DE1050895B

DE1050895B - Anordnung zur Messung des Absolutwertes großer Gleichströme

Info

Publication number: DE1050895B
Application number: DENDAT1050895D
Authority: DE
Inventors: Berlin-Siemensstadt und Dr. phil. Karl Steimel Johanniswald bei Königstein Dr.-Ing. Floris Koppelmann (Taunus)
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Publication date: 1959-02-19

Description

Zur Messung großer Gleichströme benutzt man außer rotierenden Spulen und außer Geräten, welche auf dem Halleffekt beruhen, sogenannte Gleichstromwandler. Diese bekannten Geräte stoßen bei großen Stromstärken, beispielsweise 100 000 A, insofern auf Schwierigkeiten, als ihre Meßgenauigkeit in manchen Fällen nicht ausreicht oder sie nicht absolut anzeigen, so daß bei großen Strömen eine Eichung schwierig ist.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Messung des Absolutwertes großer Gleichströme durch Kompensation, bei der ein hochwertiger Eisenkern, z. B. ein Eisen-Nickel-Kern mit Rechteck-Magnetisierungsschleife, der von dem zu messenden Gleichstrom erregt wird, durch eine zweite, mit dem Kompensationsgleichstrom erregte Wicklung so hoch gegenerregt wird, daß die Amperewindungen des zu messenden Gleichstromes gerade aufgehoben werden, und bei der der Eisenkern außerdem eine weitere Wicklung (Tastwicklung) aufweist, die mit einem verhältnismäßig kleinen Wechselstrom erregt wird, »° mit deren Hilfe festgestellt wird, ob die Amperewindungen des zu messenden Gleichstromes und des Kompensationsgleichstromes gleich sind. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetisch verschiedenwertige Eisenkerne vorgesehen sind, von denen der eine hochwertigere, einen kleineren Querschnitt aufweisende Kern die Tastwicklung trägt und zur Abschirmung fremder Felder von dem anderen Eisenkern größeren Querschnitts umgeben ist, und daß der hochwertigere Eisenkern gemeinsam mit dem Abschirmkern von der Wicklung für den Kompensationsgleichstrom umgeben ist.

Statt des Kompensationsgleichstromes kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch ein Kompensationswechselstrom verwendet werden, wobei dann der Scheitelwert dieses Wechselstromes die gleichen Amperewindungen haben muß wie der zu messende Gleichstrom. Die Verwendung eines Wechselstromes ist unter Umständen einfacher. Die Messung des Scheitelwertes des Wechselstromes kann in bekannter Weise über eine Gegeninduktivität und einen Meßkontakt mit Drehspulinstrument oder Gleichstromkompensator erfolgen. Um festzustellen, ob die Amperewindungen des zu messenden Gleichstromes genau gleich den Amperewindungen des Meßstromes sind, kann man einfach die Spannung an der Tastwicklung des Eisenkernes messen, wenn diese Tastwicklung über einen hohen Vorwiderstand mit einem festen kleinen Wechselstrom erregt wird.

In vielen praktischen Fällen wird der zu messende Gleichstrom Oberwellen enthalten, da große Gleichströme in der Regel durch Gleichrichter erzeugt werden. In diesem Fall interessiert für Wirkungsgradmessungen oder auch für die elektrolytischen Wirkungen Anordnung zur Messung
des Absolutwertes großer Gleichströme

Anmelder:

LICENTIA Patent-Verwaltungs-G.m.b.H., Hamburg 36, Hohe Bleichen 22

Dr.-Ing. Floris Koppelmann, Berlin-Siemensstadt,

und Dr. phil. Karl Steimel,

Johanniswald bei Königstein (Taunus),

sind als Erfinder genannt worden

der Gleichstrommittelwert. Um das angegebene Verfahren auch bei Vorhandensein von Oberwellen benutzen zu können, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung der den hochwertigen Eisenkern umgebende zweite Eisenkern größeren Querschnitts und geringerer Eisenqualität mit einer niederohmigen Kurzschlußwicklung versehen. Die Folge der Kurzschlußwicklung ist, daß der hochwertige Eisenkern praktisch von allen Oberwellen des zu messenden Gleichstromes befreit wird. Benutzt man einen Gleichstrom als Kompensationsstrom, so kann die Wicklung für diesen Gleichstrom außerhalb der Kurzschlußwicklung liegen, benutzt man einen Wechselstrom, so darf die Wicklung für diesen Wechselstrom nur den hochwertigen Eisenkern umschlingen.

In Fig. 1 ist die Erfindung an einem Beispiel dargestellt. 1 ist ein in Richtung der Zeichenebene verlaufendes Sammelschienenpaket, welches den zu messenden Gleichstrom I_gl führt. Um dieses Sammelschienenpaket ist ein hochwertiger Eisenkern 2 gelegt. Dieser Eisenkern befindet sich im Ringspalt zwischen zwei weiteren Eisenkernen 3 und 4. Diese Kerne sind von einer Kurzschlußwicklung 5 umgeben. Die Kurzschlußwicklung ist ihrerseits wieder umgeben von einer Meßwicklung 6, welche mit einem Kompensationsgleichstrom i_gl gespeist wird. Der Eisenkern 2 trägt eine Wicklung 7, die über einen Vorwiderstand R mit einem kleinen Wechselstrom ίο gespeist wird. Die Spannung Mo am Instrument 11 ist immer dann Null oder zumindest klein, wenn die magnetische Erregung durch den zu messenden Gleichstrom I_gl nicht ebenso groß ist wie die magnetische Erregung durch den Kompensationsstrom i_gt. Mit Hilfe der Spannung Mo kann also am Abgleich widerstand r der Strom i_si ein-

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Claims

reguliert werden. Nach dieser Einregulierung kann der Strom igi an einem Nebenwiderstand Tn in bekannter Weise mit Hilfe eines Drehspulinstrumentes, eines Schreibers oder eines Gleichstromkompensators genau geraessen werden. In Fig. 2 ist statt des Kompensationsgleichstromes igt ein Kompensationswechselstrom i(i) verwendet. Dieser Wechselstrom durchfließt eine Wicklung 8, welche nur den hochwertigen Eisenkern 2 umschlingt. Solange der Scheitelwert imax des Stromes i'm kleiner ist als der Gleichstrom Igl, bleibt der hochwertige Eisenkern ständig gesättigt. Erst wenn imax ebenso groß wird wie It\, zeigt das Instrument 9 an der Wicklung w eine Spannung wo''. Der Kompensationswechselstrom i(t) wird so einreguliert, daß sein Scheitelwert genau gleich dem zu messenden Gleichstrom Igl ist. Die Zeichnung deutet an, wie mit Hilfe einer Gegeninduktivität M und eines bekannten Meßkontaktes K der Scheitelwert imax einreguliert mit einem Drehspulinstrument 10 oder auch einem Gleichstromkompensator gemessen werden kann. In Fig. 3 ist das Magnetisierungsdiagramm des hochwertigen Eisenkernes 2 aufgetragen. Bei Isl = 150000 A beträgt die Feldstärke, die von diesem Strom herrührt, 150 000/π D, wobei D der Durchmesser des hochwertigen Eisenkernes ist. Die Amperewindungen des Meßstromes betragen TtD oder Wln, wenn w die Windungszahl der Wicklung 6 bzw. 8 ist. Bei einem Durchmesser D= 100 cm ist π D rs 300, bei 150 000 A also die Feldstärke 150 000 300 = 50O A/cm. Die Koerzitivkraft eines hochwertigen Eisen-Nickel-Kernes ist beispielsweise 0,3 A/cm, d. h. weniger als ein Promille von 5001. Man sieht, daß sich auf diese Weise Meßgenauigkeiten von einem Promille oder mehr erreichen lassen, und zwar ist das Meßverfahren ein absolutes Kompensationsverfahren. Gegen fremde Felder ist die Anordnung so gut wie unempfindlich, da die Eisenkerne 3 und 4 und die Kurzschlußwicklung alle Fremdfelder vom Meßkern 2 fernhalten. Ist der Kompensationsgleichstrom nicht konstant, sondern hat er einen schwankenden Mittelwert, so bietet es keine Schwierigkeit, mit bekannten Mitteln den zeitlichen Mittelwert des schwankenden Gleichstromes aufzuzeichnen oder zu messen. Wenn es notwendig ist, kann man statt eines Zeigerinstrumentes oder eines Gleichstromkompensators auch ein genaues schreibendes Meßinstrument benutzen. Die Genauigkeit von einem Promille läßt sich dabei dadurch erreichen, daß man beispielsweise die Meßgröße bis auf 901 bzw. 99 °/o kompensiert und nur den Überschuß von 10 bzw. 1 ■% auf das schreibende Meßinstrument gibt. Patentansprüche:

1. Anordnung zur Messung des Absolutwertes großer Gleichströme durch Kompensation, bei der ein hochwertiger Eisenkern, z. B. ein Eisen-Nickel-Kern mit Rechteck-Magnetisierungsschleife, der von dem zu messenden Gleichstrom erregt wird, durch eine zweite, mit dem Kompensationsgleichstrom erregte Wicklung so hoch gegenerregt wird, daß die Amperewindungen des zu messenden Gleichstromes gerade aufgehoben werden, und bei der der Eisenkern außerdem eine weitere Wicklung (Tastwicklung) aufweist, die mit einem verhältnismäßig kleinen Wechselstrom erregt wird, mit deren Hilfe festgestellt wird, ob die Amperewindungen des zu messenden Gleichstromes und des Kompensationsgleichstromes gleich sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetisch verschiedenwertige Eisenkerne (2; 3, 4) vorgesehen sind, von denen der eine hochwertigere, einen kleineren Querschnitt aufweisende Kern (2) die Tastwicklung trägt und zur Abschirmung fremder Felder von dem anderen Eisenkern (3, 4) größeren Querschnitts umgeben ist, und daß der hochwertigere Eisenkern (2) gemeinsam mit dem Abschirmkern (3, 4) von der Wicklung (6) für den Kompensationsgleichstrom umgeben ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der hochwertigere Eisenkern (2) gemeinsam mit dem Abschirmkern (3, 4) zusätzlich von einer Kurzschlußwicklung (5) umgeben ist.

3. Anordnung nach Anspruch i oder 2, dahin abgewandelt, daß statt des Kompensationsgleichstromes ein Kompensationswechselstrom verwendet ist, dessen Scheitelwert nach bekannten Verfahren, beispielsweise mit Gegeninduktivität und Meßkontakt, genau bemessen wird (Fig. 2).

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 840118;
USA.-Patentschrift Nr. 1825 514;
Archiv für Technisches Messen, V 3213-1
1932) und V 3210-1 (März 1933).

(Dez.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen