CH617034A5 - - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen mit einem Übertrager mit einem ferromagnetischen Kern zu schaffen, mit der solche Signale mit hoher Genauigkeit übertragen werden können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, dass eine Steuereinrichtung zum Verändern der Permeabilität des mit mindestens einer Primär- und einer Sekundärwicklung versehenen Kernes und eine Messeinrichtung zum Messen einer bei der Permeabilitätsänderung auftretenden Änderung der Übertragungseigenschaften vorgesehen ist und dass an die Sekundärwicklung eine in Abhängigkeit von der Änderung der Übertragungseigenschaften geregelte Zusatzspeisequelle angeschlossen ist. Dabei sind entweder eine Messeinrichtung zum Messen der Magnetflussänderung und eine in Abhängigkeit von der Magnetflussänderung geregelte Zusatzstromquelle oder eine Messeinrichtung zum Messen der Durchflutungsänderung und eine in Abhängigkeit von der Durchflutungsänderung geregelte Zusatzspannungsquelle vorgesehen.

Bei der Übertragung von Signalen mit Wechselstrom- und Gleichstromteilen ergeben sich primär- und sekundärseitig unterschiedliche Ströme, die zu einer resultierenden Durchflutung im ferromagnetischen Kern des Übertragers führen. Eine solche Durchflutung führt bei einer Veränderung der Permeabilität des Kernes zu einer Flussänderung, die gemessen und zur Regelung der Zusatzstromquelle verwendet wird. Die Zusatzstromquelle wird so geregelt, dass der von ihr in die Sekundärwicklung eingespeiste Zusatzstrom die resultierende Durchflutung zu Null macht Damit entspricht der in der Seku-därwicklung fliessende Strom genau dem Strom in der Primärwicklung.

Die Veränderung der Permeabilität des Kernes gelingt auf einfache Weise dadurch, dass die Steuereinrichtung aus einer mit einem sich periodisch ändernden Strom beaufschlagten Zusatzwicklung besteht durch die ein vom magnetischen Fluss der Primär- und Sekundärwicklung unabhängiger magnetischer Nebenfluss im Kern erzeugt ist. Desgleichen kann die Änderung des magnetischen Flusses auf einfache Weise dadurch gemessen werden, dass als Messeinrichtung eine Hilfswicklung vorgesehen ist die mit dem gleichen magnetischen Fluss wie die Primär- und Sekundärwicklung verkettet ist.

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Eine einfache Einrichtung zur Übertragung besagter In Fig. 3 ist für eine Einrichtung zur Übertragung von

Signale wird dadurch erhalten, dass der Kern des Übertragers Gleich- und Wechselstromsignalen an die Sekundärwicklung E-förmig ausgebildet und auf seinem Mittelschenkel die Pri- W2 des Übertragers eine Zusatzstromquelle 7 angeschlossen, mär-, Sekundär- und Hilfswicklung trägt und dass als Zusatz- Diese Zusatzstromquelle 7 besteht aus einem Verstärker 8, des-wicklung auf den beiden Aussenschenkeln zwei windungs- 5 sen Ausgang mit der Sekundärwicklung W2 verbunden ist. Der gleiche und in Reihe geschaltete Teilwicklungen mit ihrem Eingang des Verstärkers 8 ist mit dem Ausgang eines Integrier-Wickelsinn so angeordnet sind, dass die Aussenschenkel gegen- gliedes 9 verbunden, dessen Eingang an den Ausgang einer sinnig magnetisiert sind. Wenn der Kern als Schalenkern mit ersten Multiplikationsstufe 10 angeschlossen ist. Dem einen einem Mittelloch ausgebildet und durch das Mittelloch minde- Eingang der ersten Multiplikationsstufe 10 wird die in der Hilf s-stens ein stromdurchflossener Leiter als Zusatzwicklung 10 wicklung W3 induzierte Spannung zugeführt. Der andere Eingeführt ist, besteht die Möglichkeit, die Kerne der Übertrager gang der ersten Multiplikationsstufe 10 erhält ein dem Vorzei-von mehreren Einrichtungen zur Übertragung besagter chen der ersten Ableitung vom Quadrat des Stromes der

Signale einem gemeinsamen stromdurchflossenen Leiter zuzu- Zusatzwicklung W4 entsprechendes Signal. Hierzu ist mit der ordnen, so dass zur Lieferung des sich periodisch ändernden Zusatzwicklung W4 ein Stromwandler 11 in Reihe geschaltet. Stromes nur eine Stromquelle benötigt wird. 15 Die Sekundärwicklung dieses Stromwandlers 11 ist mit einer

Eine genaue Regelung des in die Sekundärwicklung einge- zweiten Multiplikationsstufe verbunden, durch die das Quadrat speisten Zusatzstromes gelingt in einfacher Weise dadurch, des in der Zusatzwicklung W4 fliessenden Zusatzstromes gebil-dass die Zusatzstromquelle aus einem ausgangsseitig an die det wird. In einer der zweiten Multiplikationsstufe 12 nachge-Sekundärwicklung angeschlossenen Verstärker besteht, dessen schalteten Differenzierstufe 13 wird die Ableitung des von der Eingang an ein Integrierglied angeschlossen ist, an dessen Ein- 20 zweiten Multiplikationsstufe 12 gelieferten Signales gebildet, gang wiederum die in der Hilfswicklung induzierte und in einer Die Differenzierstufe 13 ist so aufgebaut, dass an ihrem Aus-Multiplikationsstufe mit der ersten Ableitung von Quadrat des gang nur ein dem Vorzeichen des jeweiligen Differenzialwer-Stromes der Zusatzwicklung multiplizierte Spannung gelegt ist. tes entsprechendes Signal erscheint. Die Zusatzwicklung W4 Bei einer Änderung des Stromes zwischen zwei nur im posi- ist an einem Generator 14 angeschlossen, der einen sich perio-tiven oder nur im negativen Bereich liegenden Werten würden zs disch ändernden Strom liefert. Der Generator 14 kann bei-die durch Fertigungstoleranzen des Kernes bedingten spielsweise als Taktgenerator ausgebildet sein.

Ungleichheiten im Kern zu einer Nullpunktverschiebung des Liegt an der Primärwicklung W1 ein einen Gleich- und

Übertragers führen. Zur Vermeidung solcher Nullpunktfehler Wechselstromteil enthaltendes Signal an, so wird der Wechselwird die Zusatzwicklung durch einen sich zwischen einem stromteil des Signales mit einer grossen Genauigkeit in der gleich grossen positiven und negativen Maximum ändernden 30 Sekundärwicklung W2 ausgebildet, d. h. in der Sekundärwick-Strom beaufschlagt. Darüber hinaus kann der Wert des positi- lung fliesst ein gleich grosser Wechselstrom wie in der Primär-ven und negativen Maximums in Abhängigkeit von dem durch wicklung. Der in der Primärwicklung W1 fliessende Gleich-die Zusatzwicklung hervorgerufenen Flusshub begrenzt wer- stromteil führt hingegen zu einer resultierenden Durchflutung. den. Dies ist dann von Vorteil, wenn solche magnetischen Durch den in der Zusatzwicklung W4 fliessenden und sich Werkstoffe oder Kernformen verwendet werden, bei denen die35 periodisch ändernden Strom wird die Permeabilität des Kernes Abhängigkeit der Permeabilität über der Induktion besser 1 periodisch verändert. Infolge der Veränderung der Permeabi-reproduzierbar ist als die Abhängigkeit der Permeabilität über lität tritt unter dem Einfluss der bestehenden resultierenden der Feldstärke. Durchflutung eine periodische Flussänderung auf. Durch diese Anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausfüh- periodische Flussänderung wird in der Hilfswicklung W3 eine rungsbeispiele wird der Gegenstand der Erfindung nachfol- 40 Spannung induziert. Diese Spannung wird mit der ersten Abieigend näher beschrieben. Es zeigt tung des Quadrates von dem in die Zusatzwicklung W4 einge-Fig. 1 einen Übertrager mit einem E-förmigen Kern, speisten Strom oder nur mit dem Vorzeichen dieser ersten Fig. 2 einen Übertrager mit einem Schalenkern, Ableitung bewertet. Das auf diese Weise gewonnene Signal Fig. 3 eine Einrichtung zur Übertragung von Signalen mit dient zur Regelung des in die Sekundärwicklung einzuspeisen-einer geregelten Zusatzstromquelle, 45 den Stromes.

Fig. 4 eine Einrichtung zur Übertragung von Signalen mit Der von der Zusatzstromquelle 7 in die Sekundärwicklung einer geregelten Zusatzspannungsquelle. W2 eingespeiste Strom ist ein Gleichstrom und wird in seiner

Der in Fig. 1 dargestellte Übertrager für eine Einrichtung Grösse so geregelt, dass die resultierende Durchflutung null zur Übertragung von Signalen der genannten Art weist einen wird. Dies ist der Fall, wenn der in der Sekundärwicklung flies-E-förmigen Kern 1 auf. Auf dem Mittelschenkel 2 dieses E-för- so sende Strom genauso gross ist wie der in der Primärwicklung migen Kernes 1 sind eine Primärwicklung Wl, eine Sekundär- fliessende Strom. Somit ist eine genaue Übertragung der wicklung W2 und eine Hilfswicklung W3 angeordnet. Auf den Gleich- und Wechselstromteile eines Signales erreicht.

beiden Aussenschenkeln 3 und 4 sind zwei windungsgleiche Die für die Regelung des in die Sekundärwicklung einge-

und in Reihe geschaltete Teilwicklungen vorgesehen, die speisten Zusatzstromes notwendige induzierte Spannung kann zusammen eine Zusatzwicklung W4 bilden. Der Wickelsinn der ss auch an der Sekundärwicklung W2 abgegriffen werden. Hier-beiden Teilwicklungen ist so gewählt, dass bei einem Strom- durch wird die gesonderte Hilfswicklung W3 eingespart,

fluss in den beiden Teilwicklungen die beiden Aussenschenkel 3 jedoch geht dies zu Lasten der Genauigkeit des Übertragers, und 4 gegensinnig magnetisiert werden. Bei der Einrichtung nach Fig. 4 ist an die eine Anschluss-

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Übertrager für eine solche seite der Sekundärwicklung W2 eine Zusatzspannungsquelle 15 Einrichtung ist ein an sich bekannter Schalenkern 5 verwendet. 60 und an die andere Anschlussseite ein Operationsverstärker 16 Der Schalenkern 5 weist ein Mittelloch 6 auf, durch das die mit seinem invertierenden Eingang angeschlossen.:Der Aus-

Zusatzwicklung W4 geführt ist. Diese Zusatzwicklung W4 kann gang des Operationsverstärkers 16 ist über einen ohmschen aus einem einzigen stromdurchflossenen Leiter bestehen. In Widerstand 17 mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt, dem üblichen Wickelraum des Schalenkernes sind die Primär- Durch diese Rückkoppelung wird der invertierende Eingang wicklung, die Sekundärwicklung und die Hilfswicklung unter- 65 des Operationsverstärkers 16 auf Null gehalten, so dass die gebracht Von diesen Wicklungen ist in Fig. 2 der besseren Sekundärwicklung W2 im Kurzschluss arbeitet.

Übersichtlichkeit wegen nur die Primärwicklung W1 darge- An den Ausgang des Operationsverstärkers 16 ist ferner stellt. eine Multiplikationsstufe 18 mit ihrem einen Eingang ange-

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schlössen, deren Ausgang über ein als Tiefpass 19 ausgebildetes des von der Primärwicklung Wl in der Sekundärwicklung W2 Glättungsglied mit dem Steuereingang der Zusatzspannungs- induzierten Wechselstromanteiles und des von der Zusatzspanquelle 15 verbunden ist. Der andere Eingang der Multiplika- nungsquelle 15 in die Sekundärwicklung W2 eingespeisten tionsstufe 18 ist mit einem ersten Ausgang eines Frequenzgene- Gleichstromanteiles gleich dem Strom in der Primärwicklung rators 20 verbunden. An einen zweiten Ausgang dieses Fre- 5 Wl ist Somit ist auch bei dieser Einrichtung eine genaue Über-quenzgenerators 20 ist die Zusatzwicklung W4 angeschlossen. tragung von Signalen mit Gleich- und Wechselstromanteilen Der Frequenzgenerator 20 ist so aufgebaut, dass er an dem mit möglich.

der Multiplikationsstufe 18 verbundenen Ausgang ein Signal Wenn die Frequenz der im zu übertragenden Signal enthal-

abgibt, dessen Frequenz doppelt so gross wie die Frequenz des tenen Wechselstromteile in der Nähe der Frequenz des von an die Zusatzwicklung W4 abgegebenen Signals ist und dessen 10 dem Frequenzgenerator 20 an die Multiplikationsstufe 18 abge-Phasenlage mit der Grundwelle des Quadrates des an die gebenen Signales liegt, ist es vorteilhaft, einen Zusatzwandler

Zusatzwicklung W4 abgegebenen Signals übereinstimmt vorzusehen. Die gestrichelt angedeutete Primärwicklung WZ 1

Bei der Übertragung eines einen Gleich- und Wechsel- des Zusatzwandlers wird mit der Primärwicklung Wl des Ker-stromanteil enthaltenden Signales führt der Gleichstromteil nes in Reihe geschaltet. Ein dem in der ebenfalls gestrichelt wiederum zu einer resultierenden Durchflutung. Im Gegensatz 15 angedeuteten Sekundärwicklung WZ2 des Zusatzwandlers zu der Einrichtung nach Fig. 3 wird bei der Einrichtung nach fliessenden Strom proportionaler Wert wird mittels einer Fig. 4 die Änderung der Durchflutung gemessen, wobei durch gestrichelt gezeichneten Additionsstufe AS zu dem am Aus-die Regelung der Zusatzspannungsquelle 15 der Fluss bei einer gang des Operationsverstärkers 16 anstehenden Wert addiert, Änderung der Permeabilität konstant gehalten wird. Von der welcher Summenwert ausserdem wiederum dem einen Ein-Zusatzspannungsquelle 15 wird jeweils ein solcher Strom in die 20 gang der Multiplikationsstufe 18 zugeführt wird. Durch den Sekundärwicklung W2 eingespeist, dass bei der durch den in Zusatzwandler kann die Übertragungsgenauigkeit wesentlich der Zusatzwicklung W4 fliessenden Strom hervorgerufenen verbessert werden, wenn die obengenannten Frequenzen der Permeabilitätsänderung der magnetische Fluss konstant bleibt. Wechselstomanteile und des Frequenzgenerators dicht beiein-Der magnetische Fluss bleibt dann konstant, wenn die Summe anderliegen oder gar gleich sind.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

617034 PAJENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Übertragung von Gleich- und Wechsel-, stromsignalen mit einem feromagnetischen Kern, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (W4) zum Verändern der Permeabilität des mit mindestens einer Primär- (W1 und einer Sekundärwicklung (W2) versehenen Kernes (1,5) und eine Messeinrichtung (W2, W3) zum Messen einer bei der Permeabilitätsänderung auftretenden Änderung der Übertragereigenschaften vorgesehen sind, und dass an die Sekundärentwicklung (W2) eine in Abhängigkeit von der Änderung der Übertragereigenschaften geregelte Zusatzspeisequelle (7,15) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (W3) zum Messen der Magnetflussänderung und eine in Abhängigkeit von der Magnetflussänderung geregelte Zusatzstromquelle (7) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung (W2) zum Messen der Durchflutungsänderung und eine in Abhängigkeit von der Durchflutungsänderung geregelte Zusatzspannungsquelle (15) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung aus einer mit einem sich periodisch ändernden Strom beaufschlagten Zusatzwicklung (W4) besteht, durch die ein vom magnetischen Fluss der Primär- (Wl) und Sekundärwicklung (W2) unabhängiger magnetischer Nebenfluss im Kern (1) erzeugt ist. _

5. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Messeinrichtung eine Hilfswicklung (W3) vorgesehen ist, die mit dem gleichen magnetischen Fluss wie die Primär- und Sekundärwicklung (W1 und W2) verkettet ist.

