Schaltungsanordnung zur richtungsgetreuen Erfassung eines Gleichstromes mit Hilfe eines Gleichstromwandlers in Krämerschaltung Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erfassung eines Gleichstromes. Bei den üblichen Gleichstromwandlern, die vormagnetisierte Drosselspu len verwenden, ist die Richtung des sekundären Gleich stromes durch die Polung des verwendeten Gleichrich ters festgelegt und daher unabhängig von der Richtung des Primärstromes. In vielen Anwendungsfällen ist es jedoch erwünscht, dass der Sekundärstrom bei Umkehr der Stromrichtung des Primärstromes ebenfalls seine Richtung umkehrt.
Es sind nun bereits Schaltungsan ordnungen bekannt, die eine richtungsgetreue Erfassung eines Gleichstromes mit Hilfe eines Gleichstromwand lers ermöglichen. Eine dieser Anordnungen besteht aus einem normalen Gleichstromwandler, der mit einer zu sätzlichen Vormagnetisierungswicklung ausgerüstet ist. Die Wirkungsweise dieses Wandlers besteht ,darin, dass von der Ausgangsgrösse der Anteil subtrahiert wird, der der Durchflutung der zusätzlichen Magnetisierungswick- lung entspricht.
Diese bekannte Schaltung hat jedoch folgende Nach teile: 1. Durch die Zusatzwicklungen werden die sättigba- ren Drosseln erheblich vergrössert. Es muss die Vorma- gnetisierungsleistung zur Verfügung gestellt werden. Die Zusatzdurchflutung muss stets grösser sein als die Mess- durchflutung, was besonders beim Messen hoher Ströme und bei hoher überlastbarkeit sehr nachteilig ist, weil die Zusatzwicklung für die möglichen Spitzenströme ausgelegt sein muss.
Diese Spitzenströme fliessen zwar nur kurzzeitig, doch muss die Vormagnetisierungswick- lung ständig eine entsprechend hohe Vordurchflutung führen.
2. Da die Ausgangsgrösse Null sich als Differenz der gemessenen Zusatzdurchflutung und einer gleich grossen Nachbildung derselben darstellt, ist die Nullpunktgenau igkeit dieser bekannten Anordnung nicht sehr gross.
Es ist auch bereits eine Schaltungsanordnung be kannt, die diese Mängel nicht aufweist. Sie ist jedoch nur verwendbar, wenn eine drei- oder mehrphasige Hilfsspannung zur Verfügung steht, weil in ihr sättigbare Drosselspulen in drei- oder mehrphasiger Gleichrichter- brückenschaltung verwendet werden.
Ferner ist es auch nicht mehr neu, Gleichstrom wandler mit einer zusätzlichen Wicklung zu versehen, mit deren Hilfe dem Gleichstromwandler die zweite Harmonische in der Spannung der Wandlerkerne zur Speisung einer gesteuerten Gasentladungsröhre entnom men wird, wobei dem Gitterkreis dieser Gasentladungs- röhre eine Spannung zugeführt wird, die die doppelte Frequenz der Speisespannung besitzt.
Wenn die Span nungen an der Anode und am Gitter angenähert in Phase sind, wird die Gasentladungsröhre einen Strom führen, der ein Anzeigeorgen (Lampe, Relais o. ä.) be- einflusst. Wechselt .der Gleichstrom im Gleichstrom wandler die Richtung, dann ändert sich die Phasenlage der zweiten Harmonischen in der Spannung der Wand- lerkerne und damit auch die Anodenspannung der Gasentladungsröhre um 180 .
Da sich die Anoden- und die Gitterspannung nunmehr in Gegenphase befinden, kann kein Strom mehr durch die Röhre fliessen und das Anzeigeorgan spricht nicht mehr an. Diese Schaltungs anordnung kann unter Verwendung einer zweiten gitter gesteuerten Gasentladungsröhre so ausgebildet werden, dass beide Richtungen des Primärstromes angezeigt werden. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, dass ge trennte Anzeigeorgane für die Höhe und die Richtung des zu erfassenden Gleichstromes vorhanden sein müs sen. Für Regelzwecke sind solche Anordnungen deshalb nicht geeignet.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die eine richtungsge treue Stromerfassung mit Hilfe von normalen Gleich stromwandlern ermöglicht. Sie soll auch für Regel zwecke geeignet sein, ohne zusätzliche Wicklungen und Spannungsquellen zu benötigen.
Demzufolge betrifft die Erfindung eine Schaltungs anordnung zur richtungsgetreuen Erfassung eines Gleichstromes mit Hilfe eines Gleichstromwandlers in Krämerschaltung. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass im Wechselstromkreis des Gleichstromwandlers zwei in Reihe geschaltete Stromwandler vorgesehen sind, denen auf der Primärseite jeweils als Schwellwert dienende er ste Gleichrichteranordnungen vorgeschaltet sind,
die zusammen mit der zugehörigen Primärwicklung jeweils durch antiparallel geschaltete steuerbare Ventile über brückt sind und dass an der Sekundärwicklung der Stromwandler jeweils über zweite Gleichrichteranord- nungen Bürdenwiderstände angeschlossen sind, die spannungsmässig gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Die erfindungsgemässe Schaltungsanordnung stellt eine Ausgangsgrösse zur Verfügung, deren Richtung und Höhe durch Richtung und Höhe des erfassten Gleich stromes bestimmt ist und die für Regelzwecke oder zur Betätigung von Anzeigeorganen bestens geeignet ist.
Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausfüh rungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 die erfindungsgemässe Schal tungsanordnung und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Spannungen am Gleichstromwandler und an den beiden Wandlerkernen bei unterschiedlicher Richtung des er- fassten Gleichstromes.
Die in Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung be steht aus einem bekannten Gleichstromwandler 1 in Krämerschaltung, der aus zwei Teilkernen 1 a und 1b besteht. Die Primärwicklungen der beiden Kerne sind in Reihe geschaltet und mit den Klemmen 28 und 29 ver bunden. Diese Primärwicklung wird von dem zu erfas senden Gleichstrom I durchflossen, der sowohl in Rich tung A als auch in Richtung B fliessen kann.
Die Sekun därwicklungen der beiden Kerne sind wie üblich gegen einander in Reihe geschaltet und an die Klemmen 2, 3 und 4 gelegt. An den Klemmen 2 und 4 des Gleich stromwandlers ist ein Wechselstromkreis angeschlossen, der aus der Reihenschaltung einer Wechselstromquelle 23, eines ersten Stromwandlers 6, einer aus zwei anti parallelen Dioden bestehenden Gleichrichteranordnung 27, einerweiterengleichartig aufgebauten Gleichrichteran- ordnung 26 und eines zweiten Stromwandlers 5 besteht.
Die Gleichrichteranordnung 26 und die Primärwicklung des Stromwandlers 5 werden durch antiparallel geschal tete steuerbare Ventile 11 und 12 überbrückt, während die Gleichrichteranordnung 27 und die Primärwicklung des Stromwandlers 6 durch antiparallel geschaltete steu erbare Ventile 13 und 14 überbrückt werden. Die Sekundärwicklungen der beiden Stromwandler 5 bzw. 6 sind jeweils mit einer Gleichrichteranordnung 7 bzw. 8 verbunden. Zwei von ,den Gleichrichteranordnungen 7 bzw., 8 gespeiste einstellbare Bürden 9 bzw. 10 sind spannungsmässig gegensinnig in Reihe geschaltet.
An den Klemmen 2, 3 und 4 des Gleichstromwandlers 1 sind über die Dioden 19, 20, 21 und 22 vier gleichartig aufgebaute Zündkreise 15, 16, 17 und 18 angeschlossen, deren Ausgangsklemmen jeweils mit der Steuerelektrode und der Kathode eines der steuerbaren Ventile 11, 12, 13 oder 14 verbunden sind. Solche Zündkreise sind be kannt. Sie wurden daher lediglich schematisch darge stellt.
Zur Erklärung der Funktionsweise der erfindungsge- mässen Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sei auf Fig. 2 Bezug genommen. In ihr sind die aus der Literatur her bekannten zeitlichen Verläufe der Gleichstromwandler- Sekundärspannungen dargestellt.
