DD218495A1 - Gleichstrommesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung von Gleichstroemen, die nach dem Nullflussprinzip arbeitet. Sie weist mithin neben einer Messwicklung 1 und einer Kompensationswicklung 4 eine Indikatorwicklung 6 auf. Zur Senkung des Magnetisierungsleistungsbedarfes und zur Vermeidung von HF-Stoerungen weist der Magnetkreis 2 Isthmen 3 auf, die aus Parallelschaltungen magnetischer Leiter bestehen. Ein Leiter 7 dieser Parallelschaltung traegt dabei die Indikatorwicklung 6, welche ein Bestandteil einer Oszillatorschaltung 11 ist und deren Frequenz bestimmt. Diese Oszillatorschaltung steuert den Verstaerker 5, der den Strom in der Kompensationswicklung 4 und der Buerde 10 treibt. Fig. 1

Description

Klassifikationsvorschlag HO1P 40/12 HG 11" 40/00 G01R 19/26

GIe ichs trommeße inrich tung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gleichstrommeßeinrichtung, die aus einem Magnetkreis mit Isthmus, einer Meßwicklung, einer Kompensationswicklung und einer Indikatorwicklung besteht. Die Meßwicklung führt den zu messenden Gleichstrom, der auch von einer Wechselstromkomponente überlagert sein kann. Sie besteht aus wenigen Windungen bzw. aus einem einzigen Leiter. Die Kompensationswicklung wird von dem Strom durchflossen, der den zu messenden Strom abbildet, welcher von einem Verstärker getrieben wird, Die Indikatorwieklung liefert die Eingangsgrößen für eine Auswerteeinrichtung dadurch, daß ihre Induktivität, die in Abhängigkeit von der Gleichstromdurchflutung im Magnetkreis steht, ein frequenzbestimmendes Glied eines Schwingkreises bildet. Aus diesem Grunde wird die nachfolgend beschriebene Auswertung auch als Oszillatorverfahren bezeichnet.

Charakteristik der bekannten technischen Losungen

Es ist bekannt, einen Gleichstromwandler aus'einem Magnetkern, einer Meßwicklung, die quasie die Primärwicklung darstellt, einer Induktionswicklung, die der Sekundärwicklung entspricht sowie einer Vormagnetisierungswicklung aufzubauen, wobei die Vormagnetisierungswicklung einen Wechselstrom führt. Aus dem Stromverlauf in der Induktionswicklung, z.B. seinen Oberwellengehalt, wird auf den Strom im Gleichstromkreis geschlossen (Schernus, Dissertation TU Braunschweig 1974). Solche Anordnungen bedürfen einer beträchtlichen Vormagnetisierungsleistung sowie besonderer Maßnahmen, um zu vermeiden, daß die höherfrequente Vormagnetisierungsspannung in der Meßwicklung

eine Spannung induziert, was zu Funkstörungen führen würde.

Ferner ist es bekannt, den Ausgang einer Indikatorwicklung auf einen Verstärker arbeiten zu lassen und den Verstärkerausgangsstrom, der den zu messenden Strom abbildet, durch eine Kompensationswicklung zu treiben, wobei am Verstärker ein Signal anliegt, wenn der durch die Kompensationswicklung erzeugte Fluß < ' und der durch die Meßwicklung erzeugte Fluß bei vorzeichenrichtiger Addition nicht Hull ergibt. Für die Gewinnung des Veratär« kereingangssignales finden dabei entweder Hallgeneratoren, Feldplatten oder Indikatorwicklungen Anwendung (Scheraus a.a.O. oder Lisser und Ribberink: "Bullflußstromwandler zur Messung von Gleich- und Wechselströmen"; etz Bd. 100 (1979, H. 24)).

