DE1076260B

DE1076260B - Current transformer with two cores and error compensation through an electronic amplifier

Info

Publication number: DE1076260B
Application number: DER23454A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-August Neinens
Original assignee: HANS RITZ DR ING
Current assignee: HANS RITZ DR ING
Priority date: 1958-06-06
Filing date: 1958-06-06
Publication date: 1960-02-25

Description

Stromwandler mit zwei Kernen und Fehlerkompensation durch einen elektronischen Verstärker In der Wandlertechnik sind zahlreiche Schaltungen bekanntgeworden, die zum Ziel haben, den Fehlerstrom eines Stromwandlers zu kompensieren. Dabei wurden zwei verschiedene Wege eingeschlagen. Einerseits wurden Schaltungen entwickelt, in denen nur Drosseln, Kondensatoren und Widerstände Verwenwendung finden. Diese Schaltungen haben den Nachteil, daß die Kompensation nur für bestimmte Arbeitspunkte zu erreichen ist. Andererseits wurden für Stromwandler mit zwei Kernen auch elektronische Schaltungen bekannt, die mit Röhren arbeiten. Sie besitzen den Nachteil, daß zu ihrer Speisung eine fremde Stromquelle erforderlich ist, weil die volle Bürdenleistung aufgebracht werden muß. Praktisch ist eine derartige Anordnung für Labormessungen geeignet. Außerdem sind Röhren in Starkstromanlagen unbeliebt, da sie alterungsempfindlich sind.Current transformer with two cores and error compensation by an electronic one Amplifier In converter technology, numerous circuits have become known that aim to compensate the fault current of a current transformer. There were took two different paths. On the one hand, circuits were developed in which only chokes, capacitors and resistors are used. These Circuits have the disadvantage that the compensation is only available for certain operating points can be achieved. On the other hand, for current transformers with two cores, electronic ones were also used Circuits known that work with tubes. They have the disadvantage of being too An external power source is required to feed them because the full burden is required must be applied. Such an arrangement is practical for laboratory measurements suitable. In addition, tubes are unpopular in high-voltage systems because they are sensitive to aging are.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es hauptsächlich, auch die verbliebenen Nachteile noch zu beseitigen, eine hohe Kompensationsgenauigkeit mit besonders einfachen Mitteln zu erreichen und die zur Kompensation dienende Einrichtung nach Möglichkeit mit dem zu kompensierenden Wandler baulich zu vereinigen.The object on which the invention is based is mainly also eliminate the remaining disadvantages, a high level of compensation accuracy to be reached with particularly simple means and the facility serving for compensation to be structurally combined with the converter to be compensated if possible.

Dieses Ziel läßt sich für einen Stromwandler mit zwei Kernen und Fehlerkompensation durch einen elektronischen Verstärker erfindungsgemäß dadurch erreichen, daß der Stromwandler noch einen dritten Kern mit einer Sekundärwicklung erhält, die zur Lieferung der Stromversorgungsenergie für den - vorzugsweise als Transistorverstärker ausgebildeten elektronischen Verstärker dient.This goal can be achieved for a current transformer with two cores and error compensation achieve by an electronic amplifier according to the invention that the Current transformer still receives a third core with a secondary winding, which is used for Delivery of the power supply energy for the - preferably as a transistor amplifier trained electronic amplifier is used.

Dadurch wird die ganze Einrichtung von einer Fremdstromversorgung unabhängig gemacht. Der dritte Kern liefert zwar eine nur verhätlnismäßig geringe Energie; diese ist aber zum Betrieb von Transistoren unter Umständen gegebenenfalls auch zum Betrieb von Röhren durchaus ausreichend. Daß dabei der zu kompensierende Fehler in die dem dritten Kern entnommene Energie eingeht, ist für deren Verwendung als Stromversorgungsenergie von untergeordneter Bedeutung und damit unschädlich.This means that the entire facility is powered by an external power supply made independent. The third core provides only a relatively small one Energy; however, this may be necessary for the operation of transistors also quite sufficient for operating tubes. That is the one to be compensated Errors in the energy taken from the third core are for their use as power supply energy of subordinate importance and therefore harmless.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Sekundärwindungszahl des einen Kerns (Hauptkern) der beiden, neben dem Stromversorgungskern vorhandenen Kerne um eine oder wenige Windungen gegenüber der dem Übersetzungsverhältnis des Wandlers entsprechenden Windungszahl vermindert sein. Dadurch wird erreicht, daß auf Grund des Umstandes, daß der natürliche Fehler des Hauptkerns künstlich positiv gemacht wird, eine positive, komplexe Belastung erforderlich ist, um den Fehler des Wandlers Null zu machen. und der Kompensator, d. h. der elektronische Verstärker keine Leistung abzugeben braucht. Ein zur weiteren Ausbildung der Erfindung dienender Vorschlag besteht darin, daß zum Ankoppeln des elektronischen Verstärkers kapazitive Koppelglieder dienen und daß diese so bemessen sind, daß die Phasendrehung, die durch den zweiten Stromwandlerkern (Indikatorkern) und dessen Belastung verursacht wird, möglichst kompensiert wird.According to a further proposal of the invention, the number of secondary turns of the one core (main core) of the two existing next to the power supply core Cores by one or a few turns compared to the transmission ratio of the Converter corresponding number of turns be reduced. It is thereby achieved that due to the fact that the natural error of the main kernel is artificially positive being made a positive, complex burden is required to correct the mistake of the converter to make zero. and the compensator, d. H. the electronic amplifier does not need to provide any service. A serving to further develop the invention The suggestion is that capacitive for coupling the electronic amplifier Coupling links are used and that these are dimensioned so that the phase rotation that caused by the second current transformer core (indicator core) and its load is compensated if possible.

Da sich durch die Erfindung sehr kleine Abmessungen des Kompensators erreichen lassen, kann dieser mit einem normalen Wandler baulich vereinigt bzw. in ihm untergebracht werden, was bislang bei mit Kondensatoren als Kompensationsmitteln arbeitenden Wandlern wegen des Umfanges der bekannten Kondensatoranordnungen unpraktisch war. Bei Verwendung von Transistoren kommt auch deren nahezu' unbegrenzte Lebensdauer der Verwendbarkeit in Wandlereinheiten im praktischen Betrieb zustatten.Since the invention has very small dimensions of the compensator can be achieved, this can be structurally combined with a normal converter or be accommodated in it, which was previously the case with capacitors as compensation means working converters impractical because of the size of the known capacitor arrangements was. If transistors are used, they also have an almost unlimited service life to allow usability in converter units in practical operation.

Die Erfindung ist an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; diese zeigt schematisch- ein Ausführungsbeispiel eines Stromwandlers gemäß der Erfindung.The invention is explained in more detail with reference to the drawing, for example; this shows schematically an embodiment of a current transformer according to the invention.

H ist der Hauptkern, J der Indikatorkern und .S der zusätzliche dritte Kern, der, da er lediglich zur Stromversorgung dient, aus minderwertigem Kerneisen bestehen kann. w1 ist die Primärwicklung, w2 die Sekundärwicklung, an der die Netzbürde B liegt. w3 und wi sind die zur Ankopplung der Eingangs-und Ausgangsklemmen des Kondensators K dienenden Wicklungen. Mit w. ist die die Stromversorgung des Kompensators liefernde Sekundärwicklung bezeichnet.H is the main core, J the indicator core and .S the additional third Core, which, since it is only used for power supply, is made from inferior core iron can exist. w1 is the primary winding, w2 the secondary winding on which the network burden B lies. w3 and wi are the ones used to couple the input and output terminals of the Capacitor K serving windings. With w. It is the power supply of the compensator supplying secondary winding.