6. Einrichtung nach den Patentansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) E-förmig ausgebildet ist und auf seinem Mittelschenkel (2) die Primär- (Wl), die Sekundär-(W2) und die Hilfswicklung (W3) trägt und dass als Zusatzwicklung (W4) auf den beiden Aussenschenkeln (3 und 4) zwei windungsgleiche und in Reihe geschaltete Teilwicklungen mit ihrem Wickelsinn so angeordnet sind, dass die Aussenschenkel (3 und 4) gegensinnig magnetisiert sind.

7. Einrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern als Schalenkern (5) mit einem Mittelloch (6) ausgebildet und durch das Mittelloch (6) mindestens ein stromdurchflossener Leiter als Zusatzwicklung (W4) geführt ist.

8. Einrichtung nach den Patentansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzstromquelle (7) aus einem aus-gangsseitig an die Sakundärwicklung (W2) angeschlossenen Verstärker (8) besteht, dessen Eingang an ein Integrierglied (9) angeschlossen ist, an dessen Eingang wiederum die in der Hilfswicklung (W3) induzierte und in einer Multiplikationsstufe (10) mit der ersten Ableitung vom Quadrat des Stromes der Zusatzwicklung (W4) multiplizierte Spannung gelegt ist.

9. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Generator (14) vorhanden ist, um die Zusatzwicklung (W4) mit einem sich zwischen einem grossen positiven und negativen Strom zu beaufschlagen.

10. Einrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzspannungsquelle (15) über ein Glät-tungsglied (19) an den Ausgang einer Multiplikationsstufe (18) abgeschlossen ist, deren einem Eingang ein der Durchflutung in der Sekundärwicklung (W2) proportionaler Wert und deren anderem Eingang ein Wechselspannungssignal zugeführt ist, dessen Frequenz doppelt so gross wie die Frequenz des Stromes in der Zusatzwicklung (W4) ist und dessen Phasenlage mit der Grundwelle des Quadrates des Stromes in der Zusatzwicklung (W4) übereinstimmt.

11. Einrichtung nach Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (WZ1) eines Zusatzwandlers mit der Primärwicklung (Wl) des Kerns in Reihe liegt und dass ferner ein dem Strom in der Sekundärwicklung (WZ2) des Zusatzwandlers proportionaler Wert in einer Additionsstufe (AS) zu dem der Durchflutung des Sekundärwicklung (W2) des Kernes proportionalen Wert addiert und der Summenwert dem einen Eingang der Multiplikationsstufe (18) zugeführt ist

Einrichtungen zur Übertragung von Gleich- und Wechselstromsignalen mit einem ferromagnetischen Kern werden zur Potentialtrennung in Regel- und Rechenanlagen benötigt. Bei einem zu automatisierenden Prozess fällt eine Vielzahl elektrischer Signale an, die zur weiteren Verarbeitung einer elektronischen Anordnung zugeführt werden. Hierzu ist es notwendig, dass diese elektrischen Signale auf das Potential der sie weiter verarbeitenden Regel- oder Rechenanlage gebracht werden. Ausserdem muss die Umsetzung der elektrischen Signale auf das andere Potential mit einer grossen Genauigkeit erfolgen, da hiervon letztlich die Genauigkeit des Regel- bzw. Rechenvorganges abhängt. Die in einem zu automatisierenden Prozess anfallenden elektrischen Signale enthalten in der Regel eine Wechsel- und eine Gleichstromgrösse, für die bisher keine hinreichend genaue Potentialtrennung möglich ist.