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Aus zwei Transduktorelementen mit gegensinnig in Reihe geschalteten,
aus einer Wechselstromquelle gespeisten Sekundärwicklungen bestehender Gleichstromwandler
Für viele Zwecke der Meß-, Regel- und Steuertechnik ist es erforderlich, einen Gleichstrom
durch eine diesem proportionale Gleichspannung abzubilden. Das einfachste Verfahren
hierzu, in den Gleichstromkreis einen ohmschen Widerstand einzuschalten, an dem
eine solche Spannung abgegriffen werden kann, wird unbrauchbar, wenn starke Gleichströme
abzubilden sind und wenn die abbildende Gleichspannung mehr als Bruchteile eines
Volts betragen soll.
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In solchem Falle werden üblicherweise sogenannte Gleichstromwandler
benutzt, die aus zwei Transduktorelementen mit gegensinnig in Reihe geschalteten,
aus einer Wechselspannungsquelle gespeisten Sekundärwicklungen bestehen und bei
denen durch Gleichrichtung der an einer mit den Sekundärwicklungen in Reihe liegenden
Widerstandsbürde auftretenden Spannung eine Gleichspannung gewonnen wird, die dem
Gleichstrom in der gewöhnlich aus einer Windung bzw. Stromschiene bestehenden Primärwicklung
proportional ist. Die für die Gleichrichtung dieser Spannung in Frage kommenden
Gleichrichter haben alle die Eigenschaft, erst oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes
einer in der Durchlaßrichtung anliegenden Spannung stromdurchlässig zu werden. Die
Folge davon ist, daß bei kleinen primären Gleichströmen noch gar keine oder eine
zu kleine sekundäre Gleichspannung entsteht.
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Ein anderer Fehler der erwähnten Gleichstromwandler entsteht dadurch,
daß auch dann, wenn der primäre Gleichstrom gleich Null ist, in den Sekundärwicklungen
der Transduktorelemente unter der Einwirkung der anliegenden Wechselspannung ein
gewisser Wechselstrom, nämlich der Magnetisierungsstrom, fließt, der in der Widerstandsbürde
einen entsprechenden Spannungsabfall liefert. Dieser Fehler hat also den entgegengesetzten
Einfluß auf die sekundäre Gleichspannung wie der erstgenannte.
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Es ist daher wohl theoretisch möglich, einen Gleichstromwandler so
zu bemessen, daß die beiden Fehler sich mehr oder weniger vollständig aufheben.
In der Praxis läßt sich dies aber häufig nicht durchführen, da für die Bemessung
gewöhnlich noch andere Gesichtspunkte maßgebend sind, z. B. soll häufig die sekundäre
Gleichspannung oberhalb eines bestimmten Grenzwertes des primären Gleichstromes
nicht mehr weiter mit diesem ansteigen. Dies verlangt die Einhaltung gewisser Bedingungen,
insbesondere für die Widerstandsbürde und die an den Sekundärwicklungen der Transduktoren
anliegende Wechselspannung.
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Man hätte zwar trotzdem die Möglichkeit, durch Änderung des Kernquerschnittes
und der sekundären Windungszahl der Transduktoren den Magnetisierungsstrom so zu
wählen, daß eine Kompensation des Schwellenwertfehlers erzielt wird, dies erfordert
aber,
daß die Transduktorelemente für jeden einzelnen Fall besonders bemessen und
hergestellt werden, was einer rationellen Fabrikation derselben entgegensteht.
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Durch die genannten Einflüsse behält gewöhnlich die Sekundärspannung
im Bereich kleiner Gleichströme einen unerwünschten Minusfehler, der von der Schwellenwertspannung
der an der Widerstandsbürde liegenden, vorzugsweise in Brückenschaltung ausgeführten
Gleichrichter herrührt.
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Zur Beseitigung dieses Fehlers enthält nach der Erfindung die Widerstandsbürde
außer einem ohmschen Widerstand zwei mit diesem in Reihe geschaltete und gegensinnig
miteinander prarall geschaltete Gleichrichter, die hinsichtlich ihres Schwellenwertes
so bemessen sind, daß der durch den Schwellenwert des die Ausgangsgleichspannung
erzeugenden, vorzugsweise in Brückenschaltung ausgeführten Gleichrichters bedingte
Minusfehler und der durch den Magnetisierungsstrom der Transduktoren bedingte Plusfehler
der Gleichspannung bei kleinen primären Gleichstromwerten sich möglichst vollständig
aufheben.
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Zweckmäßig werden dazu Halbleitergleichrichter verwendet, vorzugsweise
von derselben Art, die auch zur Gleichrichtung der Spannung an der Widerstandsbürde
verwendet ist.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
an dem die Wirkung der Anordnung näher erläutert werden soll.
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In den Primärwicklungen la und 2 a der beiden Transduktorelemente
1 und 2 fließt der zu messende Gleichstrom. Die Primärwicklungen können, wie üblich,
eine Stromschiene sein, auf welche die aus weichmagnetischem Werkstoff bestehenden
Kerne der
beiden Transduktorelemente aufgeschoben sind, sie können
aber auch mehrere Windungen haben. Die Sekundärwicklungenib und 2 b der ltransduktorelemente
sind gegensinnig in Reihe geschaltetund an eine Wechselstromquelle 3 mit konstanter
oder angenähert konstanter Spannung angeschlossen. Im Sekundärkreis liegen ar Widerstand
4 und in Reihe mit diesem erfindungsgemäß die gegensinnig parallel geschalteten
Gleichrichter 5.
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Die am Widerstand 4 und den Gleichrichtern abgegriffene Wechselspannung
von im wesentlichen rechteckförmiger Kurvenform wird in der Gleichrichterbrücke
6 gleichgerichtet Die gleichgerichtete Spannung kann bei 7 entnommen und für beliebige
Meß- oder Regelzwecke verwendet werden. An die Klemmen 7 kann gegebenenfalls noch
ein nicht dargestellter, vorzugsweise hochohmscher Abschlußwiderstand und/oder ein
Glättungskondensator angeschlossen sein.
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Die Gleichrichter 5 werden ebenso wie die Gleichrichter 6 erst von
einem gewissen Spannungsschwellenwert an stromdurchlässig. Insbesondere wenn beide
Gleichrichtergruppen von derselben Art sind, verlaufen ihre Strom-Spannungs-Kennlinien
in bezug auf diesen Schwellenwert gleich oder ähnlich. In den Gleichrichtern 5 entsteht
bei sehr kleinen Werten des primären Gleichstromes ein dem Spannungsschwellenwert
entsprechender zusätzlicher Spannungsabfall, der bei passender Bemessung dieser
Gleichrichter bewirkt, daß durch die Gleichrichter 6 trotz ihres Spannungsschwellenwertes
praktisch bereits vom Wert Null des primären Gleichstromes an Strom fließt, so daß
damit Proportionalität zwischen dem primären Gleichstrom und der Ausgangsgleichspannung
an den Klemmen 7 im ganzen Meßbereich erreicht wird.
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Praktische Ausführungen haben gezeigt, daß es durch eine Anordnung
nach der Erfindung ohne weiteres möglich ist, den Nullpunktsfehler eines Gleichstromwandlers
auf 0,5 bis 16/o des maximalen Meßwertes zu reduzieren.
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Eine in manchen Fällen zweckmäßige Abwandlung der dargestellten Anordnung
besteht darin, daß die der Gleichrichterbrücke 6 zugeführte Wechselspannung nicht
unmittelbar, sondern, wie an sich bekannt, über eirien:Transförmator am Widerstand
4 und den Gleichrichtern 5 abgenommen wird.
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PATENTANSPRVCHE 1. Aus zwei Transduktorelementen mit gegensinnig
in Reihe geschalteten, aus einer Wechselstromquelle gespeisten 5 ekundärwicklungen
bestehender Gleichstromwandler, bei dem durch Gleichrichtung der an einer mit den
Sekundärwicklungen in Reihe liegenden Widerstandsbürde auftretenden Spannung mit
Hilfe eines einen Schwellenwert aufweisenden Gleichrichters, vorzugsweise in Brückenschaltung,
eine dem Primärstrom proportionale Gleichspannung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Widerstandsbürde außer einem ohmschen Widerstand (4) zwei mit diesem in
Reihe und gegensinnig miteinander parallel geschaltete Gleichrichter (5) enthält,
die hinsichtlich ihres Schwellenwertes so bemessen sind, daß der durch den Schwellenwert
des vorzugsweise in Brückenschaltung ausgeführten Gleichrichters (6) bedingte Minusfehler
und der durch den Magnetisierungsstrom der Transduktoren bedingte Plusfehler der
Gleichspannung bei kleinen primären Gleichstromwerten sich möglichst vollständig
aufheben.