DD247590A3 - Einrichtung zur messung von gleichstroemen - 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 5 und eine Vormagnetisierungswicklung 7 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 8 dieser Parallelschaltung traegt dabei die Vormagnetisierungswicklung 7 und die Indikatorwicklung 5. Fig. 1

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung von Gleichströmen, die aus einem Magnetkreis mit Isthmus, einer Meßwicklung, einer Kompensationswicklung, einer Indikatorwicklung sowie einer Vormagnetisierungswicklung 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 Differenzverstärker getrieben wird. Die Indikatorwicklung liefert die Eingangsgrößen für den Differenzverstärker und bewirkt zusammen mit ihm, daß in der Kompensationswicklung stets ein Strom fließt, der im Kern zu einem resultierenden Fluß nahe Null führt.

Die Einrichtung arbeitet also nach dem Prinzip des Nullflußwandlers.

Die ebenfalls noch vorgesehene Vormagnetisierungswicklung wird mit einem Wechselstrom beaufschlagt; bevorzugt wird ein Wechselstrom mitdreieckförmigem Verlauf angewandt.

(Lisser; Ribberink „Nullfluß-Stromwandler zur Messung von Gleichströmen und Wechselströmen" etz Bd. 100 [1979] H. 24).

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, einen Gleichstromwandler aus einem Magnetkern, einer Meßwicklung, die quasi 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) Bei Magnetkernen, wo eine vorzeitige magnetische Sättigung bzw. eine Beeinflussung der Magnetisierungskennlinie erwünscht ist, ist es bekannt, bestimmte Strecken im Querschnitt zu verengen. Diese Querschnittsverengung erfolgt z. B. derart, daß . einseitig oder beidseitig Aussparungen mit H-förmiger u/o U-förmiger oder V-förmiger Kontur vorgesehen werden. Auch ist es möglich, eine oder mehrere Bohrungen bzw. Langlöcher im Kernquerschnitt vorzusehen. In diesen, als Isthmus bezeichneten Bereich wurden auch schon Wicklungen vorgesehen, die aber den Fluß des gesamten Magnetkreises umfaßten. (DE-OS 2112315) Des weiteren ist es bekannt, einen Magnetkern an verschiedenen Stellen mit Isthmen zu versehen. Ferner ist es bekannt, den Ausgang der 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 bei vorzeichenrichtiger Addition nicht Null ergibt. Für die Gewinnung des Verstärkereingangssignales finden dabei entweder Hallgeneratoren, Feldplatten oder Indikatorwicklungen Anwendung. (Schernus oder Lisser u. Ribberink a.o.a.O.) Auf eine solche Anordnung mit Indikatorwicklung bezieht sich die nachfolgend beschriebene Erfindung. Diese vorausgesetzte Anordnung hat vor allem den Nachteil, daß für die Vormagnetisierung des gesamten Magnetkernes eine beträchtliche Leistung aufgebracht werden muß und daß nicht nur die Kompensationswicklung sondern auch die Vormagnetisierungswicklung eine hohe Windungszahl aufweisen muß.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung verfolgt das Ziel, einen Gleichstromwandler anzugeben, der in wirtschaftlicher Weise herstellbar ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gleichstromwandler nach dem Nullflußprinzip anzugeben, der für seine Vormagnetisierung mittels einer Wechselspannung einer verminderten Leistung bedarf.

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.

Ausführungsbeispiel

Anhand einer Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung einschließlich zweckmäßiger Weiterbildungen der erfinderischen Lösung erläutert.