C% ' , '

^ Zur Messung von magnetischen Feldern ist ferner eine Vorrichtung bekannt, die in einem frequenzbestimmenden Kreis .eine Induktivität aufweist, die mit einem magnetischen Kern versehen ist, welcher sich in dem zu messenden Magnetfeld anordnen läßt und dessen Permeabilität bei unterschiedlichen Werten des Magnetfeldes un-. terschiedliche Werte annimmt. Die Vorrichtung weist Anzeige und Steuereinrichtungen auf, die auf die Frequenz des Oszillators ansprechen (DE-OS 2 245 191).

Auf die Ausnutzung dieses Effektes für die Zwecke der Messung eines Gleichstromes zielt die Erfindung, wobei sie gleichzeitig vom Prinzip eines Eullflußwandlers Gebrauch macht.

, ρ* Bei Magnetkernen, wo eine vorzeitige magnetische Sättigung bzw. eine Beeinflussung der Magnetisierungskennlinie erwünscht ist, ist es auch bekannt, bestimmte Strecken im Querschnitt zu verengen. Diese Querschnittsverengung erfolgt z.B. derart, daß einseitig oderbeidseitig Aussparungen mit H-förmiger u/o ü-förmiger . oder V-förmiger Kontur vorgesehen werden. Auch ist es möglich, eine oder mehrere Bohrungen bzw. Langlöcher im Kernquerschnitt vorzusehen. In diesem, als Isthmus bezeichneten Bereich wurden auch schon Wicklungen vorgesehen, die aber den Fluß des gesamten Magnetkreises umfaßten (DE-OS 2 112 315). Desweiteren ist es bekannt, einen Magnetkern an verschiedenen Stellen mit Isthmen zu versehen.

Auch bei einem, nach dem Oszillatorverfahren unter Ausnutzung des ITuIIflußprinzipes arbeitender Gleichstromwandler tritt der Biachteil auf, daß für die Vormagnetisierung des gesamten Magnetkernes durch den Oszillator eine beträchtliche Leiatung aufgebracht werden muß und daß nicht nur die Kompensationswicklung sondern auch die Indikatorwicklung eine hohe Windungszahl aufweisen muß, was zu einer Einschränkung bei der Wahl der Oszillatorfrequenz führt. Darüberhinaus bedarf es besonderer Vorkehrungen, um eine Induzierung der Oszillatorfrequenz im Meßkreis zu vermeiden.

Ziel der Erfindung .

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Gleichstromwandler anzu-•^; geben, der in wirtschaftlicherweise herstellbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromwandler nach dem Uullflußprinzip anzugeben, der für die Vormagnetisierung mittels des Oszillators bzw. der Oszillatoren einer ver«- , minderten Leistung bedarf und eine Unterdrückung der Oszillator-" frequenz im Meßkreis gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird bei einem Wandler gemäß dem Gattungsbegriff des Punktes 1 des Erfindungsanspruches dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Erfindungsanspruches genannten Mittel Anwendung finden. Zur weiteren Vervollkommnung bzw. zur Erreichung von untergeordneten Zielen ist die Anwendung der in den Unterpunkten definierten Maßnahmen zweckmäßig.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend erläutert.

In der Pig. ist ein ,Gleichstromwandler in Einleiterbauweise gezeigt, wo eine den zu messenden Gleichstrom führende Meßwicklung 1 im Zentrum eines Magnetkreises 2 angeordnet ist. Dieser Magnetkreis 2 weist einen Isthmus 3 auf. Die vorausgesetzte Gattung eines nach dem Kullflußprinzip arbeitenden Gleichstromwandlers bedingt weiterhin die Anordnung einer Kompensationswicklung 4, die in nicht gezeichneter Weise möglichst gleichmäßig

über den Umfang des Magnetkreises 2 verteilt ist und die einen Strom führt, der den Strom in der Meßwicklung 1 abbildet, also ' ' quasie der Sekundärstrom ist. In Reihe mit dieser Kompensationswicklung 4 liegt eine Bürde 10. Kompensationswicklung 4 und , Bürde 10 werden von einem Verstärker 5 gespeist, derart, daß in der Kompensationswicklung 4 stets ein Strom fließt, der einen Pluß erzeugt, welcher bei vorzeichenrichtiger Addition mit dem Fluß, der vom Strom in der Meßwicklung 1 hervorgerufen wird, den Betrag Hull bzw. quasie Hull ergibt.

