be generated, which is superimposed in a section with the main flow, comprising the steps: - Generating a periodically changing second measuring voltage across the second measuring winding (4a). wherein the second measurement voltage has the same period duration as the first measurement voltage and is shifted from the first measurement voltage by a quarter period; Forming a second measuring current which is proportional to the current through the second measuring winding (4a): - rectifying the second measuring current and detecting a measuring signal corresponding to the sum of the rectified first measuring current and the rectified second measuring current.

3. Messverfahren gemäss Anspruch 2, wobei die erste und die zweite Messspannung einen bezüglich Null symmetrischen Verlauf aufweisen.3. Measuring method according to claim 2, wherein the first and the second measuring voltage have a symmetrical with respect to zero profile.

4. Messverfahren gemäss Anspruch 2 oder 3, wobei die erste und die zweite Messspannung Rechteckspannungen sind.4. Measuring method according to claim 2 or 3, wherein the first and the second measuring voltage are square voltages.

5. Messverfahren gemäss Anspruch 1, wobei mittels eines ersten Teilmesskerns (3b) mit einer ersten Teilmesswicklung (4b) und eines zweiten Teilmesskerns (3c) mit einer zweiten Teilmesswicklung (4c) jeweils ein Messfluss erzeugt wird, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, und wobei durch den Hauptfluss in der ersten Teilmesswicklung (4b) und in der zweiten Teilmesswicklung (4c) jeweils eine Spannung induziert wird, und durch eine Serieschaltung der beiden Teilmesswicklungen (4b, 4c) eine Summenspannung erzeugt wird, in welcher sich diese beiden induzierten Spannungen im Wesentlichen aufheben.5. Measuring method according to claim 1, wherein by means of a first part measuring core (3b) with a first part measuring winding (4b) and a second part measuring core (3c) with a second part measuring winding (4c) respectively a measuring flow is generated, which superimposed in a section with the main flow is, and wherein in each case a voltage is induced by the main flux in the first partial measuring winding (4b) and in the second partial measuring winding (4c), and by a series connection of the two partial measuring windings (4b, 4c) a sum voltage is generated, in which these two Essentially cancel out induced voltages.

6. Messvorrichtung zur Induktivitätsmessung bei der Messung einer magnetischen Flussdichte oder einer magnetischen Sättigung in einem induktiven Element, wobei das induktive Element einen Hauptkern (1) mit mindestens einer Hauptwicklung (2) zum Erzeugen eines Magnetfeldes im Hauptkern (1) aufweist, – die Messvorrichtung einen vom Hauptkern (1) verschiedenen ersten Messkern (3) mit einer ersten Messwicklung (4) zum Erzeugen eines Magnetfeldes im ersten Messkern (3) aufweist; – ein von der Hauptwicklung (2) erzeugter magnetischer Fluss, und ein von der ersten Messwicklung (4) erzeugter magnetischer Fluss, sich in mindestens einem Teilbereich des Hauptkernes (1) und/oder des ersten Messkernes (3) überlagern: – die Messvorrichtung eine Messsignalquelle (20) aufweist, welche zum Erzeugen einer periodisch wechselnden ersten Messspannung über der ersten Messwicklung (4) angeordnet ist; – die Messvorrichtung einen Stromwandler (24) aufweist, der zum Bilden eines ersten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die erste Messwicklung (4) ist, angeordnet ist; und – die Messvorrichtung einen Messgleichrichter (23) aufweist, welcher zum Gleichrichten des ersten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend dem gleichgerichteten ersten Messstrom angeordnet ist.6. A measuring device for inductance measurement in the measurement of a magnetic flux density or a magnetic saturation in an inductive element, wherein the inductive element has a main core (1) with at least one main winding (2) for generating a magnetic field in the main core (1), - The measuring device has a different from the main core (1) first measuring core (3) with a first measuring winding (4) for generating a magnetic field in the first measuring core (3); A magnetic flux generated by the main winding (2) and a magnetic flux generated by the first measuring winding (4) overlap in at least a part of the main core (1) and / or the first measuring core (3): - The measuring device comprises a measuring signal source (20) which is arranged to generate a periodically changing first measuring voltage across the first measuring winding (4); - The measuring device comprises a current transformer (24), which is arranged to form a first measuring current which is proportional to the current through the first measuring winding (4); and - The measuring device comprises a measuring rectifier (23), which is arranged for rectifying the first measuring current and detecting a measuring signal corresponding to the rectified first measuring current.

