专利名称：借助高电流脉冲检查电流转换器的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检查电流转换器的方法和装置。
背景技术：
电流转换器被使用在能量分配和传输领域中，并且例如被使用在对有轨机
车如高速交通工具(Transrapid)的供电中。它们通常^皮用来对处于高压电势的 初级电流导线中的电流进行监控。电流转换器产生一个与初级电流导线中的电 流成比例的在低压范围的输出信号，该输出信号可以由在后连接的开关元件或 者控制和调节单元处理。
为了能够识别电流转换器的故障，通常必须周期地检查电流转换器的无错 误的功能。如果电流转换器是一个适用高的安全性要求的装置的一部分，则这 样的检查尤其必要。为了实施功能测试根据现有技术提供具有附加的测试绕组 的电流转换器。将测试绕组安装在电流转换器的铁芯上，在该铁芯上也设置有 电流转换器的次级绕组。通常将在铁芯上面与次级绕组交相感应的导线用作为 电流转换器的初级绕组，也可以将该导线视为具有匝数为1的绕组。相反，测 试绕组通常具有数千匝，使得用小的测试电流可以模拟大的初级电流。测试绕 組通常浇注在电流转换器的绝缘体中。其极大地增加了电流转换器的造价。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开始部分所述类型的方法和装 置，可以利用该方法和装置来检查常规的和低成本的电流转换器。
本发明按照第 一 变形是通过用于检查电流转换器的装置来解决上述技术 问题的，该装置具有测试电流导线和测试脉冲电路，该测试脉冲电路具有能量 存储器、用于对能量存储器充电的充电装置、以及用于经过测试电流导线对能 量存储器放电的开关元件，从而在测试电流导线中产生放电电流，其中，设置 用于采集通过放电电流引起的电流转换器信号的分析单元。本发明按照第二变形通过检查电流转换器的方法解决了上述技术问题，在 该方法中测试电流导线被引导穿过电流转换器至少一次，并且随后借助测试电 流导线将测试脉沖电路的输出端互相连接，对能量存储器充电，随后操控用于 对能量存储器放电的开关元件以产生经过测试电流导线流动的放电电流，并且 测量由于放电电流而由电流转换器产生的电流转换器信号。
根据本发明提供了 一种没有昂贵的测试绕组并且由此造价低廉的可以用 于检查电流转换器的功能正确性的装置和方法。此外，根据本发明还可以检查 已经固定安装的电流转换器的功能。根据本发明的装置包括测试脉冲电路，其 输出端通过必要时可选择的测试电流导线被短路。在此，测试脉冲电路包括能 量存储器和开关元件。作为后果，通过操控开关元件以测试电流导线中高的放 电电流对能量存储器放电。在此，在能量存储器中所充电的能量根据本发明足 以产生这样高的放电电流，使得待4企查的电流转换器的输出端上的次级电流可 以由所使用的分析单元采集。分析单元例如是在正常运行中也与电流转换器相 连的分析单元。与此不同，分析单元是在检查电流转换器时在输出端上额外连 接的分析单元。能量存储器例如也可以电感性地与测试电流导线耦合。在本发 明的框架内重要的是，通过能量存储器的放电在测试电流导线中产生高的电流。
能量存储器例如是线圈。线圈可以被设置正短路回路中，在该短路回路中 此外还设置开关元件和充电装置。测试电流导线并行于线圏设置。如果开关元 件处在其接触位置(在该接触位置电流可以经过该开关元件)，则在短路回路中 流过由充电装置产生的充电电流。并行于线圈连接的测试电流导线的阻抗如此 之高，^f吏得可以忽略经过测试电流导线流动的电流。开关元件通过触发切换过 程(Schaltvorgang )而断开。在短路回路中的电流净皮中断。作为后果，在此经 过测试电流导线以高的放电电流对线圏进行放电。
按照本发明的一种优选扩展，能量存储器是电容器，其中开关元件与电容 器串联连接。如果开关元件处于其断开位置，则通过充电装置对电容器充电。 在电容器上降落的电压称为充电电压。通过触发切换过程使得可以经过开关元 件和最后经过所选"^的测试电流导线对电容器;^电。电容器合适地具有电容， 该电容依赖于通过充电装置可达到的电容器的充电电压而足以产生这样高的放 电电流，使得该放电电流在电流转换器的输出端上产生可采集的次级电流。
开关元件合适地是半导体开关，该半导体开关可以从截止位置(在该截止 位置电流可以经过功率半导体)转变到导通位置(在该导通位置电流经过功率半导体断开)。可关断功率半导体例如是晶闸管、IGBT等。与机械的开关相比
