CH167222A - Stromwandler mit geteiltem Eisenkern. - Google Patents

Stromwandler mit geteiltem Eisenkern.

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CH167222A
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Elektricitaets-Gese Allgemeine
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Aeg
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  Stromwandler mit geteiltem Eisenkern.    Es sind Stromwandler bekannt, bei denen  der Eisenkern künstlich auf höhere Induk  tion gebracht wird, als einem normal arbei  tenden     "##l'andler    unter denselben äussern Be  dingungen --. das heisst in bezug auf Eisen  querschnitt und Eisenlänge,     MW-Zahl    und  Bürde - entsprechen würde. Hierdurch  werden infolge der dann auftretenden höheren       Permeabilität    die Strom- und auch die Win  kelfehler verringert.

   Zu diesem Zwecke teilt  man den Eisenkern in zwei Hälften und  schaltet die an diesen     Hälften.        auftretenden          Spannungen        gegeneinander,    so     dass    als Dif  ferenz nur noch die kleine erforderliche  Klemmenspannung übrig bleibt.  



  Zur stärkeren Erregung der beiden     Kern-          hälften    bedient man sich verschiedener       Mittel.    Es sind zum Beispiel fremde Strom  quellen - für Gleich- oder Wechselstrom   herangezogen worden. Mit der fremden  Stromquelle hat man den Vorteil einer kon  stanten Spannung und einer günstigen Vor  magnetisierung, die im ganzen     iStro@mbereich       konstant bleibt. Die     Erregung    :durch fremde       Hilfsspannung    ist     umständlich    und man ist  dazu übergegangen, die Erregung der beiden       gerne    von dem Primärstrom selbst vorneh  men zu lassen.

   Diese Erregung ändert sich  naturgemäss mit dem Primärstrom, sie wird  also bei sinkendem Primärstrom kleiner und  bei steigendem Primärstrom grösser als im  Normalfalle. Sinkt zum Beispiel der Primär  strom auf     '/1o        seines    normalen Wertes, so  sinken auch     die        AW    für die     Erregung     der beiden     Kernhälften    auf ungefähr  ihres Normalwertes.

   Infolge des Verlaufes  ,des     untern    Teils der     Magnetisierungskurve     (siehe Kurve I,     Fig.    1),     sinkt    die Induktion  des Kernes aber noch viel stärker als die Er  regung; man kommt bei diesen Wandlern  daher im Gebiete sehr niedriger Induktion  und entsprechend niedriger     Permeabilität          bezw.    grosser Strom- und Winkelfehler (siehe  Kurve     II,        Fig.    1).

   Arbeitet der Wandler     bei     Nennstrom     J,    mit einer Induktion     B,    und  einem Fehler f 1, so sinkt bei     '/",    Strom     Jo,i         die     Induktion        Bo,i    nicht auf     '/",    sondern viel  leicht sogar auf     '/=o    von     B1    und dement  sprechend steigen     Fehler   <B>f</B> o<B>,</B> merklich an.  



  Die Erfindung bezweckt die     Erregung     durch den Primärstrom in .der Weise aus  zubilden, dass der Wandler im wesentlichen  im ganzen Bereich des     Primär¯tromes    im  Gebiet annähernd     konstanter    Induktion  arbeitet.

   Die Erfindung     betrifft    somit einen  Stromwandler mit     geteiltem    Eisenkern, bei  welchem die Teile des Eisenkernes mittelbar  oder unmittelbar vom Primärstrom vormag  netisiert     werden    und wobei erfindungsgemäss  ,die Sekundärwicklungen auf den beiden       Kernhälften    mit     verschiedener        Windungszahl     ausgeführt sind und gleichzeitig     Kompen-          sationsvorrichtungen    vorgesehen sind,     -welche     ,die Zunahme der Induktion der     Teilkerne     über das Gebiet annähernd     konstanter    Per  meabilität hinaus verhindern.

   Durch die ver  schiedene     MTahl    der     Windungszahlen    der Se  kundärwicklungen wird erreicht,     dass    schon  bei kleinen Primärströmen in dem Eisenkern  eine     Vormagnetisierung    herrscht,     .die    die     In-          duktäon    auf den geradlinigen Teil der Mag  netisi.erungskurv e     'bringt.    Anderseits wird  durch die Kompensationsvorrichtung erreicht,  .dass bei     grösseren    Primärströmen die Induk  tion nicht in das ,Sättigungsgebiet des Eisens  hinein ansteigt,

   sondern ebenfalls im wesent  lichen in dem geradlinigen Teil der     Mag-          netisierui:gskurve    verbleibt. Man erreicht also  hierdurch Strom- und     Winkelfehler,    die so  wohl bei Bruchteilen des Primärstromes, als  auch bei grossen primären Überströmen sehr  klein und, was noch wichtiger ist, fast kon  stant bleiben. Diese     konstanten    noch ver  bleibenden Fehler können dann leicht in an  sich bekannter Weise     entweder    am -Strom  wandler selbst oder in den     angeschlössenen     Instrumenten und Apparaten     kompensiert     werden.  



