Transductor activo lineal de corriente.

Un transductor activo lineal de corriente basado en el principio de los sensores de Rogowski caracterizado por unabobina construida sobre una placa de circuito impreso y que integra la electrónica de acondicionamiento de la señaljunto con la bobina.

La placa de circuito impreso está formada por tres capas (1, 2, 3). Las dos capas exteriores (1, 2)contienen las vueltas superiores e inferiores de la bobina, conectadas mediante caminos conductores (5) y una capa (3)que proporciona un retorno en la dirección opuesta a la bobina. Además, la placa de circuito impreso va equipada conotra capa (4) de permeabilidad relativa muy elevada, situada entre la capa de retorno (3) y una de las capas (1, 2) delas vueltas y presenta una configuración de contorno abierto que presenta un "gap" (7), caracterizado por el hecho deque el efecto negativo del "gap" (7) queda cancelado por un aumento del campo inducido incrementando lapermeabilidad relativa en los extremos de los puntos de contacto del transductor

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E06381049.

Solicitante: CIRPROTEC, S.L..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: PONS GONZALEZ, CARLOS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G01R15/18 SECCION G — FISICA.G01 METROLOGIA; ENSAYOS.G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 15/00 Detalles de dispositivos para proceder a las medidas de tipos previstos en los grupos G01R 17/00 - G01R 29/00, G01R 33/00 - G01R 33/26 o G01R 35/00. › que utilizan dispositivos inductivos, p. ej. transformadores.

PDF original: ES-2387098_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Transductor activo lineal de corriente.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de esta invención es un transductor activo lineal de corriente basado en el principio de los sensores de Rogowski.

Estos transductores se utilizan para medir la corriente alterna mediante la detección del campo magnético generado por la corriente que circula a través de un conductor sin necesidad de disponer de un contacto eléctrico con el conductor.

El principio de funcionamiento de las bobinas de Rogowski se basa en la colocación de una bobina con núcleo de aire alrededor del conductor de tal manera que el campo magnético generado por la corriente, que fluye a través del conductor, induzca un voltaje en la bobina.

Este transductor activo lineal de corriente se caracteriza también, además de en basarse en el principio de los sensores de Rogowski, en el hecho de fabricarse en una placa de circuito impreso.

El transductor objeto de la invención se caracteriza también por el hecho de integrar, junto con el transductor, la electrónica requerida para la amplificación, la integración, el filtrado y la medición de los parámetros de calidad de la red, así como el sistema de selección automática del rango de medición, almacenamiento y transmisión.

Por consiguiente, esta invención se circunscribe al ámbito de los dispositivos de medición utilizados para medir corriente alterna y, más concretamente, al de los que se realizan sobre una placa de circuito impreso y basan sus mediciones en el principio de funcionamiento de la bobina de Rogowski.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Hasta ahora se han utilizado diversos dispositivos para medir corrientes alternas, que se explicarán y comentarán brevemente a continuación.

Un dispositivo utilizado para medir corrientes alternas es el shunt de corriente de baja resistencia, que constituye el modo más económico de obtener una lectura sencilla con buena precisión. Si embargo, para la medición de corrientes con gran precisión, en el shunt aparecen inductancias parasitarias que, aunque afectan a la magnitud de la impedancia a frecuencias relativamente elevadas, son suficientes para producir un error significativos a un factor de potencia bajo.

Dado que su principio de medición se basa en el paso de la corriente a través de un elemento resistivo, y puesto que la pérdida de potencia es proporcional al cuadrado de la corriente que pasa por la resistencia, no es aplicable entre los medidores de potencia de corriente alta; por otro lado, en caso de cortocircuitos y sobrecorrientes, la respuesta es la apertura del bucle de corriente de modo que el equipo que dependa del bucle quede sin corriente.

Otra solución se basa en un transformador de corriente, que utiliza el principio de inducción de corriente, transformando una corriente primaria elevada en una corriente secundaria más baja. El inconveniente de este método es que el material férrico del núcleo puede quedar saturado si la corriente primaria es muy elevada o si en la corriente existe una componente de corriente continua, lo cual causa errores significativos en la medición final del nivel de corriente.

Una vez queda saturado el núcleo, su precisión se deteriora a menos que el núcleo vuelva a desmagnetizarse, para lo cual hay que abrir el circuito principal, desconectando el equipo o fuente de alimentación para su instalación. Por otra parte, los rangos de medición obtenidos son estrechos, de modo que para cubrir con precisión niveles de decenas de amperios a kilo amperios, es necesario utilizar varios transformadores.

Además, la medición con transformadores de corriente presenta una respuesta limitada a frecuencias bajas, situación en la que no es posible realizar un análisis de la calidad de la red.

Otra solución para la medición de corriente alterna parecida a la anterior es mediante un transformador de corriente con un núcleo abierto, que presenta la ventaja de ser fácilmente instalable, aunque, al obligar a abrir el circuito a medir, obtiene una menor precisión; además, su coste es el triple del del transformador de núcleo cerrado.

Otro método para medir corrientes alternas es mediante un sensor de efecto Hall, que presenta una excelente respuesta de frecuencia y resulta adecuado para medir corrientes muy altas. Sin embargo, presenta una desviación elevada con la temperatura y obliga a depender de circuitos de control externos, normalmente situados a varios metros del sensor y que tienen, además, un coste relativamente elevado.