半导体开关可以实现快速切换。以这种方式可以避免切换过程对放电电流的脉 冲波形的不期望的影响。
根据一种优选的扩展设置至少两条互相并行设置的测试电流导线和一个 继电器，该继电器被构造为用于将测试电流导线中的一个与测试脉冲电路的输 出端连接。按照这种方式可以利用共同的测试脉冲电路来测试多个电流转换器。 与此不同，设置分别配备一个测试电流导线的多个晶闸管。由此，通过点燃特 定的晶闸管可以选择待测试的电流转换器。
与此不同，设置至少两条互相串联连接的测试电流导线。按照这种方式， 可以同时测试多个电流转换器。当然在本发明的框架内可以任意组合相互并联 和相互串耳关连接的测试电流导线。
例如，将测试电流导线固定集成在电流转换器中，然而其中该测试电流导 线仅具有有限的匝数。
根据第一变形的有利扩展，测试电流导线是易弯有弹性的。由于测试电流 导线的易弯有弹性的构造可以将测试电流导线以特别简单的方式在以后安装在 电流转换器上。如果电流转换器例如具有闭合的环形铁芯，则例如手动地穿过 环形铁芯引导测试导线。然后与初级导线连接测试电流导线并联。
根据本发明的装置和根据本发明的方法既适用于电感性工作的电流转换 器也适用于基于所谓的霍尔效应的电流转换器。
在根据本发明的第一变形的另 一种有利的实施方式中，测试脉冲电路具有 与能量存储器串联的限制电感。该限制电感将放电电流限制到一个特定的量度， 使得在设计测试脉沖电3各时可以精确地确定》欠电电流的大小。
优选地，测试脉冲电路具有用于调整能量存储器的充电电压的调节装置。 该调节装置例如可以根据测试电流导线的长度调整电容器的充电电压。如果测 试脉沖电路与多个分别通过对应的电流转换器引导的测试电流导线相连，则这 点特别具有优势。在这种情况下，测试脉冲电路具有一个额外的继电器，利用
该继电器可以选择测试电流导线，该测试电流导线由于切换而引导^:电电流。
换言之，继电器切换各个并联于由电容器和功率半导体组成的串联电路的选择 的测试电流导线。然而，调节电路也可以调节经过作为能量存储器的线圏流动 的电流的大小。关于这点，请参阅上述的用于线圈的实施方式。 此外，测试脉冲电路可以施加特定波形到放电电流上。根据与此相关的合适的扩展，调节装置包括与能量存储器串联连接的分流 电阻，用于测量经过分流电阻流动的放电电流的波形。分流电阻合适地是欧姆 电阻。测量在该分流电阻上的电压降，其中随后将采集的电压信号换算成电流 值。在电流转换器的输出端上采集的次级电流的波形与施加的放电电流的波形 的比较，使得可以得到关于各个检查的电流转换器的功能正确性的额外的说明。 作为替换，经过所产生的放电电流与分析电路的电感性的耦合(变压器或者电 路板结构)也可以实现该波形。
根据本发明的方法的 一种有利的扩展，对能量存储器的能量范围进行调 节。在电容器的情况下调节装置调节电容器的充电电压。这点使得既可以将充 电电压与不同的测试电流导线长度匹配，也可以根据电容器的老化再调节充电 电压。
优选地，将测试电流导线lt^:为穿过电流转换器2到20次。测试电流导 线多次穿过(Durchfuehren)电流转换器，使得在相同的测试电流电路情况下模 拟了较高的初级电流并且由此扩展了根据本发明方法的可能性。通过调节所存 储的能量自然地也可以调节观'j试电流的大小。
根据本发明方法的另 一种合适的实施方式，施加特殊的波形到放电电流。 所施加的;j丈电电流的波形与在电流转换器的输出端上引起的次级电流的波形的 比较，扩展了对各个电流转换器的功能正确性的说明的可能性。
优选地，通过限制电感来限制放电电流。对放电电流的限制使得根据充电 装置以及根据所存储的能量的量可以更精确地调节放电电流。
例如通过开关电源来实现充电装置。这样的开关电源合适地包括与变压器 的一个绕组相连的、按照电池等形式的直流电压源。此外，充电装置例如具有 与绕组串联的开关，例如按照半导体开关形式的开关，从而根据所述开关的开 关位置使得经过所述电容器的初级绕组流动的直流电流产生在零与最大直流电 流之间的变化。通过直流电流的这种"切碎(Zerhacken )",变压器产生一个次 级电流。如果能量存储器是电容器，则这样产生的次级电流通过二极管来整流 并且随后用于对电容器充电。此外，通过直流电流借助开关的切碎以及能量存 储器的充电状态的实测值对调节电路的反馈，可以对在能量存储器中存储的能 量进行调节。