  In der Zeichnung sind in den     Fig.    2 bis  13 Ausführungsbeispiele des Erfindungs  gegenstandesdargestellt. Die     Fig.    2, 3, 5, 7,  8 und 10 zeigen     Schaltungen    von Strom  wandlern gemäss der Erfindung, bei denen die       Sekundärwissklungen        d,

  _    und     d.    auf den bei-    den Kernhälften b und c mit verschiedener       Windungszahl    ausgeführt und als Kompen  sationsvorrichtungen zur     Begrenzung    der  Induktion besondere Kompensationswicklun  gen in Verbindung mit zusätzlichen Hilfs  kernen     bezw.    Drosselspulen oder     Widerstän-          ,deri    vorgesehen sind. Die     Fig.    4, 6 und 9  zeigen Charakteristiken zur Erläuterung der  Wirkungsweise .der einzelnen Ausführungs  formen.

   In     Fig.    11     ist    eine Anordnung dar  gestellt, bei welcher mehrere Stromwandler  systeme zusammengeschaltet sind, von denen  mindestens eines mit     Kompensationsvorrich-          tungen    versehen ist.     Fig.    12 und 13     zeigen     die zugehörigen Fehlerkurven.  



       Fig.    2 stellt die     -Schaltung    eines Strom  wandlers :dar, bei     welcher    der Leiter a, in  dem der zu messende     Primärstrom        J,    fliesst,  von den zwei     Hälften    b und c eines Eisen  kernes umschlungen wird, der ,seinerseits die  mit verschiedenen     Windungszahlen    ausge  führten     Messwicklungen        dl    und     d2    trägt, an  welche .die     Bürde    e angeschlossen ist.

   Durch  .den Primärstrom     J,_        wird    ferner ein Hilfs  kern m erregt, auf dem eine     jSekundärwick-          lung    g sitzt, die     ,die    Erregung für die beiden  Kernhälften b und c liefert. Zu diesem Zweck  sitzt auf den 'beiden Hälften je eine Hilfs  wicklung     lt        bezw.        k,    die beide im entgegen  gesetzten Sinne von dem Erregerstrom  Je .durchflossen werden und hiermit die bei  den Kernhälften im entgegengesetzten Sinne  erregen.

   In den     Messwicklungen    dl und     d.-          heben    sich die beiden entgegengesetzten  Flüsse auf und liefern somit keinen Beitrag  zur gesamten Spannung an den Klemmen  der     Messwicklung.    Der     Erregerkreis    ist der  art ausgelegt, dass bei verschiedenen Strom  stärken     J,    der Erregerstrom     J8    sich nur  wenig ändert.

   Dies erreicht man beispiels  weise dadurch,     dass    der Kern m beim nor  malen !Strom     J,    schon so stark     übersättigt          ist"dass:    auch bei einem Bruchteil von     J1    seine  Induktion fast dieselbe bleibt, wie bei Nenn  strom (siehe     Charakteristik    des     Hilfskernes     in     Fig.    4).  



  Eine vom Primärstrom unabhängige Er  regung der Hauptkerne kann gemäss     Fig.    3      auch durch die Anordnung einer Hilfswick  lung auf dem Hilfskern erreicht werden, an  welche eine     Dro#selspule        7a    mit Eisenkern an  geschlossen wird. Das Ansteigen des Erreger  stromes Je kann alsdann dadurch aufgehalten  werden, dass bei Nennstrom die Drosselspule  übersättigt ist und dadurch ein Teil -des  Sekundärstromes für den Hilfskern in der  Hilfswicklung     (J")    fliesst.

   Im untern Gebiet  des Nennstromes wird die     Drosselspule    eine       erhöhte    Impedanz darstellen und der Sekun  därstrom     (J,)    in der Erregerwicklung rela  tiv zunehmen.     Auch,die    Sättigung des Hilfs  kernes kann durch die Drosselspule im gün  stigen Sinne beeinflusst werden. Anstatt die  Drosselspule an eine besondere Wicklung des  Hilfskernes anzuschliessen, kann man sie auch  parallel zur Erregerwicklung     g    des Hilfs  kernes legen.

   Bei dem in     Fig.    5     dargestellten     Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die  eine Kernhälfte     durch"den        konstanten    Strom  Je erregt und die andere Hälfte zwangsweise  durch die äussere Bürde auf die richtige In  duktion gebracht.  