Die Primärdurchflutung aller Kerne ist am einfachsten gleich, d. h., die Kerne können mit einer gemeinsamen, alle Kerne umschließenden Primärwicklung w1 versehen werden. Die außer dem Speisekern S noch vorhandenen beiden Kerne, der Hauptkern H und der Indikatorkern I, stellen zusammen mit dem Kompensator K den eigentlichen Wandler dar. Beide Kerne haben eine zum Teil gemeinsame Sekundärwicklung w2, an die die Bürde B angeschlossen wird. Die Sekundärwicklung des Indikatorkernes muß dem Nennübersetzungsverhältnis entsprechen, während es beim Hauptkern zweckmäßig sein kann, eine entsprechend dem natürlichen Fehlergang verminderte Sekundärwicklung aufzubringen. Der Indikatorkern besitzt nun noch eine dritte Wicklung, die Indikatorwicklung w1. Die in dieser Wicklung induzierte Spannung entspricht dem Induktionszustand des Kernes, der von 1,W1- 12w2, d. h. vom Fehlerstrom des Wandlers erregt wird. Mit der Spannung an w1 wird der Kompensator, der im einfachsten Falle aus einer Verstärkerstufe besteht, gesteuert. Der Strom am Ausgang des Kompensators wird dem Hauptkern phasenrichtig zugeführt. Auf diese Weise kann der Fehler entsprechend der Verstärkung beliebig verringert werden.The primary flow of all cores is most simply the same, i. H., the cores can have a common primary winding that surrounds all cores w1 must be provided. The two cores still present in addition to the food core S, the Main core H and the indicator core I, together with the Compensator K represents the actual converter. Both cores have a partly common secondary winding w2, to which the burden B is connected. The secondary winding of the indicator core must correspond to the nominal transmission ratio, while it is expedient for the main core may be, a secondary winding that is reduced in accordance with the natural fault path to raise. The indicator core now has a third winding, the indicator winding w1. The voltage induced in this winding corresponds to the induction state of the kernel, that of 1, W1-12w2, d. H. is excited by the fault current of the converter. With the voltage at w1, the compensator, which in the simplest case consists of a Amplifier stage is controlled. The current at the output of the compensator is the Main core fed in phase. That way, the bug can be corrected accordingly the gain can be decreased as required.

Man kann den Kompensator als gesteuerten Widerstand betrachten, der den Hauptkern belastet. Die Belastung richtet sich nach Phase und Größe nach der in w1 induzierten Spannung, d. h. nach dem Fehler. Dieser Widerstand ist je nach Phase induktiv oder kapazitiv, positiv oder negativ komplex. Erreicht man, daß der Fall negativ komplex nicht auftreten kann, so braucht der Kompensator keine Leistung aufzubringen. Eine besondere Stromversorgung für den Kompensator selbst entfällt dann. Eine Speisung ist dann nur noch für Vorverstärkerstufen erforderlich. Die Speiseleistung kann dann erheblich kleiner als F-N, das Produkt aus Fehler F mal Wandlerleistung N sein, ein Wert, der ohnehin schon klein ist. Daß der Hauptkern eine negative Belastung nicht erfordert, erreicht man dadurch, daß man seine Sekundärwindungszahl etwas verringert, so daß er für den Fehler Null immer eine positive Belastung benötigt.One can consider the compensator as a controlled resistance that loaded the main core. The load depends on the phase and size voltage induced in w1, i.e. H. after the mistake. This resistance is dependent on Phase inductive or capacitive, positive or negative complex. If one achieves that the If negative complex cannot occur, the compensator does not need any power to raise. There is no need for a special power supply for the compensator itself then. A supply is then only required for preamplifier stages. the Feed power can then be considerably smaller than F-N, the product of the error F times Converter power N, a value that is already small. That the main core does not require a negative load, can be achieved by changing the number of secondary turns somewhat reduced, so that he always needs a positive load for the error zero.

Die Verminderung des Fehlers ist von der Gesamtverstärkung nach Größe und Phase abhängig. Der Phasenfehler des Verstärkers ist hauptsächlich von den Koppelkondensatoren abhängig. Auch der Indikatorkern liefert keine Spannung, die mit dem Magnetisierungsstrom in Phase ist, wenn die Belastung durch den Kompensator klein ist. Die Erfindung sieht daher vor, den Phasenfehler durch den Indikatorkern recht groß zu machen und relativ kleine Koppelglieder im Kondensator zu verwenden, so daß der resultierende Fehler klein ist. Der resultierende Fehler braucht dabei nicht Null zu sein, da er nur einen Teilfehler des ohnehin kleinen Restfehlers bewirkt. jedoch wird die gesamte Wirkung durch die Auslegung nicht nur verbessert, sondern es können auch kleine Koppelkondensatoren verwendet werden. Letzteres ist sehr wichtig, wenn man die Verwendung von Elektrolytkondensatoren umgehen will. Bei einstufiger Vorverstärkung ist galvanische Kopplung möglich, so daß gar kein Koppelglied erforderlich ist.The reduction in error is of the overall gain by size and phase dependent. The phase error of the amplifier is mainly from the coupling capacitors addicted. The indicator core also does not supply any voltage that corresponds to the magnetizing current is in phase when the compensator load is small. The invention therefore provides for the phase error to be made quite large by the indicator core and to use relatively small coupling elements in the capacitor, so that the resulting Error is small. The resulting error does not have to be zero because it only causes a partial error of the already small residual error. however, the Overall effect not only improved by the design, but it can also small coupling capacitors are used. The latter is very important when one wants to avoid the use of electrolytic capacitors. With single-stage pre-amplification galvanic coupling is possible, so that no coupling element is required.

Der Speisekern S kann so dimensioniert werden, daß er bereits vor Erreichen des kleinsten im Betrieb auftretenden Primärstromes in die Sättigung geht. Er liefert dann einen für die Speisung über den ganzen Nennbereich genügend konstanten Effektivwert seines Sekundärstromes. Es können natürlich auch andere bekannte Stabilisierungsschaltungen für die Stromversorgung gewählt werden.The feed core S can be dimensioned so that it is already before Reaching the smallest primary current occurring during operation goes into saturation. It then supplies one that is sufficiently constant for the supply over the entire nominal range RMS value of its secondary current. Of course, other known stabilization circuits can also be used can be selected for the power supply.

Nach der beschriebenen Methode ist es ohne weiteres möglich, einen beispielsweise für Klasse 3 ausgelegten Hauptkern so zu kompensieren, daß der Fehler kleiner als 0,01% ist. Die Verwendung großer Mengen hochwertigen Materials ist nicht erforderlich. Der Wandler wird also erheblich genauer, leichter, kleiner und wirtschaftlicher. Normalwandler können ohne Schwierigkeit bei den schon genannten Vorteilen so genau hergestellt werden, daß ihr Fehler so klein ist, daß er bei keiner Messung mehr berücksichtigt zu werden braucht.Using the method described, it is easily possible to create a for example, to compensate for the main core designed for class 3 so that the error is less than 0.01%. The use of large amounts of high quality material is not necessary. The converter is therefore considerably more precise, lighter, smaller and more economical. Normal converters can be so accurate without difficulty with the advantages already mentioned be made so that their error is so small that it is no longer measured needs to be taken into account.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Current transformer with two cores and error compensation by an electronic amplifier, characterized in that it has another Has third core with a secondary winding, which is responsible for supplying the power supply energy for the electronic amplifier, which is preferably designed as a transistor amplifier serves.

2. Current transformer according to claim 1, characterized in that the number of secondary turns its one core (main core H) by one or a few turns compared to that Transformation ratio corresponding number of turns is reduced.

3. Current transformer according to claim 1, characterized in that for coupling the electronic amplifier capacitive coupling elements are used and that these are dimensioned so that the phase rotation, caused by the second current transformer core (indicator core I) and its load is compensated if possible.

4. Current transformer according to claim 1 to 3, characterized characterized in that means for achieving a stabilized power supply of the Amplifier are provided, in particular by dimensioning the feed core (S) is that it is already saturated before the smallest primary operating current is reached will. References considered: U.S. Patents No. 2,129,524, 2nd ed 428 613.