In der, dem Schutzanspruch angefügten Zeichnung zeigen:

Fig. 1: einen Gleichstromwandler in Einleiterausführung gemäß der Erfindung Fig.2: zeigt in den Einzelheiten a bis g verschiedene Konfigurationen von magnetischen Leitern 8

In der Fig. 1 ist ein Gleichstromwandler in Einleiterbauweise gezeigt, wo ein, den zu messenden Gleichstrom führender Leiter 1 im Zentrum eines Magnetkreises 2 angeordnet ist. Dieser Magnetkreis 2 weist in zwei Schenkeln je einen Isthmus 3 auf. Die vorausgesetzte Gattung eines nach dem Nullflußprinzip arbeitenden Gleichstromwandlers bedingt weiterhin die Anordnung einer Kompensationswicklung 4, die in nicht gezeichneter Weise möglichst gleichmäßig über den Umfang des Magnetkreises verteilt ist, und die einen Strom führt, der den Strom in der Meßwicklung 1 abbildet, also quasi der Sekundärstrom ist. In Reihe mit dieser Kompensationswicklung 4 liegt eine Bürde 10. Kompensationswicklung 4 und Bürde werden von einem Differenzverstärker 6 gespeist, derart, daß in der Kompensationswicklung 4 stets ein Strom fließt, der einen Fluß erzeugt, welcher bei vorzeichenrichtiger Addition mit dem Fluß, der vom Strom in der Meßwicklung 1 hervorgerufen wird, den Betrag Null bzw. quasi Null ergibt.

Zu diesem Zweck wird der Differenzverstärker 6 von Spannungen gesteuert, die mittels Indikatorwicklungen 5 erzeugt werden.

Selbige sind in erfindungsgemäßer Weise zusammen mit je einer Vormagnetisierungswicklung 7 auf einen magnetischen Leiter 8 aufgebracht, welcher im Isthmus 3 angeordnet ist und dort zusammen mit Teilen des Magnetkreises 2 eine Parallelschaltung magnetischer Leiter bildet. Durch diese Anordnung der Vormagnetisierungswicklung 7 und der Indikatorwicklung 5 auf einen Leiter einer Parallelschaltung von Leitern wird erreicht, daß nicht der gesamte Magnetkreis 2 sondern nur der, die Wicklungen und 7 tragende magnetische Leiter 8 mit seinen Rückschlüssen der Ummagnetisierung bedarf. Infolge des wesentlich kleineren Volumens dieses Leiters gegenüber dem Volumen des gesamten Magnetkreises 2 sinkt der Leistungsbedarf der Vormagnetisierungswicklung 7 beachtlich. Dies führt dazu, daß ein, die Vormagnetisierungswicklung 7 speisender Wechselstromgenerator 11 leistungsarm aufgebaut werden kann.

Der magnetische Leiter 8, der die Indikatorwicklung 5 und die Vormagnetisierungswicklung 7 trägt, kann in verschiedener Weise ausgeführt sein.

Fig. 2 zeigt verschiedene Formen dieses Leiters.

Im Bild 2a weist der Leiter 8 die geometrisch einfache Gestalt eines im Querschnitt konstanten rechteckförmigen Bleches auf.

Die Bilder 2 b bis 2 e zeigen eine Form nach Bild 2 a mit dem Unterschied, daß der Leiter selbst einen Isthmus aufweist, wobei die Konturen des Isthmus verschieden gestaltet sind.

Bild 2f zeigt einen Leiter 8 nach Bild 2a, aber mit mehreren Isthmen. Im Bild 2g ist ein magnetischer Leiter mit rundem Querschnitt gezeigt. Selbiger Querschnitt ist besonders beim Einsatz magnetischer Leiter aus magnetischen Drähten z. B. aus amorphem Material geeignet.

Die Leiter 8 sind aus hochpermeablen Material hergestellt, wobei die Materialsorten den Vorzug genießen, die hohe Permeabilität in Nullpunktnähe aufweisen.

Neben einer hohen Permeabilität soll das Material für den magnetischen Leiter 8 eine möglichst geringe Koerzitivfeldstärke aufweisen. Des weiteren sollte das Material eine Charakteristik B = f(H) aufweisen, die durch einen steilen Anstieg der Magnetisierungskennlinie gekennzeichnet ist und auch als Rechteckcharakter bezeichnet wird.