Zu diesem Zweck wird der Verstärker 5 von einer Osζillätorschaltung 11 angesteuert.

Das frequenzbestimmende Glied der Oszillatorschaltung 11 beinhaltet eine Indikatorwicklung 6, die auf einen magnetischen Leiter 7 angeordnet ist, der seinerseits im Isthmus 3 vorgesehen

V->.^: ist und dort zusammen mit Teilen des Magnetkreises 2 eine Parallelschaltung magnetischer Leiter bildet. Durch diese Anordnung der Indikatorwicklung 6 auf einen Leiter einer Parallelschaltung " von Leitern wird erreicht, daß nicht der gesamte Magnetkreis 2 sondern nur der die Indikatorwicklung 6 tragende magnetische Leiter 7 mit seinen Rückschlüssen der Ummagnetisierung bedarf. Infolge des wesentlich kleineren Volumens dieses Leiters 7 gegenüber dem Volumen des gesamten Magnetkrieses 2 sinkt der Leistungsbedarf der Oszillatorschaltung 11 beachtlich. In Reihe mit dem magnetischen Leiter 7 der Parallelschaltung, der die Indikatorwicklung 6 trägt, ist ein Dauermagnet 8 vorgesehen, welcher eine magnetische Vorspannung im Leiter 7 erzeugt und somit den

/~\ Arbeitspunkt auf der Magnetisierkennlinie festlegt.

Anstelle der Anordnung eines Dauermagneten ist es auch möglich und vorteilhaft, mittels der Oszillatorschaltung' 11 die Indikatorwicklung 6 mit einem zusätzlichen Gleichstrom zu beaufschlagen und so eine magnetische Vorspannung zur Festlegung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskennlinie zu erzeugen. Dies hat nicht nur den Vorteil, daß auf die mechanisch schwer zu verwirklichende Reihenanordnung von Leiter 7 und Dauermagnet 8 verzichtet werden kann sondern es tritt auch noch der Vorteil ein, daß eine Frequenzänderung in bestimmten Grenzen durch Änderung des Gleichstromes, den die Oszillatorschaltung liefert, erreicht werden kann.

Der Leiter 7 ist aus hochpermeablem Material hergestellt, wobei die Materialsorten den Vorzug genießen, die neben niedriger

Koerzitivfeldstärke eine Magnetiaierungskermlinie aufweisen, die im Bereich der Aussteuerung eine möglichst gleichmäßige Krümmung aufweisen.

Zur Beeinflussung der Magnetisierungskennlinie B = f (H) ist es auch möglich, die magnetischen Leiter 7 der Parallelschaltung selbst mit Isthmen zu versehen, die unterschiedliche Konturen aufweisen können.

Heben dem Vorteil eines geringen Leistungsbedarfes weist die erfindungsgemäße Anordnung noch den wesentlichen Torteil auf, daß sich der durch die Oszillatorschaltung 11 in der Indikatorwicklung 6 erzeugte hochfrequente Fluß sich überwiegend in der Parallelschaltung der magnetischen Leiter schließt und damit eine Induktion einer höherfrequenten Spannung in der Meßwicklung 1 ausgeschlossen wird.

Dammit ist zur Verwirklichung einer Einrichtung zur Gleichstrommessung nur ein einziger Magnetkreis erforderlich, da die bisher zur Kompensation der induzierten höherfrequenten Spannungen erforderlichen Kompensationskerne zur Vermeidung von HF-Störungen entfallen können. Damit wird auch der Leistungsbedarf dieser ·. Kompensationskerne eingespart.

Durch die Anordnung von zwei oder mehreren Isthmen mit Parallelschaltung magnetischer Leiter ist es möglich, den Einfluß von Fremdfeldern zu unterdrücken, wenn die Indikatorwicklungen 6 so geschaltet sind, daß sich der Einfluß der Fremdfelder kompensiert.

