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Gleichstromwandler für sehr hohe Stromstärken Hohe Gleichströme können bekanntlich indirekt mit Hilfe einer vormagnetisierten Drosselspule gemessen werden, wobei der Kern der Drosselspule durch den zu messenden Gleichstrom vormagnetisiert wird. Auf diesem Kern befindet sich noch eine Wechselstromwicklung, die von einem Hilfswechselstrom konstanter Spannung durchflossen wird. Die Grösse des Hilfswechselstromes, auch Sekundärstrom des Gleichstromwandlers genannt, ist von der Grösse der Vormagnetisierung durch den Gleichstrom abhängig und bildet somit ein Mass für den zu messenden Gleichstrom.
Will man nun sehr hohe Gleichströme auf diese Art messen, so erreichen die Abmessungen des Kernes, dessen Länge annähernd proportional mit dem zu messenden Gleichstrom ansteigt, Werte, die den Einbau des Wandlers schwierig machen. Dagegen erfordert eine Verringerung der Abmessungen bei vergrössertem Kernquerschnitt eine starke Erhöhung der Magnetisierungsscheinleistung.
Diese Nachteile werden bei einem Gleichstromwandler mit einer vormagnetisierten Drossel für sehr hohe Stromstärken, bei dem ein Teil der vom Primärstrom erzeugten Durchflutung mittels eines Hilfsgleichstromes kompensiert wird, nach der Erfindung dadurch vermieden, dass der Hilfsgleichstrom und der gleichgerichtete Sekundärstrom des Wandlers als Summenstrom über die Nutzbürde geleitet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.
In Fig. 1 wird die den Messgleichstrom J1 führende Schiene S von dem Eisenkern E des Gleichstromwandlers umgeben. Der von der Wechselspannung U;" ausgehende Hilfswechselstrom wird über die Wechselstromwicklung W und den Gleichrichter G zur Nutzbürde R, beispielsweise ein Messinstrument, geführt.
Gibt man dem Gleichstromwandler zusätzlich eine Gleichstromwicklung K, die einen Strom 12' führt, dessen Durchflutung der Primärdurchflu- tung durch den Strom Il entgegengerichtet ist, und leitet man diesen Kompensationsstrom, der beispiels- weise 90% der Primärdurchflutung aufheben möge, über die Nutzbürde R, so kann man durch diese Parallelschaltung des Sekundärkreises des Gleichstromwandlers zur Nutzbürde R den sekundären Wandlerstrom d12 zu dem Kompensationsstrom 12' addieren.
Zur Vereinfachung der Darstellung seien sämtliche Übersetzungsverhältnisse gleich 1 : 1 gewählt. Dann ist jetzt beim fehlerfreien Wandler 11=12-12'-I-412. Ein Fehler kann nur noch im Wandlerstrom 412 auf- treten. Da aber d12. im Beispiel nur noch 10% der gesamten Durchflutung entspricht, wird der resultierende Fehler E12 sehr klein. Eine Stabilisierung des Hilfsstromes 12 ist nicht notwendig,
da Änderungen durch d12 korrigiert werden und immer 11=12-1-E12=12 -1-d12 gilt. Darin ist der Fehler E12 nur an d12 gebunden. Da der Wandler nicht immer einen praktisch konstanten Primärstrom messen wird, wird man mit Vorteil den Hilfsgleichstrom 12' in seiner Grösse dem Primärstrom Il anpassen. Dies geschieht gemäss Fig. 2 durch einen Magnetverstärker MV in Selbstsätti- gungsschaltung, der vom Wandlerstrom d12 gesteuert wird.
Hierbei kann man den für die Auslegung des Wandlers angenehmen Betriebszustand verwirklichen, dass bei veränderlichem Primärstrom 11 der Wandlerstrom d12 und damit auch sein Fehler E12, konstant bleiben. Hierzu erhält der Magnetverstärker MV eine annähernd konstante Vorerre- gung 1K von einem Hilfsgleichrichter, den die Netzspannung Ub speist.
Da der Kompensationsstrom 12' immer um den Betrag 1K kleiner sein soll als die Pri-
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märdurchflutung 1i bzw. der resultierende Sekundärstrom 12, (ü = 1!), gilt für den Steuerstrom ist =(12 +IK)-12,;12=d12+12. Damit ist Ist = IK - d12; d12.-; IK.
Es wird also der Magnetverstärker über zwei Steuerwicklungen in Gegenschaltung (ü = 1) von dem Wandlerstrom dJ2 und einem annähernd konstanten Hilfsstrom JI; vormagnetisiert, wobei jetzt ist = Js - dJ2 (ii = 1) die Regelgrösse ist. Es ist also der Wandler- strom d12 an den Hilfsstrom Il; gebunden und damit praktisch konstant.
Das Problem der Schirmung ist jetzt wesentlich vereinfacht, da die Primärdurchflutung, die sonst den Schirm vorsättigt, im Beispiel bis auf 1011/a kompensiert ist. Der Scheinleistungsverbrauch des Wandlers sinkt auf 1011/a. Auch die Scheinleistung des Magnetverstärkers beträgt nur einen Bruchteil des bei der bisher üblichen Schaltung erforderlichen Betrages. Besondere Anforderungen an die Wechselspannungs- quelle werden nicht mehr gestellt.
Die Abschirmung gegen Fremdfelder nach Fig. 3 umgibt beide Kerne des Gleichstromwandlers. Um ihre Vormagnetisierung durch das restliche Gleichfeld herabzusetzen, ist es vorteilhaft, die Schirmzylinder in regelmässigem Abstand mit kleinen Luftspalten zu versehen. Man kann den Zylinder beispielsweise bei Parallelschaltung der Wandlerkerne aus übereinandergeschichteten Ringkernen aufbauen, oder ihn aus dünnem Bandeisen auf einen Tragzylinder aus Hartpapier aufwickeln. Die Kompensationswicklung für den Hilfsstrom 12" wird auf den Schirmzylinder gewickelt.
Bei sehr grossen Stromstärken, bei denen man zur Verkleinerung der Windungs- zahlen in der Kompensationswicklung für 12' grössere Ströme wählt, nimmt man die Summenbildung von 12' und dI2, in einem Hilfsgleichstromwandler hoher Genauigkeit mit geeignetem übersetzungsverhältnis vor.
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Direct current converter for very high currents It is known that high direct currents can be measured indirectly with the aid of a premagnetized choke coil, the core of the choke coil being premagnetized by the direct current to be measured. An alternating current winding is located on this core, through which an auxiliary alternating current of constant voltage flows. The size of the auxiliary alternating current, also called the secondary current of the direct current converter, depends on the magnitude of the premagnetization caused by the direct current and thus forms a measure of the direct current to be measured.
If you want to measure very high direct currents in this way, the dimensions of the core, the length of which increases approximately proportionally with the direct current to be measured, reach values that make the installation of the converter difficult. In contrast, a reduction in the dimensions with an enlarged core cross-section requires a strong increase in the apparent magnetization power.
These disadvantages are avoided according to the invention in a direct current converter with a premagnetized choke for very high currents, in which part of the flow generated by the primary current is compensated by means of an auxiliary direct current, that the auxiliary direct current and the rectified secondary current of the converter as a total current over the useful load be directed.
Embodiments of the invention are shown schematically in the drawing.
In FIG. 1, the rail S carrying the measuring direct current J1 is surrounded by the iron core E of the direct current converter. The auxiliary alternating current emanating from the alternating voltage U; ″ is conducted via the alternating current winding W and the rectifier G to the useful load R, for example a measuring instrument.
If the direct current converter is additionally given a direct current winding K, which carries a current 12 ', the flow of which is opposite to the primary flow through the current II, and this compensation current, which for example should cancel 90% of the primary flow, is passed over the useful burden R , so one can add the secondary converter current d12 to the compensation current 12 'by this parallel connection of the secondary circuit of the direct current converter to the useful burden R.
To simplify the illustration, all transmission ratios are chosen to be 1: 1. Then 11 = 12-12'-I-412 for the error-free converter. An error can only occur in transformer current 412. But since d12. in the example only corresponds to 10% of the total flow, the resulting error E12 is very small. A stabilization of the auxiliary current 12 is not necessary,
since changes are corrected by d12 and 11 = 12-1-E12 = 12-1-d12 always applies. The error E12 is only linked to d12. Since the converter will not always measure a practically constant primary current, the size of the auxiliary direct current 12 'will advantageously be adapted to the primary current II. According to FIG. 2, this is done by a magnetic amplifier MV in a self-saturation circuit which is controlled by the converter current d12.
In this case, the operating state that is pleasant for the design of the converter can be achieved, with the converter current d12 and thus also its error E12 remaining constant if the primary current 11 changes. For this purpose, the magnetic amplifier MV receives an approximately constant pre-excitation 1K from an auxiliary rectifier, which is fed by the mains voltage Ub.
Since the compensation current 12 'should always be 1K smaller than the primary
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märflutung 1i or the resulting secondary current 12, (ü = 1!), applies to the control current is = (12 + IK) -12,; 12 = d12 + 12. This means that Ist = IK - d12; d12.-; IK.
The magnetic amplifier is thus connected to the converter current dJ2 and an approximately constant auxiliary current JI; via two control windings in a counter-circuit (ü = 1). pre-magnetized, where = Js - dJ2 (ii = 1) is now the controlled variable. It is therefore the converter current d12 to the auxiliary current II; bound and therefore practically constant.
The problem of shielding is now significantly simplified, since the primary flow, which otherwise presaturates the shield, is compensated up to 1011 / a in the example. The converter apparent power consumption drops to 1011 / a. The apparent power of the magnetic amplifier is only a fraction of the amount required in the conventional circuit. There are no longer any special requirements for the AC voltage source.
The shielding against external fields according to FIG. 3 surrounds both cores of the direct current converter. In order to reduce their pre-magnetization by the remaining constant field, it is advantageous to provide the screen cylinders with small air gaps at regular intervals. You can build the cylinder from toroidal cores stacked one on top of the other, for example when the converter cores are connected in parallel, or you can wind it from thin strip iron onto a support cylinder made of hard paper. The compensation winding for the auxiliary current 12 "is wound onto the umbrella cylinder.
In the case of very high currents, for which larger currents are selected to reduce the number of turns in the compensation winding for 12 ', the summation of 12' and dI2 is carried out in an auxiliary DC converter of high accuracy with a suitable transmission ratio.