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Die Erfindung betrifft einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung, sowie eine Rogowsky-Spule umfassend eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger spiralförmig aufgebrachte Wicklung mit einem ersten und einem zweiten Wicklungsende, wobei das zweite Wicklungsende mit einer im Inneren des Wickelkörpers liegenden, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes erstreckenden Gegenwindung verbunden ist.
Rogowsky-Spulen mit einem solchen Aufbau sind beispielsweise durch die DE-A1-17 91011 und die DE-A1-19 05 468 bekannt geworden.
Die DE-A1-19 05 468 beschreibt eine Strommesszange, deren den zu vermessenden Leiter umschliessende "Zange" aus zwei Wicklungsträgem gebildet ist, auf welchen Wicklungen aufgebracht sind. Die Wicklungsträger sind hohl ausgebildet und nehmen im Inneren ihres Hohlraumes die Rückführung der homogenen Messwicklung als Gegenwindung auf.
Die DE-A1-17 91011 hat sehr ähnlichen Inhalt : hier wird eine Strommess-Einrichtung beschrieben, die eine Spule aufweist, durch welche der zu vermessende Leiter hindurch geführt ist. Es ist angeführt, dass der Wickelkörper dieser Spule innen hohl ist, innerhalb welchen Hohlraumes die Rückführung des Leiters "in der Achse des Spulenkörpers" verläuft.
In sich geschlossene Ringkörper mit einem ringförmigen Hohlraum sind nur sehr schwer fertigbar : Herstellung durch einen Gussprozess fällt von vornherein aus, weil ein den inneren Hohlraum von Gussmaterial freihaltendee Formteil aus dem fertigen Gussstück nicht mehr entfernt werden könnte. Die Herstellung eines Ringkörpers aus einem rohrförmigen Material ist ebenfalls schwierig, weil Rohre nicht ohne besondere Massnahmen gebogen werden können, ohne abzuknicken. Abgesehen von diesen Herstellungsproblemen erweist sich das Einbringen der Gegenwindung in den Hohlraum als schwierig : Hohlraum ist über weite Bereiche ähnlich einem Tunnel nicht zugänglich, wodurch die Gegenwindung in den Hohlraum eingefädelt werden muss, was bei sich leicht verformenden Kupferdrähten sehr mühsam sein kann.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule anzugeben, welcher besonders einfach herstellbar ist, selbst wenn er die Gestalt eines in sich geschlossenen Ringes aufweist. Darüberhinaus soll das Anbringen der Gegenwindung auf dem anzugebenden Wickelkörper besonders einfach sein.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Wickelkörper ein Vollkörper ist und eine Nut zur Aufnahme der Gegenwindung aufweist.
Die Herstellung eines Vollkörpers ist verglichen mit der Herstellung eines Hohlkörpers besonders einfach, insbesondere kann eine Vollkörper gegossen bzw. aus Stangenmaterial in seine endgültige Form gebogen werden. Eine Nut ist im Gegensatz zu einem Hohlraum auf ihrer gesamten Länge zugänglich, sodass das Einlegen der
Gegenwindung in diese Nut ähnlich einfach ist, wie das Aufwickeln einer Leitung auf eine
Kabeltrommel.
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Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Nut in die äussere Mantelfläche des Wickelkörpers eingearbeitet ist.
Damit braucht die Gegenwindung nicht mittels gesonderter Massnahmen (wie z. B. Kleben) in der Nut fixiert werden, wird die Gegenwindung straff gespannt in eine derart plazierte Nut eingelegt, hält sie sich ähnlich einer auf eine Kabeltrommel aufgewickelte Leitung von selbst.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Tiefe der Nut etwa die Hälfte der Dicke des Wickelkörpers beträgt.
Wird eine Gegenwindung auf den Grund einer in dieser Weise dimensionierten Nut gelegt, so verläuft sie genau durch die Mittelpunkte der Windungen der auf den Wickelkörper aufgebrachten Messwicklung, womit die von der Gegenwindung bewirkte Verringerung von Messergebnis-Verfälschungen durch Stör-Magnetfelder besonders effektiv ist.
Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass der Wickelkörper als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist, weil Rogowsky-Spulen zur Erzielung eines möglichst genauen Messergebnisses in der Regel als Ringspulen ausgebildet sind und daher ein ringförmiger Wickelkörper zur Herstellung von der Regel entsprechenden Rogowsky-Spulen geeignet ist.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen, in welchen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher beschrieben.
Dabei zeigt:
Fig.leine Rogowsky-Spule im Schrägriss;
Fig. 2a einen erfindungsgemässen Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule im Grundriss;
Fig.2b den Wickelkörper gemäss Fig. 2a im Seitenriss;
Fig.2c den Wickelkörper gemäss Fig. 2a im Aufriss;
Fig. 2d einen entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Linie A-A geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;
Fig. 2e einen entlang der in Fig. 2a eingezeichneten Linie B-B geführten Schnitt durch den Wickelkörper der Fig.2a;
Fig.2f das Detail X der Fig. 2e in grösserer Darstellung und
Fig.3 eine erfindungsgemässe Rogowsky-Spule mit einem mehrteiligen Wicklungsträger.
Jeder stromdurchflossene Leiter 1 baut um sich ein Magnetfeld auf, das in Fig.lmit den Pfeilen 2 symbolisch dargestellt ist. Die Stärke dieses Magnetfeldes ist proportional zur Höhe des im Leiter 1 fliessenden Stromes.
Die in Fig.ldargestellte Rogowsky-Spule umfasst eine auf einen ringförmigen Wicklungsträger 3 spiralförmig aufgebrachte Wicklung 4 mit einem ersten Wicklungsende 5 und einem zweiten Wicklungsende 6. Die Rogowsky-Spule nutzt den erörterten
Magnetfeldaufbau eines stromdurchflossenen Leiters 1 zur galvanisch getrennten Messung der in dem Leiter 1 herrschenden Stromstärke : zu vermessende Leiter 1 wird dazu durch die zentrale Öffnung 11 des ringförmigen Wicklungsträgers 3 der Rogowsky-Spule hindurchgeführt, wodurch das von diesem Leiter 1 erzeugte Wechsel-Magnetfeld die
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spiralförmigen Windungen 7 der Rogowsky-Spule durchsetzt.
Dieses Wechsel-Magnetfeld induziert in den Windungen 7 der Rogowsky-Spule eine Wechselspannung, deren Höhe proportional der ersten Ableitung des Stromes im zu vermessenden Leiter 1 ist (u=k.di/dt, k-di entspricht dem magnetischen Fluss). Das eigentliche Stromsignal wird erst durch Integration des Messwertes erhalten.
Rogowsky-Spulen sind im Gegensatz zu konventionellen Stromwandlern Luftspulen, d. h. sie weisen keinen ferromagnetischen Kern auf ; der Wicklungsträger 3 besteht aus einem nicht-ferromagnetischen Material. Der Vorteil gegenüber konventionellen Stromwandlem besteht darin, dass durch das Fehlen von ferromagnetischen Materialien ein streng linearer Zusammenhang zwischen dem zu vermessenden Strom und der Ausgangsspannung der Spule über einen sehr grossen Messbereich besteht.
Als Nachteil erweist sich bei Rogowsky-Spulen die Tatsache, dass die Wicklung 4 aufgrund ihrer Anordnung auf einem ringförmigen Wicklungsträger 3 in ihrer Gesamtheit eine einzige weitere Windung bildet, welche normal zu den spiralförmigen Windungen 7 liegt.
Magnetische Störfelder, die normal zum Magnetfeld des zu vermessenden Leiters 1 verlaufen, können in dieser einen Windung Spannungen induzieren, welche das Messergebnis verfälschen. Da diese eine störende Windung eine relativ grosse Fläche - verglichen mit der Fläche, welche die spiralförmigen Windungen 7 umschliessen- umschliesst, können schon bei geringen Stör-Feldstärken beachtliche, das Messergebnis verfälschende Spannungen in der Wicklung 4 induziert werden.
Dieses Problem ist bekannt und im Stand der Technik bereits durch Einführung einer Gegenwindung 8 gelöst worden. Diese Gegenwindung 8 ist durch einen einzelnen elektrischen Leiter gebildet, der im Inneren des die Messwicklung 4 tragenden Wicklungsträgers 3 angeordnet ist, sich vom Bereich des zweiten Wicklungsendes 6 bis in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 erstreckt und das zweite Wicklungsende 6 in den Bereich des ersten Wicklungsendes 5 zurückführt.
Damit sind nun zwei, normal zu den Windungen 7 der Messwicklung 4 verlaufende Windungen vorhanden, einerseits die von der Gesamtheit der Windungen 7 der Messwicklung 4 gebildete Windung und andererseits die eingeführte Gegenwindung 8. Da diese Windungen koplanar liegen, werden sie beide von den Stör-Magnetfeldern durchsetzt und werden dadurch in ihnen Stör-Spannungen gleicher Höhe induziert. Diese Stör- Spannungen sind aber gegeneinander geschaltet, sodass sie sich gegenseitig aufheben und ein von Stör-Magnetfeldern unbeeinflusstes Messergebnis erhalten werden kann.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die konstruktive Ausführung eines Wickelkörpers, mit welchem der Wicklungsträger 3 einer Rogowsky-Spule mit Gegenwindung 8 gebildet werden kann.
In der Regel wird lediglich ein einziger Wickelkörper vorgesehen, der als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist. In diesem-auch in den Fig.lund 2 dargestellten Fall- ist der Wickelkörper mit dem Wicklungsträger 3 ident. Denkbar ist aber auch, den
Wicklungsträger 3 aus mehreren einzelnen Wickelkörpern 3' zusammenzusetzen, welche
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einzelnen Wicklungskörper 3' jeweils nur Segmente eines ringförmigen Körpers sind (vgl.
Fig. 3).
Die vorliegende Erfindung bezieht sich also auf einen Wickelkörper, der vorzugsweise als in sich geschlossener Ring ausgebildet ist aber auch nur ein Segment eines solchen Ringes sein kann.
Die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendeten Begriffe "Ring" und #ringförmig" sind in einem weiten Sinn zu verstehen, d. h. es ist nicht notwendig, dass Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper kreisringförmig sind. Wicklungsträger 3 bzw.
Wickelkörper können im Grundriss gesehen von der Kreisform abweichen, beispielsweise so wie in den beigeschlossenen Zeichnungsfiguren dargestellt, oval sein aber auch kantig, also in Gestalt eines Vieleckes ausgebildet sein.
Daneben ist es nicht notwendig, dass Wicklungsträger 3 bzw. Wickelkörper in sich geschlossene Ringkörper sind, es können durchaus von Wickelkörper-Material freigehaltene, sich über den gesamten Querschnitt des Wicklungsträgers 3 bzw.
Wickelkörpers erstreckende Abschnitte (also Luftspalte) vorgesehen sein.
Der in den Zeichnungsfiguren dargestellte erfindungsgemässe Wickelkörper für eine Rogowsky-Spule mit Gegenwindung 8 zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass er ein Vollkörper ist. Um die Gegenwindung 8 im Inneren dieses Vollkörpers unterzubringen, weist dieser eine Nut 9 auf, in welche besagte Gegenwindung 8 eingelegt werden kann.
Die Positionierung dieser Nut 9 ist nicht erfindungswesentlich, sie kann entlang einer beliebigen Linie der Oberfläche des Wickelkörpers verlaufen. Im Ausführungsbeispiel der Zeichnungen ist die Nut 9 in die äussere Mantelfläche 10 des Wickelkörpers eingearbeitet. Unter "äusserer Mantelfläche 10" ist dabei jene Hälfte der Wickelkörper-Mantelfläche zu verstehen, welche der zentralen Öffnung 11 des Wicklungsträgers 3 abgewandt liegt (vgl. Fig. 2e). Vorzugsweise wird die Nut 9 auf Höhe der Symmetrieachse 12 angeordnet und verläuft in Richtung dieser Symmetrieachse 12.
Die Tiefe t der Nut 9 beträgt etwa die Hälfte der Dicke d des Wickelkörpers, was aber für die ordnungsgemässe Funktion der Gegenwindung 8 der Rogowsky-Spule nicht wesentlich ist. Für die durch die Gegenwindung 8 bewirkte Kompensation von Stör- Magnetfeldeinflüssen auf das Messergebnis reicht es aus, wenn die Gegenwindung 8 innerhalb der Windungen 7 der Messwicklung 4 liegt, weshalb die Nut 9 mit beliebiger Tiefe t ausgeführt werden kann.
Das Aufbringen der Gegenwindung 8 und der Messwicklung 4 auf einen derartigen Wickelkörper ist besonders einfach : wird die Gegenwindung 8 hergestellt durch Einlegen des ersten Abschnittes des Gegenwindung 8 und Wicklung 4 bildenden
Drahtes in die Nut 9. Man beginnt dieses Einlegen beim in Fig. 2a eingezeichneten Ende A des Drahtes. Danach erfolgt die Herstellung der Wicklung 4 beginnend bei ihrem zweiten
Ende 6 durch Umwickeln des Wicklungsträgers 3 mit besagtem Draht, wobei in der ebenfalls in Fig. 2a eingezeichneten Wickelrichtung gearbeitet wird.
Die Herstellung der Nut 9 kann durch spanabhebende Bearbeitungsverfahren (Drehen, Fräsen) erfolgen ; Herstellung des erfindungsgemässen Wickelkörpers durch
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einen Gussprozess kann diese Nut 9 auch durch Vorsehen entsprechender Anformungen in der Gussform von Wickelkörper-Material freigehalten werden.
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The invention relates to a winding body for a Rogowsky coil with counterwinding, and a Rogowsky coil comprising a winding spirally applied to an annular winding carrier with a first and a second winding end, the second winding end with a lying in the interior of the winding body, away from the area of the second winding end is connected up to the area of the first winding end extending counter-winding.
Rogowsky coils with such a structure are known, for example, from DE-A1-17 91011 and DE-A1-19 05 468.
DE-A1-19 05 468 describes a current clamp, the "clamp" surrounding the conductor to be measured is formed from two winding supports on which windings are applied. The winding carriers are hollow and take up the return of the homogeneous measuring winding as a counterwinding in the interior of their cavity.
DE-A1-17 91011 has very similar content: here a current measuring device is described which has a coil through which the conductor to be measured is passed. It is stated that the winding body of this coil is hollow on the inside, within which cavity the return of the conductor runs "in the axis of the coil body".
Self-contained ring bodies with an annular cavity are very difficult to manufacture: production by a casting process fails from the outset, because a molded part that keeps the internal cavity free of casting material could no longer be removed from the finished casting. The production of an annular body from a tubular material is also difficult because pipes cannot be bent without special measures without kinking. Apart from these manufacturing problems, the introduction of the counter-turn into the cavity proves to be difficult: the cavity is not accessible over large areas similar to a tunnel, which means that the counter-turn has to be threaded into the cavity, which can be very tedious with easily deforming copper wires.
It is an object of the present invention to provide a winding body for a Rogowsky coil which is particularly easy to produce, even if it has the shape of a self-contained ring. In addition, the attachment of the counterwinding on the winding body to be specified should be particularly simple.
According to the invention, this is achieved in that the winding body is a solid body and has a groove for receiving the counterwinding.
The manufacture of a solid body is particularly simple compared to the manufacture of a hollow body, in particular a solid body can be cast or bent from rod material into its final shape. In contrast to a cavity, a groove is accessible over its entire length, so that the insertion of the
Headwinding in this groove is just as easy as winding a line onto one
Cable drum.
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According to a particularly preferred embodiment of the invention, it can be provided that the groove is worked into the outer surface of the winding body.
This means that the counterwinding need not be fixed in the groove by means of separate measures (such as gluing), if the counterwinding is placed tightly in a groove placed in this way, it will hold itself like a cable wound on a cable drum.
Furthermore, it can be provided that the depth of the groove is approximately half the thickness of the winding body.
If a counter-turn is placed on the bottom of a groove dimensioned in this way, it runs exactly through the center points of the turns of the measuring winding applied to the winding body, with which the reduction in measurement result falsifications caused by interference magnetic fields is particularly effective.
It has proven to be advantageous that the winding body is designed as a self-contained ring, because Rogowsky coils are usually designed as ring coils to achieve the most accurate measurement result possible, and therefore an annular winding body is suitable for producing Rogowsky coils corresponding to the rule is.
The invention is described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which particularly preferred exemplary embodiments are shown.
It shows:
Fig.leine Rogowsky coil in the diagonal tear;
2a shows a winding body according to the invention for a Rogowsky coil in plan view;
2b the winding body according to FIG. 2a in side elevation;
2c the winding body according to FIG. 2a in elevation;
FIG. 2d shows a section through the winding former of FIG. 2a along the line A-A drawn in FIG. 2a;
FIG. 2e shows a section through the winding former of FIG. 2a along the line B-B drawn in FIG. 2a;
2f shows the detail X of FIG. 2e in a larger representation and
3 shows a Rogowsky coil according to the invention with a multi-part winding support.
Each conductor 1 through which current flows builds up a magnetic field which is symbolically represented in FIG. 1 with the arrows 2. The strength of this magnetic field is proportional to the amount of current flowing in conductor 1.
The Rogowsky coil shown in FIG. 1 comprises a winding 4 spirally applied to an annular winding support 3 with a first winding end 5 and a second winding end 6. The Rogowsky coil uses the one discussed
Magnetic field structure of a current-carrying conductor 1 for the galvanically isolated measurement of the current intensity prevailing in the conductor 1: the conductor 1 to be measured is guided through the central opening 11 of the annular winding support 3 of the Rogowsky coil, as a result of which the alternating magnetic field generated by this conductor 1
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spiral turns 7 of the Rogowsky coil.
This alternating magnetic field induces an alternating voltage in the turns 7 of the Rogowsky coil, the magnitude of which is proportional to the first derivative of the current in the conductor 1 to be measured (u = k.di / dt, k-di corresponds to the magnetic flux). The actual current signal is only obtained by integrating the measured value.
