DE1056736B

DE1056736B - Gleichstromwandler fuer sehr hohe Stromstaerken

Info

Publication number: DE1056736B
Application number: DEL29145A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Werner Kraemer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-11-26
Filing date: 1957-11-26
Publication date: 1959-05-06
Also published as: CH366898A

Description

Hohe Gleichströme können bekanntlich, indirekt mit Gleichstromwandlern nach Art einer vormagnetisierten Drosselspule gemessen werden, wobei der Kern der Drosselspule durch den zu messenden Gleichstrom vormagnetisiert wird. Auf diesem Kern befindet sich noch eine Wechselstromwicklung, die von einem Hilf swechselstrom konstanter Spannung durchflossen wird. Die Größe des Hilfswechselstrom.es, auch Sekund&rstrom des Gleichstromwandlers genannt, ist von der Größe der Vormagnetisierung durch den Gleichstrom abhängig und bildet somit ein Maß für den zu messenden Gleichstrom. Will man sehr hohe Gleichströme auf diese Art messen, so erreichen die Abmessungen des Kernes, dessen Länge annähernd proportional mit dem zu messenden' Gleichstrom ansteigt, Werte, die den Einbau des Wandlers schwierig machen. Dagegen erfordert eine Verringerung der Abmessungen bei vergrößertem Kernquerschnitt eine starke Erhötwwig der Magnetisierungsschemleistung.

Es wurde auch schon bekannt, einen Teil der Gleiohstrommagnetisierung mit Hilfe eines entgegenr gerichteten Stromes zu kompensieren, so daß nur die Differenz der von diesen beiden Strömen hervorgerufenen Gleichstrommagnetisierungen in den Eisenkernen wirksam ist. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie sehr umständlich ist, und jeder Strom muß für sich gemessen und abgelesen werden. Diese Tatsache ist für eine Betriebsmeßeinrichtung sehr störend.

Alle diese Nachteile werden bei einem Gleichstromwandler nach Art einer vormagnetisierten Drossel für sehr hohe Stromstärken, bei dem ein Teil der vom Primärstrom erzeugten Durchflutung mittels eines Hilfsgleichstromes kompensiert wird, gemäß der Erfindung dadurch vermieden, daß der Hilfsgleichstrom und der gleichgerichtete Sekundärstrom des Wandlers (AJ₂) als Summenstrom über die Nutzbürde geleitet werden. Da bei einem solchen Gleichstromwandler stets zwei Kerne vorhanden sind, die gegensinnig von dem Hüfswechselstrom magnetisiert werden, ist +0 es zweckmäßig, daß die den Hilfsgleichstrom führende Kompensationswicklung . zugleich beide Kerne des Gleichstromwandilers umgibt.

Ausführungsbeispiele des Wandlers nach der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Mit diesen Beispielen werden auch noch weitere. Ge-. danken zur Ausgestaltung der Erfindung erläutert.

In Fig. 1 wird die den M-eßgleichstrom I₁ führende Schiene ^ von einem Eisenkern E eines Gleichstromwandlers umgeben. Ein von einer Wechselspannungsquelle U₀ ausgehende Hilfswechselstrom wird über eine Wechselstromwicklung W und einen Gleichrichter G zur Nutzbürde R, beispielsweise einem Meßinstrument, geführt. Gibt man dem Gleichstromwand-Gleichstromwandler
für sehr hohe Stromstärken

Anmelder:

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

Dr.-Ing. Werner Krämer, Darmstadt-Land,
ist als Erfinder genannt worden

ler zusätzlich eine Gleichstromwicklung K, die einen Strom I₂ führt, so daß die - von · diesem verursachte Durchflutung der vom Strom I₁ verursachten Primärdurchflutunig entgegengerichtet ist, und leitet man diesen Kompensationsstrom, der beispielsweise 90%> der Primärdürchflutung aufheben möge, über die Nutzbürde R, so kann man durch Parallelschaltung des Sekundärkreises dtes Gleichstromwandlers zur Nutzbürde R den sekundären Wandlerstrom AI₂ zu dem Kompensationsstrom Iζ addieren.