Im Verstärker 5 wird die von der Oazillatorschaltung 11 herrührende Spannung so verarbeitet, daß in der Kompensationswicklung 4 ein, den zu messenden Strom repräsentierenden Strom fließt. Zur meßtechnischen Erfassung von Wechselanteilen an den in der Meßwicklung 1 fließenden Gleichstrom ist es vorteilhaft, auf den Magnetkreis 2 eine weitere Indikatorwicklung 9 vorzusehen, die eine Spannung liefert, welche die Wechselanteile vom Fluß des Magnetkreises 2 abbildet. .

Diese Wicklung 9 arbeitet ebenfalls auf den Verstärker 5 und bewirkt, daß diese so modifizierte Verstärkeranordnung in der Kompensationswicklung 4 auch einen Wechselstrom treibt.

Claims (7)

1. Erfindungsanspruch.

   1. Gleichstrommeßeinrichtung, bestehend aus einer Meßwicklung (1), die den zu messenden Gleichstrom führt, einem Magnetkreis (2) mit Isthmus C3)_} einer Kompensationswicklung (4), die sogleich einen, von einem Verstärker (5) getriebenen ' > , Strom, der den zu messenden Strom abbildenden Strom darstellt, führt und einer Indikatorwicklung (6), die in Abhängigkeit vom zu messenden Strom ihre Induktiviäät ändert und damit den Verstärker (5) beeinflußt, gekennzeichnet dadurch, daß der !Magnetkreis (2) im Bereich des Isthmus (3) aus einer Parallelschaltung magnetischer Leiter besteht, wovon einer (7) die Indikatorwicklung (6) trägt.

   f\ 2. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich des magnetischen Leiters der Paral-, lelschaltung (7), der die Indikatorwicklung (6) trägt, ein Dauermagnet (8) angeordnet ist, der in ihm eine magnetische Vorspannung erzeugt.
2. 3. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß im magnetischen Leiter (7) der Parallelschaltung, der die Indikatorwicklung (6) trägt, eine magnetische Vorspannung erzeugt ist, indem die Indikatorwicklung mit einem Gleichstrom beaufschlagt ist. ·

   4· Gleichstrommeßeinrichtung.nach Punkt 1, gekennzeichnet - dadurch, daß der Magnetkreis (2) mehrere, im Magnetkreis .*-" vorzugsweise gleichmäßig verteilte Isthmen (3) mit Parallelschaltungen magnetischer Leiter (7) aufweist.
3. 5. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der magnetische Leiter (7) der Parallelschal-' tung, der die Indikatorwicklung (6) trägt, aus hochpermeablem Material mit niedriger Koerzitivfeidstärke besteht, dessen Magnetisierungskennlinie (B = f (H)) im Bereich der Aussteuerung eine möglichst gleichmäßige Krümmung aufweist.
4. 6. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß alle magnetischen Leiter (7) der Parallelschaltung aus hochpermeablem Material mit niedriger Koerzitivfeldstärke bestehen und ihre Magnetisierungskennlinie

   (B = f (H)) im Bereich der Aussteuerung eine möglichst gleichmäßige Krümmung aufweist.
5. 7. Gleiehstrommeßeinrichtung nach Punkt 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Indikatorwicklungen (6) der Isthmen (3) zu einer einzigen Induktivität zusammengeschaltet sind und der Frequenzgang Ausnutzung findet.
6. 8. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, daß der magnetische Leiter (7) der Parallelschaltung, der die Indikatorwicklung (6) trägt, selbst einen Isthmus bzw. Isthmen aufweist.
7. 9. Gleichstrommeßeinrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine weitere Indikatorwicklung (9) auf den Magnetkreis (2) aufgebracht ist, die zum Zwecke der Messung von Wechselstromanteilen den Verstärker (5) so beeinflussen, daß dieser in der Kompensationswicklung (4) ein, den zu messenden Wechselstrom abbildender zusätzlich fließt.

   - Hierzu ein Blatt Zeichnung -