Fig.2a zeigt den Spannungsverlauf der Wechsel stromquelle 23. In Fig. 2b ist oben die Spannung am Kern la und unten die am Kern 1b dargestellt unter der Annahme, dass der Gleichstrom Null ist. Demzufolge sind sie halb so gross wie die sinusförmige Speisespan nung.
In Fig. 2c und 2d sind die gleichen Spannungen auf getragen, jedoch unter der Annahme, dass die Primär wicklung des Gleichstromwandlers von einem Gleich strom durchflossen wird, der in Fig. 2c in Richtung A und in Fig. 2d in Richtung B fliesst. In Fig. 2c ist zu sätzlich der im Wechselstromkreis entstehende rechtek- kige Wechselstrom angedeutet.
Bekanntlich wird im Gleichstromwandler nach Krä mer die geknickte Magnetisierungskennlinie der beiden Teilkerne la bzw. 1b betriebsmässig periodisch von .der Sättigung her in den entsättigten Bereich hinein über strichen. Durch die gegensinnige Reihenschaltung der beiden Gleichstromwandler-Sekundärwicklungen gera ten die beiden Kerne la bzw. 1b abwechselnd in Sätti gung und übernehmen deshalb auch abwechselnd die Speisespannung (abzüglich Spannungsabfälle). Diese Spannungsübernahme erfolgt sprunghaft und ist deshalb gut geeignet, um die Zündkreise 15 bis 18 zu betätigen.
Damit immer nur der Zündkreis anspricht, an dessen Eingang eine sprunghafte Spannungszunahme auftritt, sind den vier Zündkreisen 15 bis 18 die als richtungsab hängige Entkopplungsglieder wirkenden Dioden vorge schaltet. In Fig. 2c gerät der Kern 1b beispielsweise zum Zeitpunkt to in die Sättigung, wodurch an ihm keine Spannung mehr ansteht und am Kern 1 a sprunghaft die volle Speisespannung auftritt. Durch diesen Spannungs sprung wird das steuerbare Ventil 12 über den Zünd- kreis 16 eingeschaltet, so dass der Stromwandler 5 und die Gleichrichteranordnung 26 kurzgeschlossen werden.
Demzufolge wird Klemme 25 positiv und Klemme 24 negativ.
Zum Zeitpunkt t1 gerät nun Kern 1 a in die Sätti gung, wodurch die volle Speisespannung sprunghaft am Kern 1b auftritt und das steuerbare Ventil 11 über den Zündkreis 15 eingeschaltet wird, so dass der Strom wandler 5 und die Gleichrichteranordnung 26 kurzge schlossen bleiben. Infolgedessen bleibt auch die Polari tät der Ausgangsspannung an den Klemmen 24 und 25 erhalten.
Entsprechend spielen sich die Vorgänge ab, wenn sich die Richtung des Gleichstromes ändert. Da dann bekanntlich eine Phasenverschiebung von 180 für die Teilspannungen des Gleichstromwandlers stattfindet, werden wie Fig. 2d zeigt, zum Zeitpunkt to das steuer bare Ventil 14 über den Zündkreis 18 und zum Zeit punkt t1 das steuerbare Ventil 13 über den Zündkreis 17 eingeschaltet, so dass der Stromwandler 6 und die Gleichrichteranordnung 27 kurzgeschlossen werden, wodurch sich die Polarität der Spannung an den Klem men 24 und 25 umkehrt.
Durch diese Schaltungsanordnung ist also gewährlei stet, dass sich die Polarität der Ausgangsspannung, die dem zu erfassenden Gleichstrom proportional ist, mit der Richtung dieses Gleichstromes umkehrt.
In der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 sollen die als Schwellwert dienenden Gleichrichteranordnungen 26 bzw. 27 sicherstellen, dass der Wechselstrom in voller Höhe über die leitenden steuerbaren Ventile fliesst. Selbstverständlich können anstelle der vorgesehenen Dioden auch andere Elemente zur Bildung eines solchen Schwellwertes verwendet werden (beispielsweise Zener- dioden).