CH432644A - Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fliessenden Strömen, insbesondere auf Läufern elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

  
 



  Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fliessenden Strömen, insbesondere auf Läufern elektrischer Maschinen
Wenn in sich abgeschlossene Systeme um eine Achse rotieren, ist es infolge der fehlenden galvanischen Verbindung nicht möglich, die dort fliessenden Ströme unmittelbar zu messen. Es ist bekannt, eine galvanische Verbindung über Schleifringe herauszuführen. Gerade bei bürstenlosen Synchronmaschinen, die über mitrotierende Gleichrichter erregt sind, sollen aber Schleifringe völlig vermieden werden. Ausserdem sind Schleifringe in Messanordnungen unerwünscht, da die gleitenden Kontakte laufend kleine Widerstandsänderungen an der Übergangsstelle verursachen.

   Zur Übertragung von Wechselströmen und -spannungen ist es weiterhin bekannt, Transformatoren mit Wicklungen vorzusehen, deren Flussverkettung durch die Rotation nicht beeinflusst wird und bei denen eine Wicklung mit der Welle rotiert und die ihr ständig gegenüberliegende zweite Wicklung feststehend angeordnet ist. Dort kann dann der induktiv übertragene Messwert abgenommen werden. Diese Anordnung versagt bei   Übertragung    von Gleichströmen. Eine weitere bekannte Anordnung besteht darin, dass im rotierenden Teil ein vom zu messenden Gleichstrom erregtes Feldsystem vorhanden ist, das in feststehenden Statorwicklungen dem Erregerstrom proportionale Spannungen nach dem Prinzip des Synchrongenerators induziert. Damit ist aber diese vorbekannte Anordnung drehzahlabhängig und nur für stationäre Verhältnisse geeignet.

   Bei Pendelungen der Hauptmaschine ergeben sich Fehlangaben. Auch beim asynchronen Hochlauf der Hauptmaschine ist der Drehzahl abhängigkeit wegen die Messung der Augenblickswerte nicht möglich. Ferner sind allgemein zur Messung von Strömen in stationären Anlagen Stromjoche bekannt, die wenigstens einen Luftspalt haben, in dem sich eine von der magnetischen Induktion in diesem Luftspalt abhängige Sonde, beispielsweise ein Hallgenerator, befindet. Die von diesem abgegebene Hallspannung ist ein Mass für den Strom, der in der Jochwicklung fliesst.



   Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fliessenden Strömen, insbesondere auf Läufern elektrischer Maschinen, durch induktive Übertragung auf eine feststehende Messsonde.



   Erfindungsgemäss ist eine konzentrisch zur Wellenachse angeordnete, rotierende Leiterwindung, in welcher der zu messende Strom fliesst, von einem feststehenden,   U-förmigen    Magnetjoch mit in letzterem eingefügter Messsonde teilweise umschlossen, in dessen Luftspalt der mit der Stromzuleitung zur Leiterwindung umlaufende Träger derselben angeordnet ist, wobei die genannte Stromzuleitung durch den Träger hindurchgeführt ist.



   Es wird also ein feststehendes Magnetjoch mit einer feststehenden Sonde zur Strommessung geschaffen, wobei in dem Luftspalt des Magnetjoches eine Leiterwindung rotiert, die an einem vorzugsweise ringförmigen Magnetkern, gleich Träger der Leiterwindung, befestigt ist, der ebenfalls rotiert. Von den auf dem Läuferkörper zu messenden elektrischen Grössen, wie Erregerstrom oder Erregerspannung in ihren Augenblickswerten, können dabei über die Messsonde in direkter oder indirekter Abbildung über proportionale Ströme oder Spannungen dieser Messsonde die Augenblickswerte in einer stationären Anordnung erfasst und dann in bekannter Weise die Gleich- und gegebenenfalls auch die Wechselstromanteile bis zu einer gegenüber der Netzfrequenz höheren Frequenz durch Auswertung ermittelt werden.

   Damit sind auch die nicht-stationären elektrischen Vorgänge auf dem Läuferkörper, hauptsächlich bei den Stromund Spannungsverhältnissen, erfassbar. Als Messsonde kann ein Hallgenerator oder aber auch eine Spule, vorzugsweise mit Eisenkern, die durch Vormagnetisierung in ihrer Induktivität beeinflusst ist, verwendet werden.



  Die   Anderung    der Induktivität dieser Spule ist dann ein Mass für den Strom auf dem Läufer. Die Messung erfolgt in bekannter Weise, beispielsweise in einer Brükkenschaltung.



   Die Fig. 1 und 2 zeigen als Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Anordnung zwei Ansichten einer gesamten Messanordnung,  die Fig. 3 und 4 eine Einzelheit einer beispielsweisen Stromdurchführung der Leiterwindung.



   In den Fig. 1 und 2 ist das feststehende Magnetjoch, das vorzugsweise lamelliert und aus   wirbelstrom-und    hysteresisverlustarmem ferromagnetischem Material gefertigt ist, mit 1 bezeichnet. Sein Querschnitt ist der Messsonde 2 angepasst. Der in der Leiterwindung 4 des   Erregerkreises    fliessende, zu messende Rotorstrom erzeugt einen Magnetfluss, der in dem Joch 1 geführt wird und der durch Induktion den messbaren Strom der Sonde 2 hervorruft. Der Träger 3 der Leiterwindung 4 ist beispielsweise ringförmig ausgebildet, lamelliert und aus wirbelstrom- und hysteresisverlustarmem ferromagnetischem Material hergestellt.

   Besondere Vorteile dieser Anordnung sind, dass eine mögliche axiale Bewegung der Welle ohne Einfluss auf das Messergebnis ist, da die Breite der Pole des U-förmigen, feststehenden Magnetjoches so bemessen ist, dass sie um das Mass der möglichen axialen Bewegung des Trägers der Leiterwindung grösser ist als die Breite des Trägers. Eine radiale Bewegung der Welle in der Grösse der beiden Luftspalte 5 ist ebenfalls möglich, da die Summe der Luftspalte konstant bleibt und somit keine   Änderung    der Durchflutung auftritt. Auf diese Weise werden Fehlmessungen vermieden. Dagegen kann die aufzubringende Durchflutung bei gleichbleibender Luftspaltbreite verkleinert werden, indem die Fläche der beiden Luftspalte 5, durch die der umlaufende Träger mit der Leiterwindung hindurchgreift, vergrössert wird.

   Der Messbereich des Stromes kann für kleine Werte begrenzt werden, in dem das feststehende, U-förmige Magnetjoch 1 ganz oder teilweise so gebaut ist, dass es bei grossen Strömen in den Bereich der Sättigung kommt. Es ist auch möglich, mehrere Magnetjoche 1 vorzusehen, die mit verschiedenen Messbereichen versehen sind, jedoch die gleiche Leiterwindung umschliessen.



   Die Fig. 3 und 4 zeigen eine besondere Ausführung der konzentrischen   Leiterdurchführung    durch den umlaufenden Träger 3 der Leiterwindung, der auch als Magnetkern bezeichnet werden kann. Die den Messstrom führenden Leiter 4 sind konzentrisch durch eine Bohrung im Magnetkern 3 geführt und sind durch die Isolation 7 galvanisch voneinander getrennt. Es können jederzeit mehrere Leiterwindungen vorgesehen werden.



  Der Vorteil einer Leiterdruchführung nach den Fig. 3 und 4 ist die gleichmässige Durchflutung des feststehenden, U-förmigen Magnetjoches, unabhängig von der augenblicklichen Stellung der Leiterdurchführung während des Umlaufens.



   Neben der betriebssicheren Anordnung bietet die beschriebene und dargestellte Anordnung zur kontaktlosen Messung von auf Läufern elektrischer Maschinen fliessenden Strömen noch weitere Vorteile. Es ist dabei insbesondere an die Verringerung der Wirbelstrom- und Hysteresisverluste des Magnetjoches und auch des Magnetkernes gedacht, die Fehlmessungen bei den Wechselstromanteilen des Gleichstroms zur Folge haben, weiterhin eine Verkleinerung des Messfehlers, der durch die Remanenz des Magnetjoches bedingt ist, was insbesondere beim Nullwerden des Stromes notwendig ist.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fliessenden Strömen, insbesondere auf Läufern elektrischer Maschinen, durch induktive Übertragung auf eine feststehende Messsonde, dadurch gekennzeichnet, dass eine konzentrisch zur Wellenachse angeordnete, rotierende Leiterwindung, in welcher der zu messende Strom fliesst, von einem feststehenden, U-förmigen Magnetjoch mit in letzterem eingefügter Messsonde teilweise umschlossen ist, in dessen Luftspalt der mit der Stromzuleitung zur Leiterwindung umlaufende Träger derselben angeordnet ist, wobei die genannte Stromzuleitung durch den Träger hindurchgeführt ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende, U-förmige Magnetjoch aus einem wirbelstrom- und hysteresisverlustarmen ferromagnetischen Material hergestellt ist.

   2. Anordnung nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das feststehende, U-förmige Magnetjoch lamelliert ist.

   3. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Träger der Leiterwindung ringförmig ausgebildet und aus wirbelstromund hysteresisverlustarmem ferromagnetischem Material gefertigt ist.

   4. Anordnung nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der umlaufende Träger der Leiterwindung lamelliert ist.

   5. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde ein Hallgenerator ist.

   6. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messsonde eine durch Vormagnetisierung in ihrer Induktivität beeinflusste Spule ist.

   7. Anordnung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Leiterwindungen vorhanden sind.

   8. Anordnung nach Patentanspruch, Unteranspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Magnetjoche vorhanden sind, die die Leiterwindung umfassen.

   9. Anordnung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch den umlaufenden Träger die Stromzuleitungen konzentrisch ineinanderliegen.

   10. Anordnung nach Patentanspruch und den Unteransprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Pole des U-förmigen, feststehenden Magnetjoches grösser ist als die Breite des Trägers, um eine axiale, durch den Rotor der Maschine bedingte Bewegung des Trägers der Leiterwindung zu ermöglichen.