-
Die Erfindung betrifft einen Wandlertester, sowie ein Verfahren zum Testen eines induktiven Durchsteckstromwandlers. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Wandlertester und ein dazugehöriges Verfahren zum Prüfen der Polarität und des Stromverhältnisses induktiver Durchsteckstromwandler.
-
Induktive Durchsteckstromwandler dienen zur Messung großer Wechselströme bzw. zur Messung des Stromflusses in Leitern, bei denen der Strom aufgrund der speziellen Anwendungen im Allgemeinen eine höhere Amperezahl aufweist. Der induktive Durchsteckstromwandler weist einen ferromagnetischen Wandlerkern und eine um den Wandlerkern gewickelte Magnetspule, im Folgenden als Sekundärspule bezeichnet, auf. Indem der Leiter durch den Wandlerkern durchgesteckt wird, wird eine potentialfreie Messung des Wechselstroms im Leiter, im Folgenden als Primärstrom bezeichnet, ermöglicht, aufgrund der magnetischen Induktion. Der sich an der Sekundärspule einstellende induzierte Strom (Sekundärstrom) dient als Messgröße für den Primärstrom und ist in Betrag und Phasenwinkel abhängig von der speziellen Ausgestaltung der Sekundärspule. Im Allgemeinen ist der Sekundärstrom im Vergleich zum Primärstrom um ein Vielfaches verringert, und zwar im Verhältnis umgekehrt proportional zur Anzahl der Wicklungen der Sekundärspule. Bei bekanntem Stromverhältnis und Polarität des Wandlers können somit aus dem Sekundärstrom der Betrag und die Polarität des Primärstroms bestimmt werden.
-
Da jedoch bei verwendeten Wandlern das Stromverhältnis und die Polarität oft nicht bekannt sind, werden Wandlertester zum Charakterisieren des jeweiligen induktiven Durchsteckstromwandlers, im Folgenden als Prüfling bezeichnet, verwendet.
-
Es ist bekannt, den Prüfling durch Vergleich mit einem Normalstromwandler, dessen Charakteristik bekannt ist, zu prüfen. In 1 werden Prüfling 101 und Normalwandler 102 vom gleichen Primärstrom Ip in gleicher Richtung durchflossen, indem der Leiter 103 durch beide Wandlerkerne geführt wird, wie in 1 angedeutet ist. Die Sekundärspulen beider Wandler 101, 102 sind entgegengesetzt und zueinander parallel geschaltet, so dass sich die Sekundärströme Is bei gleichem Stromverhältnis und korrekter Polarität gegenseitig aufheben. Bei Abweichungen zwischen den Stromverhältnissen oder einer Verpolung der Sekundärspule des Prüflings 101 tritt ein Fehlerstrom If auf, der mittels des Amperemeters A gemessen wird.
-
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass ein Normalwandler benötigt, dessen Bauart der des Prüflings entspricht oder dessen Stromverhältnis sich einstellen lässt.
-
Es ist ferner bekannt, einen primär angelegten Prüfstrom Ip und den sich einstellenden Sekundärstrom Is als komplexe Größen, d. h. mit Betrag und Phasenwinkel, zu messen und beide jeweils ins Verhältnis zu setzten. Siehe hierzu 2, in der eine entsprechende Schaltungsanordnung 200 dargestellt ist. Dabei wird eine Netzspannung Un über einen Transformator 202 in den Primärkreis 203 des Prüflings 101 eingespeist, wobei sich in dem Primärkreis 203 der über den Widerstand R und das Amperemeter fließende Primärstrom Ip ergibt. Im Sekundärkreis 204 des Prüflings 101 stellt sich der Sekundärstrom Is ein. Sowohl der Primärstrom Ip als auch der Sekundärstrom Is werden durch den Rechner 205 ausgelesen. Der Betrag des errechneten Verhältnisses zwischen Primärstrom Ip und Sekundärstrom Is entspricht dem Stromverhältnis des Prüflings 101. Der Winkel des errechneten Verhältnisses liegt bei korrekter Polarität des Prüflings 101 um Null. Bei Verpolung ergeben sich dahingegen 180°.
-
Ein Nachteil dieser genannten Lösungen ist jedoch, dass zur Berechnung des Stromverhältnisses jeweils ein gewisser Mindestprüfstrom vorhanden sein muss. Denn wird der Prüfstrom zu klein gewählt, erreicht die magnetische Feldstärke im Wandlerkern nicht die zum Ummagnetisieren erforderliche Koerzitivfeldstärke des Materials. Der wirksame magnetische Widerstand des Kerns ist dann höher als unter den normalen Betriebsbedingungen des Wandlers. Es treten daher Abweichungen beim gemessen Stromverhältnis auf, die mit dem ohmschen Gesamtwiderstand des Sekundärstromkreises wachsen und zusätzlich vom gerade bestehenden Magnetisierungszustand des Kerns abhängen. Insgesamt kann also, um den normalen Betriebsbedingungen des Wandlers nahe zu kommen, ein großer Prüfstrom erforderlich sein. Dadurch wird die Konstruktion des Gerätes verkompliziert und teuer. Auch sind die Wandlertester dieser Bauart oft unhandlich und umständlich zu transportieren. So wird insbesondere die Konstruktion eines batteriebetriebenen Gerätes erschwert.
-
In
DE 10 2006 020 086 A1 wird ein Wandlertester beschrieben, bei dem zur Erzeugung eines hinreichend großen Prüfstroms ein Energiespeicher mittels eines Auflademittels geladen wird, und dann zur Erzeugung eines Hochstromimpulses als Prüfstrom auf einem Testleiter schnell entladen wird. Es können wahlweise verschiedene Testleiter unterschiedlicher Länge verwendet werden, beispielsweise um verschiedene Wandler, die an unterschiedlichen Positionen installiert sind, zu Testen. Die Ladespannung im aufgeladenen Zustand des Energiespeichers kann zur Berücksichtigung der Länge des jeweiligen Testleiters mittels eines Regelungsmittels angepasst werden.
-
Es ist weiter bekannt, das Stromverhältnis des Prüflings über ein Spannungsverhältnis zu ermitteln. In 3 ist eine mögliche Anordnung 300 dargestellt. Dabei wird ähnlich wie bei der in 2 gezeigten Anordnung eine Netzspannung Un verwendet, die entsprechend über einen regelbaren Trafo in eine Spannung im Sekundärkreis des Prüflings 101 übertragen wird. Aufgrund der somit an die Sekundärspule des Prüflings 101 angelegte Prüfwechselspannung Up wird in eine durchgesteckte Leiterschleife eine Spannung Ui induziert. Die Spannungen Up und Ui werden von dem Rechner 302 mittels von Spannungsmessgeräten V ausgelesen. Angelegte und induzierte Spannung werden als komplexe Größen gemessen und ins Verhältnis gesetzt. Der Betrag des Verhältnisses entspricht dem Stromverhältnis. Der Winkel des Verhältnisses zeigt die Polarität an.
-
Die letztgenannte Anordnung hat den Nachteil, sie nicht wandlerunabhängig angepasst ist, und dass es im Einzelfall schwierig zu entscheiden ist, ob die Qualität des Messergebnisses in Bezug auf den gerade getesteten Wandler als hinreichend genau anzusehen ist oder nicht. Zunächst muss eine geeignete Prüfspannung gewählt werden. Bei Wandlern mit großem Stromverhältnis ist eine hohe Prüfspannung vorteilhaft, damit die induzierte Spannung nicht zu klein wird und gut messbar bleibt. Bei kleiner Windungszahl darf die Prüfspannung jedoch nicht zu hoch sein, da sonst der Wandlerkern in die Sättigung geht. Der erhöhte Spulenstrom würde zu einem Spannungsabfall über dem Kupferwiderstand der Spule und somit zu Messfehlern führen.
-
In
DE 102 04 425 A1 wird ein induktiver Stromsensor beschrieben, der eine Kompensationswicklung aufweist, die einen Ringkern umschließt, in dem ein von dem Stromsensor zu messender Strom eines Primärleiters ein Magnetfeld induziert, welches mittels der Kompensationswicklung kompensiert wird. Ferner wird beim Testen des Stromsensors durch eine Testspannungsquelle eine Testspannung in die Kompensationswicklung eingeprägt, wobei zur Ermittlung der Funktionsfähigkeit des Stromsensors abhängig von der Testspannung eine Fehlerspannung ausgewertet wird.