Neben dem Vorteil eines geringen Magnetisierungsleistungsbedarfes weist die rferfindungsgemäße Anordnung noch den wesentlichen Vorteil auf, daß sich der, durch den Strom in der Vormagnetisierungswicklung 7 erzeugte hochfrequente Fluß sich überwiegend in der Parallelschaltung der magnetischen Leiter schließt und dmait eine Induktion einer höherfrequenten Spannung in der Meßwicklung 1 ausgeschlossen wird.

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

Infolge der gezeigten Anordnung von zwei Isthmen mit Parallelschaltung magnetischer Leiter ist es möglich, den Einfluß von Fremdfeldern zu unterdrücken, wenn die Indikatorwicklungen 5 so geschaltet sind, daß sich der Einfluß der Fremdfelder kompensiert.

Zu diesem Zweck ist es auch möglich, mehr als zwei Isthmen verteilt auf den Magnetkreis 2 vorzusehen.

Im Differenzverstärker 6 wird die von den Indikatorwicklungen 5 herrührenden Spannungen 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 Induktionswicklung 9 vorzusehen, die eine Spannung liefert, welche die Wechselanteile am Fluß des Magnetkreises 2 abbildet.

Diese Wicklung 9 arbeitet ebenfalls auf den Differenzverstärker 6 und bewirkt, daß diese so modifizierte Differenzverstärkfirannrriniinn in Hpr KnmnfineatinnsuuirHnnn A anrh oinon Wopheolctrnm troiht

Claims (9)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Einrichtung zur Messung von Gleichströmen, bestehend aus einer Meßwicklung, die den zu messenden Gleichstrom führt, einem Magnetkreis mit Isthmus, einer Kompensationswicklung, die sogleich den zu messenden Strom abbildenden Strom führt, einer Indikatorwicklung, die einen Differenzverstärker ansteuert, der den Strom in der Kompensationswicklung treibt und einer Vormagnetisierungswicklung, welche mit einem Wechselstrom beaufschlagt ist, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetkreis (2) im Bereich des Isthmus (3) aus einer Parallelschaltung magnetischer Leiter besteht, wovon einer (8) sowohl die Vormagnetisierungswicklung (7) als auch die Indikatorwicklung (5) trägt.
2. 2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der magnetische Leiter (8) der Parallelschaltung im Bereich des Isthmus (3), der die Wicklungen (5 und 7) trägt, aus hochpermeablem Material mit niedriger Koerzitivfeldstärke und nahezu Rechteckcharakteristik besteht.
3. 3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß alle magnetischen Leiter der Parallelschaltung im Bereich des Isthmus einschließlich ihrer magnetischen Verbindungen aus hochpermeablem Material mit niedriger Koerzitivfeldstärke und nahezu Rechteckcharakteristik bestehen.
4. 4. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Magnetkreis (2) mehrere, im Magnetkreis vorzugsweise gleichmäßig verteilte Isthmen mit Parallelschaltungen magnetischer Leiter aufweist.
5. 5. Einrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß der magnetische Leiter (8) der Parallelschaltung, der die Wicklungen (5 und 7) trägt, selbst einen Isthmus oder Isthmen aufweist.
6. 6. Einrichtung nach Punkt 1 und 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Indikatorwicklung (5) im Bereich des Isthmus bzw. der Isthmen des magnetischen Leiters (8) angeordnet ist.
7. 7. Einrichtung nach Punkt 1 und 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine geradzahlige Zahl von Parallelschaltungen magnetischer Leiter im Bereich der Isthmen vorgesehen ist und die Vormagnetisierungswicklungen (7) antiparallel oder antiseriell geschaltet sind, während die Indikatorwicklungen (5) in Reihe liegen.
8. 8. Einrichtung nach Punkt 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die magnetischen Leiter der Parallelschaltungen aus amorphem Magnetmaterial bestehen.
9. 9. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß eine weitere Indikatorwicklung auf den Magnetkreis (2) aufgebracht ist, die zum Zwecke der Messung von Wechselstromanteilen den Differenzverstärker (6) so beeinflußt, daß in der Kompensationswicklung (4) ein, den zu messenden Wechselstrom abbildender Strom zusätzlich fließt.