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Stromwandler.
Die Erfindung betrifft einen Stromwandler, dessen Sekundärstromstärke mit grosser Genauigkeit der Primärstromstärke proportional gemacht werden kann. Die Erfindung ist besonders wichtig für Stromwandler mit einer einzigen Primärleitung.
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verhältnis des Wandlers, d. h. das Verhältnis der Nennwerte des primären und des sekundären Stromes. Die Abweichung der Ampèrewindungszahl vom oben genannten Betrag, z, B. hervorgerufen durch das Abgleichen der sekundären Windungszahl. oder durch irgendeinen Zweig in Nebenschluss zur sekundären Bürde geschaltet, ist für folgendes nicht wesentlich, da die Grössenordnung der Ampèrewindungszahl durch derartigen Anordnungen dieselbe bleibt.
Die magnetisierenden Ampèrewindungen erzeugen im Kerne das magnetische Feld, welches in der sekundären Wicklung die Spannung induziert, welche den Strom in der sekundären Wicklung erzeugt. Bei den üblichen Stromwandler wird der Fehler des Wandlers, d. h. die Abweichung der oben genannten Proportionalität, durch das Verhältnis dieser magnetisierenden Ampèrewindungen zu den primären (oder sekundären) Ampèrewindungen bestimmt. Die magnetische Impedanz des Kernes, d. h. der Quotient der magnetisierenden Ampèrewindungen und der Stärke des magnetischen Flusses, hat einen grossen Einfluss auf dieses Verhältnis.
Dadurch. dass die spezifische magnetische Impedanz des Kernmateriales, z. B. vom Eisen, zu gross ist, und zu stark abhängig ist vom Absolutwert der magnetischen Induktion, ist der Fehler oft zu gross.
Da die spezifische magnetische Impedanz von Eisen (bis zu einer bestimmten Grenze) mit zunehmender Induktion abnimmt. und da bei den üblichen Stromwandlern die magnetische Induktion gering ist, muss folgen, dass es möglich sein muss durch Steigerung der magnetischen
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Verzweigung der magnetischen Ströme, wie zum Beispiel bei Wandlern der Manteltype zutrifft, so darf in obgenannter Formel L die mittlere Länge der magnetischen Induktionslinien des betreffenden Zweiges darstellen.
Die Erfindung gibt eine Lösung, den Fehler des Stromwandlers zu verringern durch zweckmässiger Erhöhung und Einstellung der Magnetisierung des Kernmateriales..
Diese Erhöhung der magnetischen Induktion wird bei bekannten Ausführungen (bei den deutschen Patentschriften Nr. 387220 und Nr. 364204) dadurch erhalten, dass auf den Wandler eine Hilfswicklung angebracht ist, welche entweder an eine Hilfsspannung angeschlossen
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ist oder mit der sekundären (bzw. primären) Wicklung in Reihe geschaltet ist. Dabei wird immer danach gestrebt, dass der Koeffizient der gegenseitigen Induktion zwischen dieser Hilfswicklung und der sekundären Wicklung sowie zwischen dieser Hilfswicklung und der primären Wicklung, gleich Null ist.
Der Strom in der Hilfswicklung beeinflusst alsdann die Ströme in den anderen Teilen der Wicklung nicht ; selbstverständlich abgesehen von der indirekten Beeinflussung, die durch die Erhöhung der magnetischen Induktion verursacht wird und eben der Zweck der Hilfswicklung ist.
Nach der Erfindung sind mehrere Teile der sekundären Wicklung direkt magnetisch gekuppelt. Eine Anzahl dieser Kupplungen beeinflusst unmittelbar die Ströme in verschiedenen Teilen der sekundären Wicklung, das heisst, infolge der gegenseitigen Induktion zwischen sekundären Spulen werden in die sekundären Wicklung Spannungen induziert, die die Ströme in der sekundären Wicklung beeinflussen. Diese, in der sekundären Wicklung fliessenden, inneren Ströme liefern mit dem primären Strom die Ampèrewindungen, welche nötig sind, um die gewünschten Werte der magnetischen Induktion an den verschiedenen Stellen des Kernmateriales zu erhalten.
Die Erfindung ermöglicht den Bau genauer Stromwandler einfacher Konstruktion, da die vielen Möglichkeiten der Schaltung ausserdem eine ausgiebige Gelegenheit bieten, die Fehler nahezu ganz zu kompensieren. Besonders werden die Fehler, welche bei anderen Ausführungen entstehen, infolge einer ungleichmässigen Magnetisierung des Kernmateriales eliminiert.
Nach der Erfindung gibt es eine. Anzahl magnetischer Kreise (mehr als einen) welche. unter Vernachlässigung von Streufeldern, magnetisch getrennt sind, und wobei eine Anzahl (mehr als eine) direkte magnetische Kupplungen zwischen zu der sekundären Wicklung gehörigen Spulen, die Stromstärken in den verschiedenen Teilen der sekundären Wicklung unmittelbar beeinflusst.
Nach einem Kennzeichen der Erfindung wird die zweckmässige Stromverteilung dadurch eingestellt, dass die sekundäre Wicklung parallele Zweige enthält, in solcher Weise, dass in mehr als einem Zweige eine Reihenschaltung zweier oder mehrerer Spulen ungleicher Windungszahl vorkommt, und wobei die zu einer Reihenschaltung gehörigen Spulen auf mehr als einem Kern, oder auf getrennten Kernen angebracht sind.
Auch kann eine Impedanz in Nebenschluss zu einer Spule geschaltet werden oder es können Brückenzweige (oder ein Brückenzweig) angebracht werden, in welchen elektromotorische Kräfte (oder eine elektromotorische Kraft) aufgenommen oder induziert werden können.