Die dabei vorliegenden Verhältnisse auf der Magnetisierungskurve sind in Fig. 4 dargestellt. Der zu messende Gleichstrom I₁ bewirkt eine starke Vormagnetisierung der Kerne, die zum Teil durch den Kompensations.strom I₂' wieder aufgehoben wird. Damit verbleibt für den Wandlerstrom AI₂ nur noch ein geringer Rest Dies hat den Vorzug, daß der allein vom Wandlerstrom abhängige Fehler für die Gesamtmessung relativ klein gehalten werden kann. Zur Vereinfachung der Darstellung seien sämtliche Übersetzungsverhältnisse gleich 1 :1 gewählt. Dann ist jetzt beim fehlerfreien Wandler I₁ = I₂- -V ~^~ ^I_v Ein Fehl er. kann nur noch im Wandlerstrom AI₂ auftreten. Da aber AI₂ im Beispiel nur noch 10°/o der gesamten Durchflutung entspricht, wird der resultierende Fehler dl₂ sehr klein. Eine Stabilisierung des Hilfsstromes I₂ ist nicht notwendig, da Änderungen durch AI₂ korrigiert werden und immer I₁ = I₂ + SI₂ = I_%' + I₂ gilt. Darin ist der Fehler SI₂ nur AI₂ gebunden.

Da der Wandler nicht immer einen praktischen konstanten Primärstrom messen soll, kann man in Weiterbildung der Erfindung den Hilfsgleichstrom I₂ in seiner Größe dem Primärstrom I₁ anpassen. Dies geschieht gemäß Fig. 2 durch einen Magnetverstärker MV in Selbstsättigungsschaltung, der vom Wandlerstrom AI₂ gesteuert wird. Hierbei kann man den für die Auslegung des Wandlers angenehmen Betriebs-