  Die durch die fast     konstante    Induktion in  der Sekundärwicklung     g    erzeugte Spannung  liefert in allen beschriebenen Fällen einen  ebenfalls fast konstanten Erregerstrom     J8    in  die Hilfsspulen     h    und k, so     dass    die beiden  Hälften - des Hauptkernes auch bei Bruch  teilen des Primärstromes noch in Gebieten  hoher Induktion und hiermit kleiner Fehler  arbeiten. Zur     Kompensierung    des verbleiben  den Stromfehlers kann zum Beispiel die     Mess-          wicklung    d mit kleinerer als der     theoretischen          Windungszahl    ausgeführt werden.

   Der rest  liche Fehlwinkel kann durch eine zusätzliche       Induktivität,    die mit der Bürde in Serie ge  schaltet ist, verbessert werden. Diese     Induk-          tivität    ist dann als ein Bestandteil des Strom  wandlers anzusehen.  



  Die Konstanz des Erregerstromes kann  nicht nur durch starke     ;Sättigung    des Hilfs  kernes mittelst eines kleinen Eisenquerschnit  tes und durch Einschaltung von stromab  hängigen Widerständen in den Erregerkreis  erreicht werden, sondern auch durch Herstel  lung des Hilfskernes aus einem Material, das    schon bei niedriger Erregung gesättigt ist       (Nickel-Eisen-Legierungen        bezw.    Mischung  solcher Legierungen).  



  Aus dem     Vorausgehenden    geht hervor,  dass es in vielen Fällen nicht unbedingt not  wendig ist, die     Voi-magnetisierung    des Haupt  kernes auf :genau     konstanter    Induktion zu       halten,    es genügt vielmehr schon, wenn nie  Erregung der beiden Kernhälften nur inner  halb kleinerer Grenzen schwankt als der  Primärstrom.

   Da in der Schaltung nach       F'ig.    2,     .3    und     @5    die beiden in Serie geschal  teten     Mess'wicklungen    d mit verschiedenen       Windungszahlen    ausgeführt sind, so erreicht  man hierdurch .eine zusätzliche     Gegenmag-          netisierung        J'0    der beiden Kernhälften b und  die proportional mit dem Primärstrom  anwächst     (Fig.    6, Kurve 1).

       Überlagert    man  dieser die fast konstante fremde Erregung       durch.    den Hilfskern,     .so.    erhält man die  gesamte Erregung     Jr    der Hauptkerne nach  Kurve 2, die wohl nicht mehr konstant     ist,     sich aber doch nicht mehr so stark ändert  wie der Primärstrom. Insbesondere ergibt  sich schon bei ganz geringen Primärströmen  eine Erregung der Kernhälften vom Betrage  Je. Der Vorteil dieser Schaltung besteht  darin, dass nicht die ganze     Erregerleistung     für die beiden Kernhälften von dem Hilfs  kern entnommen werden muss, dieser also mit  bedeutend geringerem     Kernquerschnitt    ausge  führt werden kann.

   Dies     bedeutet    daher bei  Verwendung von     Nickel-Eisenblechen        oft     eine erhebliche Reduktion der     Materialkosten.     



  Wie sich aus     Fig.    7 und 8 ergibt, ist es  nicht unbedingt erforderlich, die     Fkreger-          wicklungen        li,    und<I>k</I> an einen     Hilfskern    an  zuschliessen. Man erreicht vielmehr eine ent  sprechende Verbesserung der     Charakteristik     des Stromwandlers auch dann, wenn man die  Kompensationswicklungen lediglich durch  einen     spannungsabhängigen.    Widerstand n  belastet.

   Die Einzelheiten der Schaltung sind  folgende:  In     Fig.    7 ist     a    die vom Strom     J,    durch  flossene     Primärwicklung    (als einzelner Lei  ter gezeichnet). Sie umschlingt die beiden  Kernhälften b und c, auf denen die beiden           hintereinandergeschalteten    und     mit    verschie  dener     Windungszahl    ausgeführten     Sekundär-          wicklungen        d,    und     d2    sitzen,     welche    vom       Sekundärstrom        J,

      durchflossen und mit der       äussern    Bürde e belastet sind. Um die Ab  hängigkeit vom Primärstrom zu     verringern,     ist auf die beiden     Kernhälften    eine Kompen  sationswicklung     k,        lz    aufgebracht,     welche    jene  im entgegengesetzten Sinne umschlingt und  mit dem spannungsabhängigen Widerstand n  belastet ist.

   Durch die beiden     Teilflüsse     und     V",    die sich     infolge    der Kreuzschaltung  in den beiden     Kompensationswicklungen    sum  mieren,     wird    in diesen eine Spannung indu  ziert, die einen vom     Widerstande    n abhän  gigen     Kompensationsstrom.        J,        durch,die    Kom  pensationswicklungen treibt und somit eine  zusätzliche Erregung der beiden     Eisenkerne     liefert, die der     ursprünglichen    entgegenwirkt.

    Durch geeignete Wahl des Widerstandes n  kann man nun erreichen,     dass    diese Gegen  wirkung bei geringeren     Primärströmen    ver  hältnismässig     klein,    bei grossen dagegen sehr  gross     wird.    Man hat also die Möglichkeit,       durch    stärkere Verschiedenheit -der     Win-          dungszahlen    w' und w" der beiden :Sekundär  wicklungen auch bei kleinem     Primärstrome     eine ausreichende Erregung zu erhalten, wäh  rend im Bereich grosser Primärströme ein  übermässiges     Ansteigen    der Erregung durch  die     Kompensationswicklung    vermieden wird.

    Man erreicht also, dass auch bei grossen       Schwankungen    des Primärstromes die Induk  tion und     mithin,die    Fehler des     Wandlers    nur  verhältnismässig wenig schwanken. Diese  verbleibenden Fehler können dann in an sich  bekannter Weise - etwa durch     Abwickeln     von     Sekundärwindungen,    oder .durch Vor  schaltung einer Drossel vor die Bürde - ent  weder im     Wandler    selbst oder in den anzu  schliessenden Instrumenten abgeglichen wer  den.  



  An Stelle spannungsabhängiger Wider  stände kann man den Kompensationskreis  auch mit einer gesättigten Eisendrossel be  lasten, oder mit     einer    Kombination von bei  den, wodurch man     eine    weitgehende Unab  hängigkeit der Fehler von der     Phasenlage       der an die     :Sekundärwieklung    angeschlossenen  Bürde erreicht.  



       Fig.        ss    zeigt ein weiteres Ausführungs  beispiel, bei dem die eine Hälfte der Sekun  därwicklung     (zweckmässig    die     mit    der grö  sseren     )Tindungszahl)        gleichzeitig    als     Kom-          pensationswicklungdient.    Zu diesem Zwecke  wird an die Sekundärwicklung     d"des        einen          Kernes    b - parallel zur Sekundärwicklung       d2    auf dem andern Kerne c - die     Kompen-          sationswicklung    h,

   dieses zweiten     Kernes    c  so angeschlossen,     .dass    beide     Kerne    im ent  gegengesetzten :Sinne vom     Kompensations-          strome        J,    erregt werden. Diese Ausführungs  form wird sich besonders dort als vorteilhaft  erweisen, wo es sich um     Wandler    mit hoher       Amperewindungszahl    handelt.  



  Besonders     günstige    Abmessungen lassen  sich bei den     vorbeschriebenen        Stromwandlern     erzielen, wenn man     dieObeiden        Kernhälften    so  dimensioniert, dass in ihnen beim Kurz  schliessen der Bürde nahezu oder genau die  gleiche     Vormagnetisierung    herrscht.

   Diese     Be-          dingung    ist besonders für     Wandler    mit ge  ringer.     Amperewindungszahl,    zum Beispiel  für     8tabwandler,    von grosser     Wichtigkeit,    da  sie, genau     wie    bei     Einkernwandlern,    kon  stante     Fehlerkurven    ergibt. Hierbei     ist    für  .die     Vormagnetisierung    die Feldstärke mass  gebend.

   Legt man     anderseits,der    Einfachheit  halber für die Bemessung der     Vormagneti-          sierung    die     Sättigung    zu Grunde, dann wird  die Gleichheit .der     Vormagnetisierung    in bei  .den Kernteilen dadurch erzielt,     dass    sich ihre       Windungszahlen    nahezu oder genau umge  kehrt wie die entsprechenden     Sekundärwin-          idungszahlen    verhalten. Hierbei ist voraus  gesetzt, dass die beiden     Kernteile    aus dem  gleichen Material bestehen.

   Doch kann es  unter Umständen zur     Erzielung    besonders  kleiner Abmessungen auch zweckmässig sein,  .den einen Kernteil aus     hochwertigem    mag  netischen Material zu machen, während für  den andern     gewöhnliches    Eisenblech verwen  det wird.     Alsdann    gilt nicht mehr die Vor  schrift, dass die     Querschnitte    sich umgekehrt  wie die     Windungszahlen        verhalten    sollen,      sondern es ist nur darauf zu achten, dass die  Feldstärken gleich sind.  



  Der so bemessene Wandler verhält sich  ähnlich wie     rin    normaler     Einkernw        andler,     in dessen     Magnetisierungskurve    die Feld  grössen nicht vom Symmetriepunkt 0, sondern  von den     Werten        OK        erc    der     Vormagneti-          sierung    aus zählen     (F'ig.    9).

   Die hieraus sich  ergebende     Permeabilität        ,um    das heisst das  Verhältnis der mittleren Belastungsinduktion  und     Belastungsfeldstärkem    der beiden  Kerne wird deshalb umso grösser, je steiler  die     Magnetisierungskurve    im Bereiche der       Vormagnetisierung    verläuft. Im Wendepunkt  W und in der Umgebung desselben ver  läuft sie am steilsten, während anderseits die  Fehler -der Wandler umgekehrt proportional       um        ansteigen.    Aus diesen Gründen spielt  neben der richtigen Abstimmung der Quer  schnitte der Kerne zueinander auch die Höhe  der Sättigung für die     Vormagnetisierung    eine  bedeutende Rolle.

   Diese wird zweckmässig  so gewählt, dass sie im normalen Arbeits  bereich des Primärstromes im     bezw.    nahe am  Wendepunkt der     Magnetisierungskurve    liegt.  



  Bei der     Eigenvormagnetisierung    des       Wandlers    ist die     Vormagnetisierung    im all  gemeinen stets proportional den primären       Amperewindungen    pro cm. Diese ändern sich  nach den Vorschriften des<I>VDE</I> für     Wandler     der Klasse 0,2, 0,5 und 1,0 zwischen 0,1 AN  und 1,2 AN, wenn AN die primären Nenn  amperewindungszahlen pro cm darstellen,  also im Verhältnis 1 : 12.

   Der sich um den  Wendepunkt     1l?    (Fug. 9) einer     Magnetisie-          rungskurve    gruppierende Bereich des steil  sten     Anstieges    enthält demgegenüber bei       hochsiliziertem        Eisen    nur eine Feldstärken  änderung im     -Verhältnis    von zirka 1<B>:3,</B> bei  Nickeleisen sogar nur im Verhältnis von  zirka 1 :

   2 und darunter, so     dass    die Bedin  gung,     dass    die     Vormagnetisierung    in oder in  der Nähe von     T17    für den ganzen Bereich des  Primärstromes nicht ohne weiteres oder nur  mit sehr grober Annäherung zu erfüllen ist.  Es werden daher besondere Massnahmen not  wendig, die Veränderlichkeit der     Sättigung          bezw.    der Feldstärke nach Möglichkeit zu    verringern und auf den     Wendepunkt    W oder  dessen.

   Umgebung zu     besclu-änken.    Dies lässt  sich dadurch erzielen, dass man -     wie    weiter  oben beschrieben - entweder die Veränder  lichkeit der     Vormagnetisierung    durch Kopp  lung der beiden Kerne mit einer höher ge  sättigten     Drossel    über eine     Achterwicklung     (Fug. 7) oder durch Kopplung mit einem  höher .gesättigten, vom     Primärstrom    mit  magnetisierten Hilfskern (Fug. 2) begrenzt,  wobei in beiden Fällen genau gleiche     Win-          dungSzahlen   <I>k</I> und<I>h</I> auf den     beiden    Haupt  kernteilen auszuführen sind.

   Auch wird man       zweckmässigerweise    die Drossel     n        bezw.    den  Hilfskern m aus einem     Material    mit gerin  gerem Sättigungsgrad wie die Hauptkerne  ausführen, also     beispielsweise    aus einer       Eisen-Nickellegierung.     



  Man kann die Wirkung der Drossel n  und des     Hilfskernes        -na        in    einer     einzigen    Vor  richtung vereinigen und     den;        Hilfskern    so  bemessen, dass er im untern Bereich des  Primärstromes     J,    in die Hauptkerne     b    und c       Vormagnetisierungsenergie        hineinliefert,    also  für diese als Stromgenerator arbeitet, im       obern    Bereiche von     J,    hingegen einen Teil  ihrer     Vormagnetisierungsenergie    aufnimmt,

    also     wie    eine Drossel wirkt, wobei sich die  Stromrichtung des     Hilfskernstromes        Jo    ge  genüber dem     untern    Bereich von     J1    umkehrt.  Die     Flussrichtung    in der     .Drossel        bleibt    natür  lich     hierbei    dieselbe, indem dieser Fluss im  ganzen     Bereich    von     J1    gleichförmig ansteigt.

    Durch geeignete Bemessung der     Windungs-          zahlen    und     Querschnitte    ist der Umkehr  punkt gegenüber dem :Strom     J,    frei wählbar.  Man kann deshalb den Wandler so bemessen,  .dass der     Umkehrpunkt    nahezu oder genau  mit W (Fug. 9)     zusammenfällt.     



  Durch die Forderung,     dass    der Umkehr  punkt mit dem Wendepunkt zusammenfällt,  ist der Sättigungsbereich des Hilfswandlers  festgelegt. Bei .sehr geringen     Primär-Ampere-          windungen    ist es deshalb nicht mehr möglich,  .den     Hilfswandler    in einen     genügend    flachen  Teil der     Magnetisierungskurve    zu bringen.

    Es empfiehlt sich deshalb hier, gemäss       Fig.    10, dem Hilfskern     na    durch einen zwei-           ten,        zu        m    parallel geschalteten     1=Iilfskern    o  eine weitere     Vormagnetisierung    zu     liefern,     welche im     Umkehrpunkt    zu der des Primär  stromes     J1    hinzukommt.

   Der Hilfskern o  arbeitet hierbei am günstigsten, wenn er  etwa dieselbe     Sättigung    besitzt wie der       Hauptkern,    das     heisst,    wenn seine     Windungs-          za.hl    zu der der     Achterwicklung        1s,   <I>h</I> sich umge  kehrt     wie    sein Querschnitt zu der Summe der       Querschnitte    der beiden Hauptkerne     L    und c  verhält. Hierbei dürfte es sich empfehlen,  ,dass der Hilfskern o aus dem gleichen Ma  terial hergestellt ist,     wie    die Hauptkerne.  



  In     allen    diesen Fällen verhält sich der  belastete eigenvormagnetisierte     Wandler    mit       Begrenzungsdrossel    und vor allem der mit  einem oder zwei Hilfskernen etwa .genau so       wie    ein gewöhnlicher Wandler, in dessen       Magnetisierungskurve    das     Koordinatsystem     aus dem Symmetriepunkt in den     steilsten     Bereich, das heisst in     die    Nähe des Wende  punktes     W        (Fig.    9) verlegt ist, wo, wie be  reits erwähnt,

   die Fehler am kleinsten     sind.     Hierdurch     wird    eine wesentliche Verbes  serung des ganzen     Wandlers    durch     Erhöhung     seiner Genauigkeit unter Ersparnis von Ma  terial erzielt.  



  Die richtige Abstimmung und     günstigste     Wahl -des Arbeitsbereiches der     vorbeschrie-          benen    Stromwandler ist umso bedeutsamer,  je geringer die     Primär-Amperewindungen     sind, .da hiermit ein immer beträchtlicherer  Anteil von     Amperewindungen    pro cm in Vor  magnetisierung umgesetzt     wird,    jede Ver  stimmung also zu grossen Fehlern führen muss  und ausserdem der Fehlerunterschied zwi  schen Belastung     und.        gurzschluss    umgekehrt  proportional der     Amperewindungszahl    pro  cm steigt.

       Die    angegebenen Bemessungsregeln  haben deshalb von etwa 5     Amperewindungen     pro cm abwärts besondere Vorteile.  



  Die Fehlerkurve der     vorbeschriebenen     Wandler kann     dadurch    .ganz besonders gün  stig gestaltet werden,     .dass    zwei oder mehrere  in von einander verschiedenen     ;Stromgebieten     mit günstigen Fehlerkurven arbeitende kom  pensierte     iSysteme    benutzt werden, welche so  zusammengeschaltet sind, :dass das Gebiet    günstigen Verhaltens eines Systems in dem       Gehiet    ungünstigen Verhaltens -des andern  Systems liegt. Hierdurch     wird    erreicht, dass  beim     ;Stromwandler    stets das     günstige    Sy  stem vorherrscht und auf diese Weise ein  Ausgleich in der Fehlerkurve auftritt.

   Die  Systeme werden entweder jedes für sich in  seinem Fehlerbereich oder in ihrer Zusam  menschaltung auf die     verlangte    ganze Fehler  kurve .durch Kompensationsvorrichtungen ab  geglichen und können sowohl aus dem glei  chen, als auch aus verschiedenem Material  hergestellt sein.  



  Bei     .Systemen    aus gleichem Material wird  ,das günstige     Arbeiten    in verschiedenen  Stromgebieten durch die     Abgleichung    :der       Querschnitte    und     Windungszahlen    allein, bei       Systemen    aus     verschiedenem    Material ent  weder durch verschiedene Materialeigenschaf  ten und durch verschiedene     Abgleichung     oder durch die eine von beiden Massnahmen  erreicht. .  



  Als Beispiel diene die     Reihenschaltung     von zwei je für sich nach dem     Prinzip    der       Gegenmaggnetiserung    und günstigster Per  meabilität arbeitenden Kernsystemen gemäss       Fig.    11.

   Von ihnen besteht .Kern I und     II     aus     Siliziumeisen,    Kern     III    und IV aus einer       Nickel-Eisenlegierung.    Die Kerne I und     II          bezw.        III    und     IV    bilden zusammen je ein       -Stromwandlersystem,    von denen mindestens  das eine mit Kompensationsvorrichtungen  gemäss     Fig.    2 oder folgende versehen ist.

    Die beiden Systeme     bilden    zusammen einen       Stabwandler,    welcher den Primärstrom     J,          und,den        Sekundärstrom        J,    führt.

   Alle gerne  können voneinander verschiedene     Win.dungs-          zahlen        nI,        nn,        nIII,        ulv    und     Querschnitte        QI,        QIII          Qm,        0,v    besitzen, konstruktiv als     Einzel-          kerne    ausgeführt oder auch zu einem     einzigen          zÄTandlerkern    zusammengefasst wenden und zu  ihrer     Abgleichung    auch Bruchwicklungen  enthalten.

   Bei einer     bestimmten    Belastung  zeigen die Kerne I und     II    für sich allein  in     Fig.    12 die Fehlerkurven     I-II,    nämlich  ,den Stromfehler     f        %    und in     Fig.    13 die ebenso  bezeichnete Kurve der Winkelfehler 8'     in          Abhängigkeit    von dem Primärstrom     J1    in           Prozenton    des Nennstromes.

   Wie man sieht,       arbeitet    dieser Wandler I,     II    im obern Strom  bereich mit einer günstigen     Fehlerkurve    und  zeigt im untern sehr grosse Fehler. Auf der  andern Seite besitzen, wie ebenfalls aus den       Fig.    12 und 13 hervorgeht, die gleichen für  sieh arbeitenden Kerne     III    und IV im     untern          Strombereicli    gute Fehlerkurven und sehr  grosse     Abweichungen    im obern Bereich.  



  Die mit der gleichen Belastung e, wie vor  her arbeitende Reihenschaltung der     Systeme     I,     1I    und     III,    IV zeigt, nach     Fig.    12 und  13 die Fehlerkurven (I,     II,        III        IV),    die im  ganzen Strombereich weit günstiger liegen als  die Kurven (I,     II)    und     (III,    IV), wobei noch  erwähnt sei, dass sich das     ausgeführte    Bei  spiel auf den besonders ungünstigen Fall  eines     Einleiterwandlers        mit    geringer Ampere  windungszahl bezieht.  



  Zum Vergleich sind auch noch bei glei  cher Bürde e die Fehlerkurven<B>31</B> dargestellt,  für den Fall, dass alle Kerne mit einer ge  meinsamen Wicklung oder mit Wicklungen  gleicher     Windungszahl    als gewöhnlicher  Mischkern zusammengefusst sind. Diese Aus  führung gibt wesentlich     schlechtere    Resultate  als die nach der Erfindung.  



  Mitunter genügt es, die vormagnetisierten  Kerne I und     II    aus     Siliziumeisen    mit einem  einzigen als normaler Stromwandler arbeiten  den Kern     III    aus Eisen-Nickel zu kom  binieren, das heisst zum Beispiel in Reihe zu  schalten, der - wie nicht weiter darge  stellt - im obern Gebiet stark herausfallende  Werte besitzt. Auf diese Weise werden eben  falls die Fehlerkurven der Kerne der Reihen  schaltung I,     II,        III    verbessert.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Stromwandler mit geteiltem Eisenkern, bei welchem die Teile des Eisenkernes vom Primärstrom vormagnetisiert werden, da durch gekennzeichnet, dass die Sekundärwick lungen (d, und d,) auf den beiden Kern hälften (b und e) mit verschiedener Win- dungszahl ausgeführt sind und,dass Kompen sationsvorrichtungen vorgesehen sind, welche die Zunahme der Induktion der Teilkerne über das Gebiet annähernd konstanter Per meabilität hinaus verhindern. UNTERANSPRüCHE 1.
    Stromwandler nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, @dass auf den bei den Kernhälften in bezug auf die indu zierten EMKe in Reihe geschaltete Kom pensationswicklungen vorhanden sind, die der Erregung der beiden Kerne ent gegenwirken. 2. Stromwandler nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass die Kompen sationswicklung mit .spannungsabhän gigen Widerständen belastet ist. 3. Stromwandler nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, @dass die Kompen sationswicklung mit Drosselspulen be lastet ist. 4.
    Stromwandler nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, nur der eine Kernteil eine getrennte Kompensations- wicklung trägt, während als Kompen sationswicklung des andern Kernteils die Sekundärwicklung dieses Kernes selbst verwendet wird. 5. Stromwandler nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, .dass die Kompen sationswicklung der Hauptkerne durch einen im Sättigungsgebiete arbeitenden Hilfskern gespeist wird. 6. Stromwandler nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass' der Hilfs kern mit spannungsabhängigen Wider ständen belastet ist. 7.
    Stromwandler nach Unteranspruch 5"da- durch gekennzeichnet, dass der Hilfskern sekundärseitig mit einer eisenhaltigen Drosselspule belastet ist. B. Stromwandler nach Unteranspruch 1, ge kennzeichnet durch eine derartige Be messung der Kernquerschnitte und Win- dungszahlen, dass in den beiden Kern teilen beim Kurzschliessen der Bürde wenigstens nahezu die .gleiche Vormag- netisierung herrscht. 9.
    Stromwandler nach Unteranspruch 8, da- ,durch gekennzeichnet, dass' die beiden Fernteile aus dem gleichen Material be stehen und dieselbe Flussdichte besitzen, wobei sich die Querschnitte der beiden Kernteile wenigstens nahezu umgekehrt wie die entsprechenden Sekundärwin- dungszahlen verhalten. 10.
    Stromwandler nach Unteranspruch 8, da durch gekennzeichnet, dass einer der Kernteile aus hochwertigem magne tischen Material besteht und die Vor magnetisierung so gewählt ist, dass in beiden Kernteilen hierfür etwa die glei- ehe Feldstärke erforderlich ist. 11.
    Stromwandler nach Patentanspruch, da- .durch gekennzeichnet, dass die Vormag- netisierung im normalen Arbeitsbereich .des Primärstromes wenigstens angenähert im Wendepunkt der Magnetisierungs- kurve liegt. 12. Stromwandler nach Unteranspruch 1, da ,durch gekennzeichnet, dass die Kompen sationswicklungen beider Teilkerne we nigstens annähernd gleiche Windungs- zahlen besitzen.
    18. -Stromwandler nach Unteranspruch 5, da .durch gekennzeichnet, dass der Hilfskern aus einem Material mit geringerem Sät tigungsgrad als der Hauptkern besteht. 14. Stromwandler nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, .dass der Hilfskern durch einen zweiten, vom Primärstrom mitmagnetisierten Hilfskern vormagneti siert ist. 15.
    Stromwandler nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Quer schnitt des zweiten Hilfskernes zum Ge samtquerschnitt der Hauptkerne sich etwa umgekehrt wie seine Windungs- zahl zu der der Kompensations-Achter- wicklung verhält. 16. Stromwandler nach Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hilfskern aus dem gleichen Material wie ,die Hauptkerne besteht. 17.
    Stromwandler nach den Unteransprüchen 5 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Umkehrpunkt des .Stromes in der X,ompensationswicklung beim Kurz schliessen der Bürde mit dem Wende punkt der Magnetisierungskurve wenig stens angenähert zusammenfällt. 18. Stromwandler nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass ,die primären Ampere-Windungszahlen pro cm Eisen weglänge bei Nennstrom weniger als :5 betragen. 19.
    Stromwandler nach Patentanspruch, ge- kennzeichnet,durch eine derartige Zusam menschaltung von mindestens zwei in voneinander verschiedenen ,Stromgebieten mit günstigen Fehlerkurven arbeitenden Systemen, dass -das Gebiet günstigen Ver haltens eines Systems indem Gebiet un günstigen Verhaltens eines andern. Sy stems liegt. 20. .Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die einzel nen .Systeme in bestimmten Teilgebieten .des Stromes für sich durch Kompen sationsvorrichtungen abgeglichen sind. 21.
    Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet"dass mehrere Sy steme auf die verlangte Fehlerkurve ge meinsam abgeglichen sind. 22. Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne der einzelnen Systeme aus verschiedenem Material bestehen. 28. Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne von Teilen der Systeme aus verschie denem Material bestehen. 24.
    Stromwandler nach Unteranspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die by- steme mit günstigen Fehlerkurven im untern Strombereich Kerne aus Eisen Nickel-Legierungen uni diejenigen mit günstigen Fehlerkurven im obern Strom bereich Kerne aus Siliziumeisen be sitzen. 25. Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die einzel nen Systeme verschiedene Windungs- zahlen besitzen. 26. Stromwandler nach Unteranspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Systeme Bruchwicklungen besitzen. 27.
    Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Systeme vormagnetisiert sind. 28. Stromwandler nach Unteranspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Systeme vormagnetisiert ist. 29. Stromwandler nach Unteranspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die vormag netisierten Systeme in Gegenschaltung arbeiten.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US2527881A (en) * 1945-11-08 1950-10-31 Bbc Brown Boveri & Cie Instrument transformer

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US2527881A (en) * 1945-11-08 1950-10-31 Bbc Brown Boveri & Cie Instrument transformer

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