DE1207005B - Nullindikator fuer Gleichstrom mit einem einen Luftspalt aufweisenden ferromagnetischen Kern - Google Patents

Description

• Nullindikator für Gleichstrom mit einem einen Luftspalt aufweisenden ferromagnetischen Kern Nach dem Frequenzverdopplungsverfahren arbeitende, einem magnetischen Kern aufweisende Nullindikatoren für Gleichstrom liefern bei großen Unterschieden zwischen Meß- und Kompensationsstrom kein brauchbares Signal mehr, da der Kern gesättigt wird. Einen größeren Arbeitsbereich erhält man bei selbsttätigen Komparatoren mit einer Magnetfeld-Meßsonde im Luftspalt des magnetischen Kreises. Mit einem Hall-Generator in einem sehr engen Luftspalt ist zwar die erreichbare Empfindlichkeit vollauf befriedigend, nicht aber die Meßgenauigkeit, da die Ummagnetisierungsarbeit eine remanente Restfeldstärke erzeugt, deren Vorzeichen unterschiedlich ist, je nachdem, ob die Kompensation mit steigenden oder fallenden Werten des kompensierenden Stromes erreicht wird. Der Abgleichfehler der Durchflutungen ist gleich dem Produkt aus Koerzitivfeldstärke und Eisenweglänge und damit auch bei hochwertigem Kernmaterial viel größer als bei Anwendung des Frequenzverdopplungsverfahrens, weil hier die Ummagnetisierungsverluste von dem Wechselfeld-Erregerstromkreis gedeckt werden.
• Die Erfindung schlägt einen Nullindikator für Gleichstrom vor, der die Vorteile hoher Empfindlichkeit und weiten Proportionalbereichs der Anzeige hat wie der einfache, oben beschriebene Komparator mit Hall-Sonde, und auch den Vorteil der hohen, von der Ummagnetisierungsarbeit unbeeinflußten Genauigkeit wie der Komparator mit Nullindikator nach dem Frequenzverdopplungsverfahren.
• Die Erfindung bezieht sich auf einen Nullindikator für Gleichstrom mit einem einen Luftspalt aufweisenden ferromagnetischen Kern, auf dem sich eine von einem Meßgleichstrom, eine von einem Kompensationsgleichstrom sowie eine von Wechselstrom erregte, den Einfluß der Kernremanenz beseitigende Hilfswicklung befinden, und mit einem die magnetische Feldstärke im Luftspalt anzeigenden Meßfühler. Die Erfindung besteht darin, daß der Kern ein Dreischenkelkern mit einem den Luftspalt aufweisenden Mittelschenkel ist, daß auf denAußenschenkeln des Magnetkernes konzentrisch zueinander je eine Teilwicklung für den Meßstrom und für den Kompensationsstrom angeordnet sind, daß sowohl die beiden Meßstrom-Teilwicklungen als auch die beiden Kompensations-Teilwicklungen je mit derartigem Sinn in Reihe geschaltet sind, daß bei Anwesenheit eines Meßgleichstromes und eines Kompensationsstromes in den entsprechenden Wicklungen im Luftspalt des Mittelschenkels magnetische Gleichflüsse auftreten, und daß ferner auf den Außenschenkeln je eine wechselstromdurchflossene Teilwicklung gleicher Windungszahl angeordnet ist, die in derartigem Sinn zusammengeschaltet sind, daß ein magnetischer Wechselfluß nur in den Außenschenkeln und den anliegenden Jochen, nicht aber über den Luftspalt des Mittelschenkels fließen kann.
• Es ist eine Einrichtung zur Gleichstrommessung bekannt, bei welcher der vom Meßstrom hervorgerufene Fluß durch einen Hilfsgleichstrom kompensiert wird. Der Einfluß der Resonanz wird bei dieser Einrichtung bereits durch Überlagerung eines Wechselfeldes beseitigt. Eine besondere Vorrichtung dient dazu, um den Kompensationsgrad festzustellen.
• Bei einer weiteren bekannten Einrichtung zur Messung von Gleichstrom ist ein Rahmenkern mit einer Kompensationswicklung vorgesehen, wobei der Leiter, der den zu messenden Strom führt, das Kernfenster durchsetzt. Ein Joch des Rahmenkernes hat einem Luftspalt, in dem ein zum Anzeigen des Kompensationsgrades dienender Fühler, z. B. in Form eines rotierenden Ankers mit davon gespeistem Stromanzeigeinstrument angeordnet ist. Hier wird ebenfalls zum Vermeiden einer magnetischen Remanenz des Kernes eine Wechselfeldmagnetisierung verwendet. Die Kerne der bei diesen bekannten Einrichtungen verwendeten Nullindikatoren sind indes einfache Rahmenkerne, und es wird infolgedessen der den Kompensationszustand feststellende Fühler ebenfalls von der Wechselfeldmagnetisierung beaufschlagt und nicht, wie dies der Erfindungsgedanke bewirkt, davon frei gehalten.
• Der Erfindungsgedanke wird an Hand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
• Der Nullindikator nach F i g. 1 besteht aus einem ferromagnetischen Kern 1, der beispielsweise zweiteilig ausgebildet ist. Zwei Polschuhe 2 und 3, zweckmäßig aus hochpermeablem Werkstoff, bilden einen Luftspalt 4. Der Gesamtkern 1 bildet zwei magnetische Teilkreise 21 und 31. Jeder magnetische Teilkreis weist auf den äußeren Schenkeln Gleichstromwicklungen 5 und 6 für den Meßstromkreis und Gleichstromwicklungen 7 und 8 für den Kompensationskreis auf. Die Wicklungen 5 bis 8 haben je gleiche Windungszahlen auf jedem magnetischen Teilkreis. Diese Wicklungen beider magnetischer Teilkreise 21 und 31 sind so in Reihe geschaltet, daß sich ihre Flüsse im Luftspalt 4 addieren. Sie werden beispielsweise mit einer Hallsonde 11 erfaßt.
• Die durch den MeßstromI (vgl. Fig. 2) erzeugte Durchflutung s0 wirkt gegen die durch den Kompensationsstrom II erzeugte Durchflutung çll. Stimmen diese beiden Durchflutungen überein, so ergibt sich im Luftspalt 4 kein magnetischer Fluß.
• Über den Wicklungen 5 bis 8 sind wechselstromerregte Wicklungen 9 und 10 aufgebracht. Diese sind vorzugsweise parallelgeschaltet (F i g. 2) und müssen so gepolt und abgeglichen werden (Windungsabgleich), daß kein magnetisches Wechselpotenlial am Luftspalt 4 entsteht, wohl aber ein Wechselfluß 0~ mit relativ hoher Scheitelinduktion von einigen tausend Gauß, der praktisch den ganzen ferromagnetischen Kern 1 magnetisiert. Dieser Wechselstromkreis deckt dann die Ummagnetisierungsverluste des ferromagnetischen Kreises, so daß die Gleichstromdurchflutung des Fehlabgleiches der Kompensationswicklungen 7 und 8 eine mittlere Induktionsänderung nahezu nach Maßgabe der sogenannten idealisierten Magnetisierungskurve ergibt, wie sie sich als hysteresefreie Magnetisierungskurve sonst auch einstellt, wenn man jedem Gleichfeldwert zunächst eine bis auf Null abnehmende Wechselfeldamplitude überlagert und die dann verbleibende Induktion der Gleichfeldstärke zuordnet. Die Scheitelinduktion des Wechselflusses wird so hoch gewählt, daß nahezu die volle Koerzitivfeldstärke der äußeren Hysteresiskurve erreicht wird. Das ist erforderlich, um ein remanentes Gleichfeld zu vermeiden, das die Einstellgenauigkeit nach einem, den Kern bis zur Sättigung magnetisierenden Fehlabgleich begrenzen würde. Die Scheitelinduktion des Wechselflusses soll aber nicht so hoch gewählt werden, daß die Scheitelfeldstärke erheblich über der Koerzitivfeldstärke liegt, weil dadurch die Empfindlichkeit des Gleichstrom-Nullabgleiches herabgemindert wird; denn die Änderung der mittleren Magnetisierung bei überlagertem Gleich- und Wechselfeld entspricht der differentiellen Permeabilität des ansteigenden Astes der durchlaufenden Hysteresiskurve an den Umkehrpunkten. Beide Bedingungen werden am besten von Kernmaterial mit rechteckförmiger Hysteresiskurve erfüllt. Es sind also die gleichen Materialeigenschaften und die gleichen Wechselflußamplituden optimal, die auch bei nach dem Frequenzverdopplungsver- fahren arbeitenden Einrichtungen optimale Empfindlichkeit ergeben.
• Der Nullindikator ist mit Vorteil als Soll-Ist-Vergleichsglied in Regelkreisen verwendbar. Die Wicklungen 5 und 6 können - dabei mit dem Istwert und die Wicklungen 7 und 8 mit dem Sollwert beaufschlagt werden. Bei einer Abweichung von Soll- und Istwert ergibt sich im Luftspalt 4 eine magnetische Induktion, wodurch die Hall-Sonde 11 eine Spannung erzeugt, die der Abweichung zwischen Soll-und Istwert entspricht.
• Ein gemeinsamer Vorwiderstand 12 (F i g. 2) begrenzt die Stromaufnahme und Wechselfeldstärke bei starkem Fehlabgleich der -Gleichstromkompensation durch Sättigung.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Nullindikator für Gleichstrom mit einem einen Luftspalt aufweisenden ferromagnetischen Kern, auf dem sich eine von einem Meßgleichstrom, eine von einem Kompensationsgleichstrom sowie eine von Wechselstrom erregte, den Einfluß der Kernremanenz beseitigende Hilfswicklung befinden, und mit einem die magnetische Feldstärke im Luftspalt anzeigenden Meßfühler, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern ein Dreischenkelkern mit einem den Luftspalt aufweisenden Mittelschenkel ist, daß auf den Außenschenkeln des Kernes konzentrisch zueinander je eine Teilwicklung für den Meßstrom und für den Kompensationsstrom angeordnet sind, daß sowohl die beiden Meßstrom-Teilwicklungen als auch die beiden Kompensations-Teilwicklungen je mit derartigem Sinn in Reihe geschaltet sind, daß bei Anwesenheit eines Meßgleichstromes und eines Kompensationsstromes in den entsprechenden Wicklungen im Luftspalt des Mittelschenkels magnetische Gleichflüsse auftreten und daß ferner auf den Außenschenkeln je eine wechselstromdurchflossene Teilwicklung gleicher Windungszahl angeordnet ist, die in derartigem Sinn zusammengeschaltet sind, daß ein magnetischer Wechselfluß nur in den Außenschenkeln und den anliegenden Jochen, nicht aber über den Luftspalt des Mittelschenkels fließen kann.
2. 2. Nullindikator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelschenkel des Kernes durch in stumpfem Winkel abgeknickte Jochteile gebildet ist.
3. 3. Die Verwendung des Nullindikators nach Anspruch 1 oder 2 als Soll-Ist-Vergleichsglied in einem Regelkreis.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 606622, 644824; französische Patentschrift Nr. 626436.