Die zweckmässige Stromverteilung kann auch erzeugt werden, indem die sekundären Stromkreise aus zwei oder mehr elektrisch getrennten Systemen bestehen.
Die Stromverteilung kann ausserdem dadurch beeinflusst werden, dass die Konstanten des magnetischen Kreises geändert werden. Das kann in verschiedener Weise geschehen, z. B. durch das Anbringen von Luftschlitzen oder magnetischen Nebenschlüsse.
Die vielen Möglichkeiten, welche die Schaltung nach der Erfindung besitzt, z. B. die Wahl des Verhältnisses der Windungszahlen und des Verhältnisses der Impedanzen der Spulen, und ausserdem die Möglichkeit Modifikationen einzuführen, bieten eine ausgiebige Gelegenheit den Fehler nahezu völlig zu kompensieren.
In dieser Beschreibung wird unter einer Spule die Sammlung aufeinanderfolgenden Windungen verstanden, welche denselben magnetischen Flux umschlingen und von demselben Strome durchflossen werden. Eine Spule kann im Grenzfall aus einer einzigen Windung bestehen.
Die beiliegenden Figuren zeigen beispielsweise eine Anzahl Ausführungsformen der Erfindung.
In den Figuren sind übereinstimmende Bestandteile durch gleiche Verweisungszeichen angedeutet.
Die Fig. 1 gibt schematisch eine Ausführungsform, welche in einfacher Weise günstige Resultate gibt. In dieser Figur ist die Primärleitung mil l bezeichnet ; mit f und g sind die Kerne angedeudet, auf welchen die vier Spulen M, v, po, S angebracht sind. Mit diesen Buchstabenzeichen sind auch die entsprechenden Windungszahlen dieser Spulen angedeutet. Durch zweckmässige Wahl der Windungszahlen kann erreicht werden, dass in beiden Kernen magnetische Felder zweckmässiger Stärke erzeugt werden, welche in den unterschiedenen Spulen elektromotorische Kräfte induzieren. Die Effektivwerte dieser Kräfte werden f. o, e, und c, ; sein.
Der Strom im Zweige a, M, b, iv, c sei ib genannt ; der Strom im Zweige a, V, cl, i c sei ifl genamlt und der Strom durch das Instrument, z. B. ein Messinstrument, sei is. Die
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stehend) und Zs genannt.
Ein Zusammenhang diesser Grössen ist aus dem Vektordiagramrn Fig. 3. zu sehen.
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Das Beispiel zeigt also in deutlicher Weise die ungleiche Magnetisierung der Kerne ; in dieser Hinsicht völlig abweichend von den bekannten Ausführungen, wo die magnetischen Induktionen in den Kernen prinzipiell einander gleich sein sollen. Eine ungleiche-uner- wünschte-Vormagnetisierung zerstört dort die Genauigkeit des Wandlers, während bei der Erfindung die ungleiche Magnetisierung beim Entwurf des Wandlers berücksichtigt werden kann.
Im allgemeinen Fall brauchen natürlich weder die Kel'l1querschnitte, noch die Windungzahlen der Spulen M'und x einander gleich zu sein ; ebensowenig brauchen die Streureaktanzen der verschiedenen Spulen vernachlässigbar klein zu sein, wie dies im gegebenen Beispiel deutlichkeitshalber der Fall war. Auch soll aus dem Beispiel nicht geschlossen werden, dass die ungleiche Magnetisierung der Kerne ein wesentlicher Merkmal der Erfindung ist ; in besonderen Fällen können die Kerninduktionen einander gleich sein.
In Fig. 2 sind die Spulen u und e, ebenso wie M'und x teilweise kombiniert. Bereits aus diesem einfachen Beispiel gehen die vielen Freiheitsgraden hervor, welche die Schaltung nach der Erfindung bietet ; in einfacher Weise ist diese Anzahl noch zu erweitern, z. B. wie in Fig. 4 und 5 angedeutet ist.
In Fig. 4 ist zwischen den Punkten b und d ein Brückenzweig hineingefügt, worin eine einstellbare Impedanz Zt aufgenommen ist.
In Fig. 5 ist ausserdem in den Brückenzweig eine elektromotorische Kraft aufgenommen, welche durch Induktion auf einem dritten Kerne erhalten wird. Diese elektromotorische Kraft kann in Phase und Grösse geregelt werden, z. B. durch eine Hilfswicklung h, welche über eine einstellbare Impedanz ZIt geschlossen ist, während dieser Schliessungskreis ausserdem eine elektromotorische Kraft enthalten kann.
Fig. 6 gibt noch eine andere Kombination mit drei Kernen, wobei die Verteilung des Stromes is in den Strömen ib und id beeinflusst werden kann.
Sowie die Spulen als die Eisenkerne können teilweise kombiniert werden.
In Fig. 7 ist schematisch angedeutet, in welcher Weise die Kerne kombiniert bewickelt werden können. Deutlichkeitshalber ist nur angegeben, wie die Wicklungen u und w angebracht werden können. Es gibt hier IV Windungen, welche beide Kerne fund g umfassen, und u - 10 Windungen, welche nur den Kern f umfassen.
Es ist klar, dass auch durch die Wahl bestimmter Querschnitte und durch spezielles Kernmaterial Einfluss ausgeübt werden kann.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Stromwandler, mit einer Anzahl magnetischer Kreise, welche. von Streufeldern ab-
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sekundären Wicklung gehörigen Spulen elektrisch zusammenhängen, wobei mehrere dieser Spulen derart direkt magnetisch gekuppelt sind, dass eine Anzahl dieser Kupplungen die Stromstärke in verschiedenen Teilen der sekundären Wicklung unmittelbar beeinflusst.
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