能量存储器的实现绝不限于线圏或者电容器。原则上考虑能够借助开关元 件足够快地被放电的任意的能量存储器。
本发明的其它合适的实施方式和优点是以下结合附图对本发明的实施例
的描述的内容，其中相同的参考标记表示起相同作用的组件，附图中
图1示出了具有一次穿过电流转换器引导的测试电流导线的本发明装置的 实施例，
图2示出了具有两次穿过电流转换器引导的测试电流导线的本发明装置的 实施例，以及
图3示出了本发明装置的测试脉冲电路的实施例。
具体实施例方式
图1示出了根据本发明装置的实施例，该装置具有并行于初级电流导线2 穿过电流转换器的环形铁芯3引导的测试电流导线1。电流转换器除了图中未 示出的绝缘体外还包括与环形铁芯3 —起固定嵌入在绝缘体中的次级绕组4。 通过施加足够高的测试电流IT,在电流转换器的输出端通过电感性的耦合在测 试电流导线1和次级绕组4之间可以产生次级电流，该电流被引导到图中未示 出的分析单元。如果所施加的放电电流的大小已知的话，则例如可以校准电流 转换器并且由此检查电流转换器的功能。
图2示出了两次穿过电流转换器的环形铁芯3引导的测试电流导线1。在 此，测试电流导线1与在图1中示出的实施例中相同的测试脉沖电路相连。通 过测试电流导线1两次穿过环形铁芯3，由此提供了具有匝数n等于2的绕组， 用该绕组可以才莫拟比在图1中示出的实施例中更高的初级电流Ip。
图3示出了具有电容器6以及以晶闸管7的形式的可关断的功率半导体的 测试脉沖电路5的实施例。通过在图3中未图形地示出的点火电路通过点火脉 沖8可以点火晶闸管7，由此晶闸管7可以从截止位置(在该位置经过晶闸管7 的电流被中断)转变到导通位置(在该位置电流可以经过晶闸管7)。
此外，与晶闸管7串联设置了欧姆的分流电阻9以及限制电感10。在分流 电阻9上降落的电压作为电压信号被采集，其中，取样装置取样所获得的电压 信号以获得取样值，并且通过模拟/数字转换器将取样值转换为数字的电压值。 随后电压值被换算为数字的电流值11。在此，电压信号的取样率如此高，使得 通过对电容器6的短路可以产生的放电电流的波形变化可以被采集。这样的放电电流优选地是脉沖形的并且例如具有3 ms的半值宽度，其中半值宽度作为总 宽度被测量，该宽度具有其最大值的 一半的电流脉沖。
此外，在图3中示出的测试脉沖电路还包括继电器12,用该继电器可以进 4亍选4奪，；故电电流经过哪个并4亍连4妻的测试电流导线1 a 、 1 b或者1 c流动。由 此，按照本发明的该实施例，为了检查三个电流转换器仅仅需要一个测试脉冲 电路，其中，分别为每个电流转换器配备了仅仅一条测试电流导线la、 lb或 lc。
此外，测试电流电路5还包括充电装置13,其包括未图形地示出的直流电 压源以及具有初级绕组15和次级绕组16的变压器14。此外，充电装置13还 具有整流二极管17以及半导体开关18。通过按照特定的脉沖序列19点火半导 体开关18，使半导体开关周期性地从其导通位置转换到其截止位置。通过这样 的周期性的改变半导体开关18的开关位置，使得经过初级绕组15的电流几乎 :故切碎并且在次级绕组16中产生相应的次级电流。随后该次级电流通过整流二 极管17被整流，其中对电容器6进行充电。在此，电容器6的充电电压首先依 赖于所选的直流电压源以及依赖于对半导体开关18的操控，并且可以通过未图 形地示出的调节装置来调节。
此外，电容器6的充电电压还影响放电电流的波形和幅度。为此设置了调 节装置，其中，该调节装置经过合适的通信导线接收在分流电阻9上测量的电 流波形值并且将由此产生的放电电流的波形与规定的额定变化比较。在太大的 偏差情况下，借助内部的逻辑产生充电电压额定值，该充电电压额定值^皮递送 到下级的电压调节器上，该电压调节器借助合适的脉沖序列19来调节与充电电 压额定值相应的电容器6的充电电压。
权利要求
1. 一种用于检查电流转换器的装置，该装置具有测试电流导线(1)和测试脉冲电路(5)，该测试脉冲电路具有能量存储器(6)、用于对该能量存储器(6)充电的充电装置(13)、以及用于经过所述测试电流导线(1)对所述能量存储器(6)放电的开关元件(7)，从而可以在该测试电流导线中产生放电电流，其中，设置了用于采集通过该放电电流引起的电流转换器信号的分析单元。
2. 冲艮据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试电流导线(1)是 能够穿过所述电流转换器被引导至少 一次的。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述能量存储器是电容 器(6)，其中，所述开关元件(7)与该电容器(6)串联连接。
4. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述开关元件是 半导体开关(7)，该半导体开关可以从截止位置转变到导通位置，其中，在该 截止位置电流可以经过该功率半导体(7)，而在该导通位置电流经过该功率半 导体(7)被中断。
5. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，设置至少两条互 相并行设置的测试电流导线(1)和一个继电器(12)，该继电器构造为用于将 所述测试电流导线中的一个与所述测试脉冲电路(5)的输出端连接。
6. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，至少两条互相串 联连接的测试电流导线(1 )。
7. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，每条测试电流导 线(1)是易弯有弹性的。
8. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述测试脉冲电 路(5)具有与所述能量存储器(6)串联的限制电感(10)。
9. 根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述测试脉冲电 路(5)具有用于调整所述能量存储器(6)的存储能量的调节装置。
10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述调节装置具有与所述 能量存储器(6)串联连接的分流电阻(9)，用于测量经过该分流电阻(9)流动的^:电电流的波形。
11. 一种用于检查电流转换器的方法，其中，将测试电流导线(1)引导穿过该电流转换器至少一次，并且随后借助该测试电流导线(1 )将测试脉冲电路(5)的输出端互相连接，对能量存储器(6)充电，随后操控用于对该能量存 储器放电的开关元件(7)以产生经过该测试电流导线流动的放电电流，并且测 量由于该放电电流而由所述电流转换器所产生的电流转换器信号。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，调节在所述能量存储器(6 ) 中存储的能量的量。
13. 根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，将所述测试电流导 线(1 )敷设为穿过所述电流转换器2到20次。
14. 根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其特征在于，施加特殊 的波形到所述》丈电电流。
15. 根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，通过限制 电感(10)来限制所述放电电流。
16. 根据权利要求11至15中任一项所述的方法，其特征在于，并行设置 至少两条测试电流导线并且这样连接一个继电器(12),使得所述放电电流流过 所选4奪的测试电流导线。
17. 根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，串联连接 至少两条测试电流导线，使得所述放电电流经过每条测试电流导线流动。
全文摘要
为了能够成本低地监控常规的电流转换器的功能，提供一种用于检查电流转换器的装置，该装置具有测试电流导线(1)和测试脉冲电路(5)，该测试脉冲电路具有能量存储器(6)、用于对能量存储器(6)充电的充电装置(13)和用于经过测试电流导线(1)对能量存储器(6)放电的开关元件(7)，从而可以在该测试电流导线中产生放电电流，其中，设置了用于采集通过该放电电流引起的电流转换器信号的分析单元。
文档编号G01R35/00GK101432634SQ200780015127
公开日2009年5月13日 申请日期2007年4月18日 优先权日2006年4月25日
发明者哈拉尔德·卡尔, 马库斯·恩格尔 申请人:西门子公司