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Claims

zustand verwirklichen,' daß bej veränderlichem Primärstrom Z1 der Wandlerstrom ZiZ2 und damit auch sein Fehler δ J2 konstant bleiben. ■" In Fig. 5 ist der Fehlerverlauf eines Gleichstromwandlers nach K r ä rii e r-· dargestellt, wie er normalerweise üblich ist. Schon allein durch die-Kompensation kann man erreichen, daß der absolute Fehler relativ gering wird, weil der diurch den Wandler zu messende Strom gegenüber, dem v Nennstrom relativ gering ist und der absolute Fehler prozentual von diesem Wand1-strom abhängt. Besitzt man nun eine selbsttätige Kompensation, die so wirkt, daß der Wandlerstrom AJ2 stest konstant bleibt, so befindet man sich für alle Betriebsbereiche auf der Fehlerkurve stets in ein und demselben Punkt, beispielsweise in dem Punkt yf lh" Ί Fig. 5. Damit läßt sich aber der für alle Meßbereiche immer konstante Fehler von vornherein eineichen. Der Wandler besitzt also für diesen Fall keinen Fehlergang mehr, sondern einen konstanten Fehler. Ein solcher Gleichstromwandler ist im Hinblick auf sein Fehlerverhalten und damit auf seine Meßgenauigkeit stets allen anderen Wandlern mit Fehlerverlauf insoweit überlegen, als sein auftretender Fehler' nicht mehr stromabhängig ist, sondern nur noch von der möglichen Genauigkeit des Abgleichs und der Eineichung abhängig. Um solche Verhältnisse zu verwirklichen, erhält der Magnetverstärker MV einen annähernd konstanten Vorerregungsstrom JK (Fig. 2) von einem Hilfsgleichrichter, den die Netzspannungsquelle Ua speist. Da der Kompensationsstrom J2 immer um den Betrag J^ kleiner sein soll als die Primärdurchflutung J1 bzw. der resultierende Sekundärstrom J2 (ü = 1!), gilt für den Steuerstrom Es gilt ferner Damit ist [J2 = AJ2 +J2']. 35 40 Es wird also der Magnetverstärker über zwei Steuerwicklungen in Gegenschaltung (« = 1) von dem Wandlerstrom AJ2 und einem annähernd konstanten Hilfsstrom/K vormagnetisiert, wobei jetzt /s/ = /^ — KJ2(U = V) die Regelgröße ist. Es ist also· der Wandlerstrom A J2 an den Hilf sstrom J% gebunden und damit praktisch konstant. Das Problem der Schirmung des Wandlers gegen Fremdfehler ist jetzt wesentlich vereinfacht, da die Primärdurchflutung, die sonst den Schirm vorsättigt, im Beispiel bis auf 10°/» kompensiert ist. Der Scheinleistungsverbrauch des Magnetverstärkers beträgt nur einen Bruchteil des bei der bisher üblichen Schaltung erforderlichen Betrages. Besondere Anforderungen an die Wechselspannungsquellewerdenmchtmehr gestellt. Die Abschirmung gegen Fremdfelder nach Fig. 3 umgibt beide Kerne des Gleichstromwandlers. Um ihre Vormagnetisierung durch das restliche Gleichfeld herabzusetzen, ist es vorteilhaft, wie dies bereits an anderer Stelle vorgeschlagen worden ist, die Schirmzylinder in regelmäßigem Abstand mit kleinen Luftspalten zu versehen. Man kann den Zylinder ferner, ■beispielsweise -bei Parallelschaltung der Warudlerkerne, aus übereinandergeschichteten Ringkernen aufbauen oder ihn gemäß dem anderweitigen Vorschlag aus dünnem Bandeisen auf einen Tragzylinder aus Hartpapier aufwickeln. Die Kompensationswicklung für den Hilfsstrom J2' kann auf den Schirmzylinder gewickelt werden. Bei sehr großen Stromstärken, bei denen man zur Verkleinerung der Wiodungszahlen in der Kompensationswicklung für J2' größere Ströme wäHt, nimmt man die Summenbildung von J2' und AJ2 zweckmäßig in einem Hüfsgleichstromwandler hoher Genauigkeit mit geeignetem Übersetzungsverhältnis vor. Patentansprüche.·

1. Gleichstromwandler nach Art einer vormagnetisierten Drossel ■ für sehr hohe Stromstärken, bei dem ein Teil der vom Primärstrom erzeugten Durchflutung mittels eines Hilfsgleichstromes kompensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgleichstrom J₂ und der gleichgerichtete Sekundärstrom des Wandlers (AJ₂) als Summenstrom über die Nutzbürde geleitet sind.

2. Gleichstromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung kleiner Windungszahlen der den Kompensationsstrom führenden Wicklung der Hilfsgleichstrom (J₂') möglichst groß gewählt ist und daß der Hilfsgdeichstrom (J₂) und der gleichgerichtete Sekuadärstrom (AJ₂) einem zusätzlichen Hüfsgleichstromwandler hoher Genauigkeit zugeführt sind.

3. Gleichstromwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsgleichstrom einem Magnetverstärker entnommen ist, der so beaufschlagt ist, daß er die Primärdurohflutung des Gleichstromwandlers bis auf einen Restbetrag kompensiert.

4. Gleichstromwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetverstärker eine Regelung durch die Differenz eines annähernd konstanten Gleichstromes (J%) mit dem

. Sekundärstrom (AJ₂) des Gleichstromwandlers aufweist.

5. Gleichstromwandler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er zur Abschirmung gegen Fremdfelder Schirmzylinder aufweist, die in regelmäßigen Abständen mit kleinen Luftspalten verseben sind.

6. .Gleichstromwandler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schirmzylinder aus Bandeisen gewickelt sind.

In Betracht gezogene Druckschriften·:
Deutsche Patentschriften Nr. 732 882, 893 091.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen