DE1171521B

DE1171521B - Arrangement for contactless measurement of currents flowing in conductors on rotating bodies, especially when running electrical machines

Info

Publication number: DE1171521B
Application number: DEL41443A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Werner Raasch; Dipl-Ing Manfred Stiebler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1962-03-12
Filing date: 1962-03-12
Publication date: 1964-06-04
Also published as: FR1350268A

Description

Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern elektrischer Maschinen Wenn in sich elektrisch abgeschlossene Systeme um eine Achse rotieren, ist es infolge der fehlenden galvanischen Verbindung nicht möglich, die dort fließenden Ströme unmittelbar zu messen. Es ist bekannt, eine galvanische Verbindung über Schleifringe herauszuführen. Gerade bei bürstenlosen Synchronmaschinen, die über mitrotierende Gleichrichter erregt sind, sollen aber Schleifringe völlig vermieden werden. Außerdem sind Schleifringe in Meßanordnungen unerwünscht, da die gleitenden Kontakte laufend kleine Widerstandsänderungen an der Übergangsstelle verursachen. Zur Übertragung von Wechselströmen und -spannungen ist es weiterhin bekannt, Transformatoren mit Wicklungen vorzusehen, deren Flußverkettung durch die Rotation nicht beeinflußt wird und bei denen eine Wicklung mit der Welle rotiert und die ihr ständig gegeniiberliegende zweite Wicklung feststehend angeordnet ist. Dort kann dann der induktiv übertragene Meßwert abgenommen werden. Diese Anordnung versagt bei Übertragung von Gleichströmen. Eine weitere bekannte Anordnung besteht darin, daß im rotierenden Teil ein vom zu messenden Gleichstrom erregtes Feldsystem vorhanden ist, das in feststehenden Statorwicklungen dem Erregerstrom proportionale Spannungen nach dem Prinzip des Synchrongenerators induziert. Damit ist aber diese vorbekannte Anordnung drehzahlabhängig und nur für stationäre Verhältnisse geeignet. Bei Pendelungen der Hauptmaschine ergeben sich Fehlangaben. Auch beim asynchronen Hochlauf der Hauptmaschine ist der Drehzahl abhängigkeit wegen die Messung der Augenblickswerte nicht möglich. Ferner sind allgemein zur Messung von Strömen in stationären Anlagen Stromjoche bekannt, die wenigstens einen Luftspalt haben, in dem sich eine von der magnetischen Induktion in diesem Luftspalt abhängige Sonde, beispielsweise ein Hallgenerator, befindet. Die von diesem abgegebene Hallspannung ist ein Maß für den Strom, der in der Jochwicklung fließt.Arrangement for contactless measurement of in conductors on rotating Bodies flowing currents, especially in rotors of electrical machines Wenn As a result, systems that are electrically closed in themselves rotate around an axis the missing galvanic connection is not possible, the currents flowing there to measure immediately. It is known to have a galvanic connection via slip rings lead out. Especially with brushless synchronous machines that have co-rotating Rectifiers are energized, but slip rings should be avoided completely. aside from that Slip rings are undesirable in measuring arrangements because the sliding contacts are continuous cause small changes in resistance at the transition point. To transfer of alternating currents and voltages, it is also known to use transformers Provide windings whose flux linkage is not influenced by the rotation and in which one winding rotates with the shaft and the one constantly opposite it second winding is fixedly arranged. There the inductively transmitted Measured value can be taken. This arrangement fails when transmitting direct currents. Another known arrangement is that in the rotating part a from to measuring direct current excited field system is present in fixed stator windings Voltages proportional to the excitation current based on the principle of the synchronous generator induced. But this previously known arrangement is speed-dependent and only for stationary conditions suitable. When the main engine oscillates, this results Incorrect information. The speed is also dependent on the asynchronous start-up of the main machine not possible because of the measurement of the instantaneous values. Furthermore, are general to Measurement of currents in stationary systems Stromjoche known, the at least one Have air gap in which one of the magnetic induction in this air gap dependent probe, for example a Hall generator, is located. The one given by this Hall voltage is a measure of the current that flows in the yoke winding.

Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur kontaktlosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern elektrischer Maschinen, durch induktive tJbertragung auf eine feststehende Meßsonde, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der rotierende Körper auf einem Umfangskreis mit einem nach außen etwa U-förmig geöffneten Magnetjoch und einer dieses magnetisierenden, den zu messenden Strom führenden, konzentrisch angebrachten Wicklung versehen ist, wobei das rotierende Magnetjoch wenigstens einen Luftspalt bildet, in dem eine feststehende Meß- sonde eingreifend angeordnet ist, deren Zustandsgrößen von der magnetischen Induktion in diesem Luftspalt abhängig sind. The invention relates to an arrangement for contactless measurement of currents flowing in ladders on rotating bodies, especially in runners electrical machines, by inductive transmission to a fixed measuring probe, which is characterized in that the rotating body is on a circumferential circle with an outwardly approximately U-shaped magnetic yoke and a magnetizing this, the concentric winding that carries the current to be measured is provided, wherein the rotating magnet yoke forms at least one air gap in which a fixed Measuring probe is arranged engaging, the state variables of the magnetic Induction in this air gap are dependent.

Es wird damit also ein Magnetjoch für eine Messung mit einer feststehenden Sonde, vorzugsweise einem Hallgenerator, geschaffen, wobei das Magnetjoch zusammen mit der stromführenden Spule rotiert. It thus becomes a magnetic yoke for a measurement with a stationary one Probe, preferably a Hall generator, created, the magnetic yoke together rotates with the live coil.

Das Magnetjoch bildet einen Luftspalt, und in diesem ist die feststehende Meßsonde angeordnet. Von den auf dem Läuferkörper zu messenden elektrischen Größen, wie Erregerstrom oder Erregerspannung in ihren Augenblickswerten, können dabei über die Meßsonde in direkter oder indirekter Abbildung über proportionale Spannungen oder Ströme dieser Meßsonde die Augenblickswerte in einer stationären Anordnung erfaßt und dann in bekannter Weise die Gleich- und gegebenenfalls auch die Wechselanteile bis zu einer gegenüber der Netzfrequenz höheren Frequenz durch Auswertung ermittelt werden. Damit sind auch die nichtstationären elektrischen Vorgänge auf dem Läuferkörper, hauptsächlich bei den Strom-und Spannungsverhältnissen, erfaßbar. Insbesondere für einen Hallgenerator ist es zweckmäßig, diesen zwischen ebenfalls feststehenden Joch stücken anzuordnen und den Hallgenerator als Meßsonde dann mit diesen Jochstücken in das rotierende Magnetjoch eingreifen zu lassen. Es kann aber auch eine Spule, vorzugsweise mit Eisenkern, unter Bildung zweier Luftspalte in das rotierende Joch eingreifen, wobei der Strom auf dem Läufer der Maschine das Joch sowohl im rotierenden als auch im feststehenden Teil vormagnetisiert. Die Änderung der Induktivität dieser Spule ist damit ein Maß für den Strom auf dem Läufer. Die Messung erfolgt in bekannter Weise beispielsweise in einer Brückenschaltung. Es kann aber auch die feststehende Spule Teil einer Schwingkreisanordnung sein und die Resonanzfrequenz dabei verstimmen, womit sich diese Änderung als Maß für den Strom auf dem Läufer ergibt.The magnet yoke forms an air gap, and in this is the fixed one Measuring probe arranged. Of the electrical quantities to be measured on the rotor body, such as excitation current or excitation voltage in their instantaneous values, can use the measuring probe in direct or indirect representation via proportional voltages or currents of this measuring probe the instantaneous values in a stationary arrangement detected and then in a known manner the constant and possibly also the alternating components determined by evaluation up to a frequency that is higher than the mains frequency will. This means that the non-stationary electrical processes on the rotor body are also mainly with the current and voltage ratios, detectable. Especially for a Hall generator, it is useful to place this between the also fixed yoke pieces to be arranged and then the Hall generator as a measuring probe with these yoke pieces to engage in the rotating magnet yoke. But it can also be a coil, preferably with an iron core, forming two air gaps in the rotating yoke intervene, the current on the rotor of the machine, the yoke in both the rotating as well as premagnetized in the fixed part. Changing the inductance of this The coil is therefore a measure of the current on the rotor. The measurement takes place in a known manner, for example in a bridge circuit. But it can the fixed coil can also be part of an oscillating circuit arrangement and the resonance frequency get out of tune, which means that this change is a measure of the current on the rotor results.

Zwei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung werden in den Figuren angegeben. Two embodiments of the subject matter of the invention are shown in indicated in the figures.

Fig. 1 zeigt eine Anwendung vorzugsweise bei einer größeren Maschine; F i g. 2 beschreibt die Anordnung insbesondere für eine kleinere Maschine. Fig. 1 shows an application preferably in a larger machine; F i g. 2 describes the arrangement in particular for a smaller machine.

In der F i g. list mit 1 ein mit der Welle der Hauptmaschine umlaufendes Joch bezeichnet, auf dem in einer Windung oder in mehreren Windungen der Leiter geführt ist, dessen Strom gemessen werden soll. In die U-förmige Öffnung dieses umlaufenden Joches 1 ragen von einem feststehenden Punkt aus die Jochstücke 3 hinein, so daß sich damit drei Luftspalte ergeben. 4 ist die Sonde, die zwischen den Jochstücken 3 feststehend angeordnet ist und die die Meßspannung abgibt. In FIG. list with 1 a rotating with the shaft of the main engine Yoke referred to on which in one turn or in several turns of the conductor is performed whose current is to be measured. In the U-shaped opening of this circumferential yoke 1, the yoke pieces 3 protrude from a fixed point, so that there are three air gaps. 4 is the probe that is between the yoke pieces 3 is arranged stationary and emits the measuring voltage.

In der F i g. 2 ist eine konstruktiv andere, grundsätzlich jedoch gleiche Anordnung beschrieben. 5 ist hier das auf der Welle der Maschine angebrachte umlaufende Joch mit der Stromwicklung 6. 7 sind die feststehenden Joch stücke, die in das umlaufende Joch hineinragen. Mit 8 ist die Sonde, also beispielsweise der Hallgenerator, bezeichnet. In FIG. 2 is structurally different, but fundamentally same arrangement described. 5 here is the one attached to the shaft of the machine circumferential yoke with the current winding 6. 7 are the fixed yoke pieces that protrude into the circumferential yoke. With 8 is the probe, for example the Hall generator, referred to.

Die geringfügigen radialen und axialen Schwingungen einer großen Maschine, die sich zwischen dem rotierenden Joch und den feststehenden Jochstücken ergeben, werden insofern ausgeglichen, als die Gesamtlänge der Luftspalte dabei konstant bleibt. Zum Ausgleich der radialen Schwingungen ist es nur notwendig, die feststehende Meßsonde, vorzugsweise mit Jochstücken versehen, weit genug in das rotierende Joch eingreifen zu lassen. The minor radial and axial vibrations of a large one Machine located between the rotating yoke and the fixed yoke pieces result are compensated insofar as the total length of the air gaps remains constant. To compensate for the radial vibrations, it is only necessary that fixed measuring probe, preferably provided with yoke pieces, far enough into the Engaging the rotating yoke.

Mit der Erfindung wird eine betriebssichere Anordnung vorgeschlagen, den Läuferstrom einer gleichrichtererregten Synchronmaschine mit Erregermaschine auf gleicher Welle während des Betriebes ständig zu überwachen, wodurch sich auch eine zu- sätzliche Kontrolle über die Gleichrichterelemente ergibt. With the invention, an operationally reliable arrangement is proposed, the rotor current of a rectifier-excited synchronous machine with exciter constantly monitor on the same shaft during operation, which also one to- additional control over the rectifier elements results.

Patentansprüche: 1. Anordnung zur kontaktiosen Messung von in Leitern auf rotierenden Körpern fließenden Strömen, insbesondere bei Läufern elektrischer Maschinen, durch induktive Übertragung auf eine feststehende Meßsonde, dadurch gekennz ei c h n e t, daß der rotierende Körper auf einem Umfangskreis mit einem nach außen etwa U-förmig geöffneten Magnetjoch und einer dieses magnetisierenden, den zu messenden Strom führenden, konzentrisch angebrachten Wicklung versehen ist, wobei das rotierende Magnetjoch wenigstens einen Luftspalt bildet, in dem eine feststehende Meßsonde eingreifend angeordnet ist, deren Zustandsgrößen von der magnetischen Induktion in diesem Luftspalt abhängig sind. Claims: 1. Arrangement for non-contact measurement of conductors Currents flowing on rotating bodies, especially electrical currents in runners Machines, through inductive transmission to a fixed measuring probe, thereby marked ei c h n e t that the rotating body is on a circumferential circle with one outward approximately U-shaped open magnet yoke and one magnetizing this, the one to be measured Live-carrying, concentrically attached winding is provided, the rotating Magnetic yoke forms at least one air gap in which a stationary measuring probe is arranged engaging, the state variables of the magnetic induction are dependent in this air gap.

Claims

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring probe is a Hall generator, the Hall voltage output at a constant control current is proportional to the magnetic induction in the air gap of the magnet yoke.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the measuring probe is a coil whose inductance is influenced by the bias.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the coil with one magnetically closing the rotating yoke, forming two air gaps ferromagnetic core is provided.

5. Arrangement according to claim 1 and / or 2, characterized in that that two fixed pieces of yoke engaging in the air gap of the rotating yoke are arranged, between which the measuring probe is located.

Documents considered: German Auslegeschrift No. 1,080,221.