7. Messvorrichtung gemäss Anspruch 6, wobei – die Messvorrichtung einen vom Hauptkern (1) verschiedenen zweiten Messkern (3a) mit einer zweiten Messwicklung (4a) zum Erzeugen eines Magnetfeldes im zweiten Messkern (3a) aufweist; – ein von der Hauptwicklung (2) erzeugter magnetischer Fluss und ein von der zweiten Messwicklung (4a) erzeugter magnetischer Fluss sich in mindestens einem Teilbereich des Hauptkernes (1) und/oder des zweiten Messkernes (3a) überlagern; – die Messsignalquelle (20) zum Erzeugen einer periodisch wechselnden zweiten Messspannung über der zweiten Messwicklung (4a) angeordnet ist, wobei die zweite Messspannung die gleiche Periodendauer wie die erste Messspannung aufweist und gegenüber der ersten Messspannung um eine Viertelperiode verschoben ist: – die Messvorrichtung einen zweiten Stromwandler (24a) aufweist, der zum Bilden eines zweiten Messstroms, welcher proportional zum Strom durch die zweite Messwicklung (4a) ist. angeordnet ist: – der Messgleichrichter (23) zum Gleichrichten des zweiten Messstroms und Erfassen eines Messsignales entsprechend der Summe des gleichgerichteten ersten Messstromes und des gleichgerichteten zweiten Messstromes angeordnet ist.7. Measuring device according to claim 6, wherein The measuring device has a second measuring core (3a), which is different from the main core (1), with a second measuring winding (4a) for generating a magnetic field in the second measuring core (3a); A magnetic flux generated by the main winding (2) and a magnetic flux generated by the second measuring winding (4a) overlap in at least a portion of the main core (1) and / or the second measuring core (3a); - The measuring signal source (20) is arranged to generate a periodically changing second measuring voltage across the second measuring winding (4a), wherein the second measuring voltage has the same period duration as the first measuring voltage and is shifted from the first measuring voltage by a quarter period: - The measuring device comprises a second current transformer (24a) which is for forming a second measuring current which is proportional to the current through the second measuring winding (4a). is arranged: - The measuring rectifier (23) for rectifying the second measuring current and detecting a measuring signal corresponding to the sum of the rectified first measuring current and the rectified second measuring current is arranged.

8. Messvorrichtung gemäss Anspruch 7, wobei die erste und die zweite Messspannung Rechteckspannungen sind.8. Measuring device according to claim 7, wherein the first and the second measuring voltage are square voltages.

9. Messvorrichtung gemäss einem der Ansprüche 6 bis 8, welche zum Erzeugen der ersten Messspannung und falls benötigt auch der zweiten Messspannung jeweils zum Speisen der ersten Messwicklung (4) und falls vorhanden auch der zweiten Messwicklung (4a) jeweils eine Halbbrückenschaltung zum wechselweisen Anlegen einer positiven und einer negativen Speisegleichspannung an einen Anschluss der jeweiligen Messwicklung aufweist.9. Measuring device according to one of claims 6 to 8, which for generating the first measuring voltage and, if necessary, the second measuring voltage respectively for feeding the first measuring winding (4) and if present also the second measuring winding (4a) each have a half-bridge circuit for alternately applying a has positive and a negative DC supply voltage to a terminal of the respective measurement winding.

10. Messvorrichtung gemäss Anspruch 6, wobei ein erster Teilmesskern (3b) mit einer ersten Teilmesswicklung (4b) und ein zweiter Teilmesskern (3c) mit einer zweiten Teilmesswicklung (4c) vorliegen, mit welchen jeweils ein Messfluss erzeugbar ist, welcher in einem Abschnitt mit dem Hauptfluss überlagert ist, und wobei die erste Teilmesswicklung (4b) und die zweite Teilmesswicklung (4c) in Serie geschaltet sind und in entgegen gesetzte Richtungen gewickelt sind.10. Measuring device according to claim 6, wherein a first part measuring core (3b) with a first part measuring winding (4b) and a second part measuring core (3c) with a second part measuring winding (4c) are present, with each of which a measuring flux can be generated, which in a section with superimposed on the main flux, and wherein the first sub-measuring winding (4b) and the second sub-measuring winding (4c) are connected in series and wound in opposite directions.