用于辨别电弧的方法与设备的制造方法
【专利说明】
[0001]本发明的
技术领域
[0002]本发明涉及用于确定在具有带有两个子绕组的一个补偿电流的扼流器的直流电路中的高频率的交流电、尤其用于辨别电弧的方法和设备。
[0003]现有抟术
[0004]已知的是，可以辨别在直流电路中的电弧的出现，其方式为，在该直流电路中检测到高频率的交流电分量，这些交流电分量的出现是电弧的特点。
[0005]已知用于检测在直流电路中的交流电的各种传感器。这些传感器包括所谓的例如呈罗式线圈(Rogowsk1-Spule)形式的插入式转换器、例如呈传输器形式的盘绕的转换器和分流电阻，在这些分流电阻处测量由于该交流电降低的交流电压。在使用这类传感器时基本上需要构造性地接合到该直流电路的直流电路径中，例如以便将引导该直流电的一个导体引导穿过一个插入式传感器或将一个传输器的初级绕组或一个分流电阻插入到该直流电路中。此外，通过一个传感器的初级绕组或一个分流电阻的插入，提高了在该直流电路中累积的损耗功率。
[0006]为了与环境产生电磁兼容性(EMV)，易于感受到电磁场的外部辐射或与产生交流电分量的装置连接并且因此可以自身辐射电磁场的直流电路装备有滤波器，这些滤波器抑制流入其中的直流电的不期望的交流电分量。一个这类EMV滤波器的实例是所谓的补偿电流的扼流器，该EMV滤波器阻尼直流电路的干扰放射，这些干扰放射尤其可以通过相同定时信号、即通过以相同方向流入到连接的直流电导线中的电流而产生。在一个补偿电流的扼流器中，分别引导电流通过两个直流电导线之一的两个子绕组相对于该直流电的电流流通方向反向地盘绕在一个共同的芯上。对于相同定时信号，即对于同方向地通过两个基本上平行安排的且与该直流电反方向地流经的导线的交流电，一个补偿电流的扼流器具有高的阻抗。相反地，通过该直流电和在该直流电路中流动的任何交流电在该补偿电流的扼流器中感生的磁场很大程度上得到提升。为此，该补偿电流的扼流器具有用于该直流电变化的、以及也用于在该直流电路中流动的任何交流电和其他所谓的相反定时信号(Gegentaktsignale)的很小的电感，并且在高的直流电的情况下也不会出现该扼流器的饱和，使得可以将该补偿电流的扼流器设计得相对小。
[0007]由DE 10 2006 043 960 A1已知用于非接触式能量传输的系统，其中一个中频电流馈入到一个初级导体系统中，由此可以借助于各自配设的、在该初级导体系统处电感耦合的次级线圈给用电器供电。在初级导体系统中设置一个补偿电流的扼流器以便限制出现的故障电流。在该补偿电流的扼流器中设置一个辅助绕组，以便通过在该辅助绕组处感生的电压来检测在该初级导体系统中出现的故障电流。该辅助绕组设置为总和电流传感器并且与该补偿电流的扼流器的这些绕组共同安排在一个环形芯上。
[0008]US 2009/0224735 A1公开了一种带有用于监控电流的器件的滤波电路，该滤波电路流经一个补偿电流的扼流器的正绕组和负绕组并且具有用于基于该监控结果的执行调控的器件，以便将流经这些正绕组和负绕组的电流相互平衡。用于监控电流的器件是检测电压降的器件。
[0009]本发明的目的
[0010]本发明的目的是揭示一种方法和一种设备，该方法和设备有可能确定在直流电路中的高频率的交流电，这些交流电在该直流电路中作为相反定时信号流过，而不需要为此在该直流电路径中安装一个交流电传感器，尤其不是这种交流电传感器:为了安装该交流电传感器需要切断该直流电路的导线和/或该交流电传感器提高了在该直流电路中的损耗功率。
[0011]解决方案
[0012]本发明通过具有独立权利要求1的特征的方法以及通过具有独立权利要求11的特征的设备实现。根据本发明的方法和根据本发明的设备的优选实施方式在从属权利要求中限定。
_3] 本发明的说明