Otra solución son las bobinas con núcleo de aire, o bobinas de Rogowski, que no requieren ningún contacto con el conductor para medir la corriente, y con las cuales su medición se basa en la colocación de una bobina con núcleo de aire alrededor del conductor de tal manera que el campo magnético generado por la corriente, que fluye a través del conductor, induzca un voltaje en la bobina. Su ventaja es la mínima influencia de las corrientes y los campos externos. Sin embargo, no es adecuada para la medición de corrientes del nivel de los miliamperios a bajas frecuencias. Por otra parte, su fabricación exige un alto grado de precisión, lo cual implica un alto coste de producción. Por otra parte, requiere la integración de su señal de salida para obtener el valor de la corriente, lo cual exige el uso de un dispositivo externo, cosa que implica pérdidas por afectación y atenuación por interferencias.

Otra solución reconocida para medir corrientes alternas consiste en un sensor de corriente con áreas iguales constituido por dos capas simétricas cada una de las cuales está formada por dos secciones bobinadas concéntricas de direcciones opuestas, de manera que las áreas interiores y exteriores son iguales, todo ello diseñado sobre una placa de circuito impreso, obteniéndose una señal de voltaje de salida proporcional a di/dt, igual que en las bobinas de Rogowski. No obstante, es un sensor intrusivo, ya que, para funcionar, la corriente tiene que circular a través del sensor, lo que exige abrir el circuito a medir. Otro inconveniente de este método de medición es el estrecho rango de medición, de entre decenas y centenares de amperios. Además, dado que se conecta en serie, en caso de cortocircuito

o sobrecorrientes, provocaría la ruptura del sensor y el paso de corriente por el circuito a medir.

En el estado de la técnica, se conoce un dispositivo con una banda de paso ancha para medir la intensidad de la corriente eléctrica en un conductor, como el revelado en WO 9848287, en el cual la corriente a medir pasa por un conductor rodeado por una bobina de Rogowski y en cuya proximidad hay dispuesta una serie de detectores de campo magnético (3) . La suma de las señales de estos detectores, formadas en el dispositivo, y la señal suministrada por la bobina de Rogowski se aplican a un procesador de señal. El procesador (7) comprende, por ejemplo, un dispositivo de retardo de primer orden conectado a la salida de la bobina de Rogowski y un medio para ampliar/reducir las señales, seguido de un medio de suma, seleccionándose la constante de tiempo de retardo y los factores de ampliación/reducción de tal manera que la señal de salida del dispositivo sea proporcional a la intensidad de la corriente a medir en un rango de frecuencias muy amplio, es decir, de 0 a más de 10 MHz.

También se conoce un sensor de corriente basado en una placa de circuito impreso como el revelado en US 2003/137388, según el cual se dispone una bobina ranurada de adquisición de corriente según el principio de Rogowski, en el cual la base de la placa de circuito impreso de la bobina de medición puede abrirse para insertar un conductor eléctrico a medir sin tener que interrumpir este último. A tal efecto, se abren los dos segmentos de placa de circuito impreso unidos mediante una bisagra. Retorciendo una placa de circuito impreso de una sola pieza también se puede abrir el dispositivo para insertar el conductor a medir.

En WO 00/72027 se revela un sensor de corriente eléctrica para medir una corriente eléctrica variable en el tiempo (Im) en una porción de conductor primario, sensor que incluye un conductor sensor que comprende unos extremos primero y segundo para la conexión a un circuito de procesamiento de señal, una primera porción de conductor que se extiende desde el primer extremo y contiene una serie de bobinados para formar una primera porción de bobina, y una segunda porción de conductor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un transductor activo lineal de corriente basado en el principio de los sensores de Rogowski caracterizado por una bobina construida sobre una placa de circuito impreso y que integra la electrónica de acondicionamiento de la señal junto con la bobina. La placa de circuito impreso está formada por tres capas (1, 2, 3) . Las dos capas exteriores (1, 2) contienen las vueltas superiores e inferiores de la bobina, conectadas mediante caminos conductores (5) y una capa (3) que proporciona un retorno en la dirección opuesta a la bobina. Además, la placa de circuito impreso va equipada con otra capa (4) de permeabilidad relativa muy elevada, situada entre la capa de retorno (3) y una de las capas (1, 2) de las vueltas y presenta una configuración de contorno abierto que presenta un «gap» (7) , caracterizado por el hecho de que el efecto negativo del «gap» (7) queda cancelado por un aumento del campo inducido incrementando la permeabilidad relativa en los extremos de los puntos de contacto del transductor.

2. El transductor activo lineal de corriente según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el transductor está formado por dos partes (8, 9) entre las que existe un «gap» (7) , y por el hecho de que en una de las partes (8, 9) existe un par de elementos protuberantes (10) en cada una de las superficies de contacto que encajan en varias perforaciones complementarias (11) realizadas en las superficies de contacto de la parte a la que se conecte, y por el hecho de que en la carcasa de ambas partes existan varios dispositivos de acoplamiento (12) que permiten a una parte encajar en la otra y mantenerse ambas unidas.

3. El transductor activo lineal de corriente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la electrónica responsable del acondicionamiento de la señal está integrada en la misma placa de circuito impreso en la que se integra la bobina.

4. El transductor activo lineal de corriente según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la electrónica responsable del acondicionamiento de la señal está integrada en una placa de circuito impreso distinta a la bobina, dentro de la misma carcasa.

5. El transductor activo lineal de corriente según las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado por el hecho de que la electrónica de acondicionamiento de la señal es responsable de la integración, la amplificación, el filtrado y la medición de los parámetros de la red, así como el sistema de selección automática del rango de medición, almacenamiento y transmisión.


 

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