In contrast to conventional current transformers, Rogowsky coils are air coils, i. H. they have no ferromagnetic core; the winding support 3 consists of a non-ferromagnetic material. The advantage over conventional current transformers is that the lack of ferromagnetic materials means that there is a strictly linear relationship between the current to be measured and the output voltage of the coil over a very large measuring range.
A disadvantage of Rogowsky coils is the fact that the winding 4, due to its arrangement on an annular winding carrier 3, forms a single further turn in its entirety, which is normal to the spiral turns 7.
Magnetic interference fields, which run normal to the magnetic field of the conductor 1 to be measured, can induce voltages in this one turn, which falsify the measurement result. Since this interfering turn encompasses a relatively large area - compared to the area which surrounds the spiral turns 7 - considerable voltages which falsify the measurement result can be induced in the winding 4 even with low interference field strengths.
This problem is known and has already been solved in the prior art by introducing a counterwinding 8. This counterwinding 8 is formed by a single electrical conductor which is arranged in the interior of the winding carrier 3 carrying the measuring winding 4, extends from the region of the second winding end 6 to the region of the first winding end 5 and the second winding end 6 in the region of the first End of winding 5 leads back.
There are now two windings running normal to the windings 7 of the measuring winding 4, on the one hand the winding formed by the total number of windings 7 of the measuring winding 4 and on the other hand the introduced counter-winding 8. Since these windings are coplanar, they are both affected by the interference Magnetic fields penetrated and thereby induced interference voltages of the same level. However, these interference voltages are switched against each other so that they cancel each other out and a measurement result that is not influenced by interference magnetic fields can be obtained.
The present invention relates to the design of a winding body with which the winding carrier 3 of a Rogowsky coil with a counter-winding 8 can be formed.
As a rule, only a single winding body is provided, which is designed as a self-contained ring. In this case — also shown in FIGS. 1 and 2 — the winding body is identical to the winding carrier 3. However, it is also conceivable that
To assemble winding carrier 3 from several individual bobbins 3 ', which
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individual winding body 3 'are only segments of an annular body (cf.
Fig. 3).
The present invention thus relates to a winding body, which is preferably designed as a self-contained ring, but can also be only a segment of such a ring.
The terms "ring" and # ring-shaped "used in this description and the claims are to be understood in a broad sense, that is, it is not necessary for winding carriers 3 or winding bodies to be circular.
When viewed in plan, winding bodies can deviate from the circular shape, for example as shown in the accompanying drawing figures, be oval but also angular, that is to say in the form of a polygon.
In addition, it is not necessary for winding carriers 3 or winding bodies to be self-contained ring bodies; it is quite possible for winding body materials that are kept free of winding body material to spread over the entire cross section of the winding carrier 3 or
Sections (i.e. air gaps) extending over the winding body may be provided.
The winding body according to the invention shown in the drawing figures for a Rogowsky coil with counterwinding 8 is initially characterized in that it is a solid body. In order to accommodate the counterwinding 8 in the interior of this solid body, it has a groove 9 into which said counterwinding 8 can be inserted.
The positioning of this groove 9 is not essential to the invention, it can run along any line of the surface of the winding body. In the exemplary embodiment of the drawings, the groove 9 is worked into the outer lateral surface 10 of the winding body. “External outer surface 10” is to be understood as meaning that half of the winding body outer surface which faces away from the central opening 11 of the winding carrier 3 (cf. FIG. 2e). The groove 9 is preferably arranged at the level of the axis of symmetry 12 and extends in the direction of this axis of symmetry 12.
The depth t of the groove 9 is approximately half the thickness d of the winding body, but this is not essential for the proper functioning of the counterwinding 8 of the Rogowsky coil. For the compensation of interference magnetic field influences on the measurement result caused by the counterwinding 8, it is sufficient if the counterwinding 8 lies within the windings 7 of the measuring winding 4, which is why the groove 9 can be made with any depth t.
Applying the counterwinding 8 and the measuring winding 4 to such a winding body is particularly simple: the counterwinding 8 is produced by inserting the first section of the counterwinding 8 and winding 4 forming it
Wire into the groove 9. This insertion begins at the end A of the wire shown in FIG. 2a. The winding 4 is then produced starting with its second one
End 6 by wrapping said winding support 3 with said wire, working in the winding direction also shown in FIG. 2a.
The groove 9 can be produced by machining processes (turning, milling); Production of the winding body according to the invention by
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In a casting process, this groove 9 can also be kept free of winding body material by providing corresponding moldings in the casting mold.