[0014]在根据本发明的、用于确定在具有带有两个子绕组的一个补偿电流的扼流器的直流电路中的高频率的交流电的方法中，可以抽取(abgegriffen)在该补偿电流的扼流器的这两个子绕组上降低的电压。然后将所抽取的电压如此叠加，使得这些电压的由于该交流电在这两个子绕组上降低的分量加和为一个叠加的交流电压。然后检测该叠加的交流电压以便作为用于感兴趣的高频率的交流电的度量。
[0015]用于一个补偿电流的扼流器的相反定时信号的电感因为相长的原因不是零而是拥有一个确定的最终值，该值也称为杂散电感并且基本上通过在该补偿电流的扼流器的绕组之间的耦合系数被确定。通过相长的措施可以改变并且也针对性地调整一个补偿电流的扼流器的耦合系数以及由此杂散电感。例如可以针对其芯覆盖物和/或由其覆盖的绕组空间的横截面如此设计该补偿电流的扼流器的相应的绕组，使得影响该杂散通量在总通量中的比例。为此，也可以在其芯型、气隙、点状变形或确定的可能有不同磁导率区域的多种不同芯材料方面实施该补偿电流的扼流器的芯。
[0016]由于该杂散电感，该补偿电流的扼流器的这些子绕组形成了依赖频率的阻抗，该阻抗的值随着逐渐增大的频率提高。因此，在交流电中可以被抽取的一个交流电压通过这些子绕组降低。分别在这些子绕组之一上降低的交流电压既包括基于相同定时信号的分量，即使在较低的频率下该分量也应为该补偿电流的扼流器提供一个高的阻抗，也包括基于该感兴趣的高频率的交流电的分量，其中这两个分量是不可区别的。由于一般非常小的杂散电感，由相反定时电流引起的电压具有小的幅值。
[0017]然而，在该补偿电流的扼流器的这两个子绕组上降低的交流电压由于相同定时信号和相反定时信号而具有不同的相对相位，即它们相对彼此是相同相位或相反相位。因为在这两个子绕组处降低的电压如此重叠，使得这些电压的分量由于相反定时信号(即尤其由于感兴趣的高频率的交流电在这两个子绕组上降低的电压分量)加和为相长叠加的交流电压，所以同时基于相同定时信号的这些分量相消地叠加。因此，该叠加的交流电压基本上涉及该感兴趣的高频率的交流电并且可以作为该交流电的度量而被检测。
[0018]在本发明的一个实施方式中，在这些子绕组上降低的电压分别借助于一个差分放大器来放大，其中这两个差分放大器具有相同的放大系数。然后将这些差分放大器的输出信号相加，更确切地说是关于基于相反定时信号的这些电压分量相正确地(phasenrichtig)相加。然后，可以在从电弧发出的交流电方面进行如此叠加的交流电压的一个模拟的和/或数字的评估。
[0019]在本发明的一个实施方式中，在这两个子绕组上降低的电压如此叠加，其方式为，分别借助于一个模拟数字转换器以对于该感兴趣的交流电的带宽而言足够高的时间分辨率将在这两个子绕组上降低的电压数字化并且将这些数字化的电压在一个信号处理器中用正确的符号相加，以便产生该叠加的交流电压的数字表示。然后例如可以就其有效值或其频谱分量方面，作为用于该感兴趣的高频率的交流电的度量而对其进行评估。
[0020]在本发明的一个实施方式中，将在这些子绕组上降低的电压叠加，其方式为，将在这两个子绕组之一上降低的电压施加在一个差分放大器的输入端之间，该差分放大器具有为1的一个放大系数。在此，这两个子绕组中另一个的一端与该差分放大器的输出端的参比电势连接。然后在该差分放大器的输出端与这两个子绕组中另一个的另外一端之间施加该叠加的交流电压，可以测量并且在从电弧发出的交流电方面对该交流电压评估。
[0021 ] 在本发明的一个实施方式中，将在这些子绕组上降低的电压叠加，其方式为，相对于每个子绕组并联连接具有一个传输器绕组的一个抽取支路。在此，在每个抽取支路中与该传输器的绕组串联连接一个构件，该构件阻止该补偿电流的扼流器的从属的子绕组的电气短路和/或可以保持直流电远离该传输器。这可以是一个电容器和/或一个足够大的电阻，例如像具有足够高的内部电阻的一个电压测量装置。一个电容器与该传输器的相应的绕组形成一个串联谐振电路，可以如此调整该串联谐振电路的频