-
In
DE 42 30 939 A1 wird eine Schaltungsanordnung zum Testen eines Stromwandlers beschrieben, die derart eingerichtet ist, dass während des Testens des Stromwandlers in eine Sekundärwicklung mittels einer weiteren Wicklung ein Prüfstrom eingespeist wird.
-
Ferner wird in
GB 804 915 A eine Schaltungsanordnung zum Testen eines Stromwandlers beschrieben, bei der eine Sekundärwicklung eines zu testenden Stromwandlers und eine Sekundärwicklung eines Normalstromwandlers mit einem Differenzstromzweig verbunden sind, der zwei Schaltungselemente aufweist, mittels denen zwei zu einem Differenzstrom proportionale Spannungen erzeugt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wandlertester bereitszustellen, der sich bequem in der Werkzeugtasche mitführen und mobil einsetzen lässt. Die Vorrichtung sollte klein, leicht, batteriebetrieben und einfach zu bedienen sein. Darüber hinaus soll ein dazugehöriges Testverfahren zum Testen eines induktiven Durchsteckstromwandlers geschaffen werden.
-
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Testen eines induktiven Durchsteckstromwandlers sowie ein Wandlertester geschaffen, wie in den beigefügten unabhängigen Patentansprüchen angegeben ist.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
-
Die erfindungsgemäße Lösung verwendet das Prinzip der Ermittlung des Spannungsverhältnisses. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Testverfahren wird der Wandler anhand des Verhältnisses zwischen einer an die Sekundärspule des Wandlers angelegten Prüfspannung und der in einer durchgesteckten Leiterschleife induzierten Spannung getestet. Dabei wird die induzierte Spannung mittels eines Regelkreises unter Verwendung der Prüfspannung als Stellgröße geregelt.
-
Der erfindungsgemäße Wandlertester weist eine steuerbare Spannungsquelle zum Ausgeben einer Prüfspannung auf die Sekundärspule des Wandlers über elektrische Ausgänge des Wandlertesters auf. Ferner hat der Wandlertester einen mit der steuerbaren Spannungsquelle gekoppelten Regler zum Regeln der elektrischen Spannung einer an elektrische Eingänge des Wandlertesters anzuschließenden Leiterschleife. Der Regler ist dazu eingerichtet, in einem durch den Wandler durchgesteckten Zustand der Leiterschleife die in der Leiterschleife induzierte Spannung auf einen vorbestimmten Sollwert unter Verwendung der Prüfspannung als Stellgröße zu regeln.
-
Ein Vorteil der Erfindung ist, dass durch den Sollwert der induzierten Spannung und die Oszillatorfrequenz der im Kern durchlaufende Magnetflussbereich wandlerunabhängig festgelegt ist. Die Prüfspannung wird automatisch angepasst. Die Bedienung wird erheblich vereinfacht. Ferner ist das erfindungsgemäße Konzept besonders dazu geeignet, in einer praktischen Implementierung mit relativ einfachem Schaltungsaufwand und in kleiner Bauform ausgeführt zu sein.
-
Bevorzugt wird für den erfindungsgemäßen Regelvorgang für die induzierte Spannung ein runder Sollwert als Regelgröße gewählt Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird als Messergebnis für das Stromverhältnis des Wandlers sobald die induzierte Spannung auf einen vorbestimmten Sollwert eingeregelt ist die Prüfspannung angezeigt.
-
Ferner wird gemäß einer Weiterbildung die Polarität des Wandlers automatisch umkehrt, falls der Regelkreis nach einer vorbestimmten Zeit nicht eingeschwungen ist. Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt dies durch Umkehrung der Polarität des vorbestimmten Sollwertes.
-
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird für die Sekundärspannung eine rechteckförmige Prüfspannung verwendet.
-
Dadurch kann weiterhin die elektronische Ausgestaltung des Wandlertesters besonders einfach gehalten werden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Wandlertester einen Wechselrichter, der zwischen der steuerbaren Spannungsquelle und der Sekundärspule geschaltet ist, einen Synchrongleichrichter für die in der durchgesteckten Leiterschleife induzierte Spannung, sowie einen Oszillator zur Ansteuerung des Wechselrichters und des Synchrongleichrichters auf.
-
Im Folgenden wird anhand der beigefügten Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung genauer erklärt.
-
In den Figuren zeigen:
-
1 eine Schaltungsanordnung zum Testen eines induktiven Durchsteckstromwandlers, bei der der Prüfling durch Vergleich mit einem Normalstromwandler getestet wird, gemäß dem Stand der Technik,
-
2 eine Schaltungsanordnung gemäß dem Stand der Technik, mittels der zum Testen eines Wandlers ein primär angelegter Prüfstrom Ip und der sich einstellende Sekundärstrom Is als komplexe Größen gemessen, und jeweils beide Größen zueinander ins Verhältnis gesetzt werden,
-
3 eine Anordnung, bei der das Stromverhältnis des Prüflings über ein Spannungsverhältnis ermittelt wird, und
-
4 eine Schaltungsanordnung eines Wandlertesters mit einem daran angeschlossenen zu testenden Wandler gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Wie in 4 dargestellt, wird erfindungsgemäß ein Spannungsverhältnis ermittelt. Dazu ist die steuerbare Gleichspannungsquelle 401 mit dem Wechselrichter 403 verbunden, der eine rechteckförmige Prüfspannung Up erzeugt und diese auf die Sekundärspule des Prüflings 101 gibt. Die Sekundärspule 404 des Prüflings 101 ist mit den Ausgangsbuchsen 410 des Wandlertesters verbunden. Eine durch den Prüfling 101 durchgesteckte Leiterschleife 408 ist mit den beiden elektrischen Eingangsbuchsen des Wandlertesters 400 verbunden. Die induzierte Spannung Ui wird dem Synchrongleichrichter 406 zugeführt, der eine Gleichspannung Ux liefert. Wechselrichter 403 und Synchrongleichrichter 406 werden vom Oszillator 405 gesteuert. Der Regler 407 eines Regelkreises 409, dessen Rückwärtszweig mit der Spannungsquelle 401 verbunden ist, steuert die Spannungsquelle 401 derart, dass die Gleichspannung Ux einem Sollwert entspricht. Ist der Regelkreis eingeschwungen, kann an Meter 402 die angelegte Prüfspannung abgelesen werden. Zweckmäßig wird ein runder Sollwert von beispielsweise 1 mV gewählt, so dass am Meter 402 direkt das Stromverhältnis des Wandlers 101 abgelesen werden kann. Stimmt die Polarität des Wandlers 101 nicht, schwingt sich der Regelkreis 409 nicht ein.
-
Die induzierte Spannung auf einen bekannten, runden Sollwert zu regeln, hat gegenüber der im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösung, beispielsweise der in 3 gezeigten Schaltungsanordnung, den Vorteil, dass die Messung der Sekundärspannung entfällt. Die geeignete Prüfspannung ergibt sich automatisch. Durch den Sollwert der induzierten Spannung und die Oszillatorfrequenz ist der im Kern durchlaufende Magnetflussbereich wandlerunabhängig festgelegt. Als Meter 402 kann ein digitales Multimessgerät dienen, dass für andere Zwecke bereits mitgeführt wird.
-
Für die elektronische Ausgestaltung der Lösung wird vorteilhaft eine rechteckförmige Prüfspannung Up verwendet, die sich mit geringem Schaltungsaufwand aus der Gleichspannungsquelle 401 erzeugen und wieder in eine Gleichspannung Ux umformen lässt. Istwert und Stellgröße des Reglers 407 sind Gleichspannungen, was dessen Ausgestaltung vereinfacht.
-
Bezugszeichenliste
-
- Ip
- Primärstrom
- Is
- Sekundärstrom
- If
- Fehlerstrom
- Un
- Netzspannung
- Up
- Prüfspannung
- Ui
- induzierte Spannung
- Ux
- Gleichspannung
- 100
- Schaltungsanordnung
- 101
- Prüfling
- 102
- Normalwandler
- 103
- Leiter
- 200
- Schaltungsanordnung
- 202
- Transformator
- 203
- Primärkreis
- 204
- Sekundärkreis
- 205
- Rechner
- 300
- Schaltungsanordnung
- 301
- regelbarer Trafo
- 302
- Rechner
- 400
- Wandlertester-Schaltungsanordnung
- 401
- steuerbare Spannungsquelle
- 402
- Voltmeter
- 403
- Wechselrichter
- 404
- Sekundärspule
- 405
- Oszillator
- 406
- Synchrongleichrichter
- 407
- Regler
- 408
- Leiterschleife
- 409
- Regelkreis
- 410
- Ausgänge
- 411
- Eingänge
