DE1250547B - Transduktor-Meßwandler mit richtungsabhängiger Steuerkennlinie - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIr

HOIf
Deutsche Kl.: 21 e - 27/02

Nummer: 1 250 547

Aktenzeichen: Z 11442IX d/21 e

Anmeldetag: 30. März 1965

Auslegetag: 21. September 1967

Die Erfindung betrifft einen Transduktor-Meßwandler mit richtungsabhängiger Steuerkennlinie, bestehend aus einem stromsteuernden Reihentransduktor, aus einem Summentransformator mit zwei Primärwicklungen, die jeweils von einer der beiden Ausgangswicklungen des Transduktors gespeist werden, und aus einer die Ausgangsgröße des Transduktor-Meßwandlers liefernden Vergleichseinrichtung mit zwei Steuereingängen, deren einer von der Sekundärwicklung des Summentransformators und dessen anderer von einer die Richtung der Meßwandlerausgangsgröße bestimmenden Hilfswechselspannung beaufschlagt wird.

Ein solcher Meßwandler hat die Aufgabe, zum Zweck einer Messung oder galvanischen Trennung einen primären Gleichstrom durch einen entsprechenden Wert einer sekundären Gleichspannung oder eines Gleichstromes darzustellen, der beispielsweise für Fernübertragungen oder Regelzwecke geeignet ist. In der technischen Praxis wird oft die Forderung gestellt, daß, wenn der primäre Meßstrom seine Richtung ändert, auch der Ausgangsstrom des Wandlers seine Polarität ändern muß.

Es sind Schaltungen mit richtungsabhängiger Steuerkennlinie bekannt, die beispielsweise Nebenwiderstände verwenden. Hierbei ergibt sich in der Regel jedoch eine für die weitere Nutzung sehr niedrige Ausgangsspannung, und vor allem läßt sich keine galvanische Trennung erzielen. Die Verwendung Hallscher Sonden bei der Messung von Gleichstrom ergibt gute Ergebnisse sowohl hinsichtlich der Messung von Strömen beider Polaritäten als auch hinsichtlich des dynamischen Verhaltens; die Ausgangsspannung ist jedoch niedrig, und es ist deshalb notwendig, diese durch verhältnismäßig kostspielige Gleichstromverstärker zu erhöhen. Sodann sind Transduktor-Gleichstromwandler bekannt, die aus einem Transduktor mit nachgeschaltetem Gleichrichter bestehen. Diese Geräte sind sehr robust, berücksihtigen aber nicht die Polarität des Meßstromes. Es ist ferner bekannt, derartige Transduktor-Gleichstrommeßwandler in Schaltungen derart einzubeziehen, daß der Ausgangsstrom richtungsabhängig ist. So gibt es Schaltungen, bei denen zwei Transduktoren mit nachgeschaltetem Gleichrichter verwendet werden; dies ist ein recht hoher Aufwand. Ferner gibt es Schaltungen, bei denen die Kennlinie des Transduktors verschoben wird; dies führt zu einer schlechten Ausnutzung des Wandlers. Schließlich gibt es einen Transduktor-Gleichstrommeßwandler der eingangs beschriebenen Art, der ein Zusatzgerät zur Festlegung der Richtung des Ausgangsstromes be-Transduktor-Meßwandler mit
richtungsabhängiger Steuerkennlinie

Anmelder:

Zävody prumyslove automatisace,

närodni podnik, Prag

Vertreter:

Dr.-Ing. U. Knoblauch, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Kühhornshofweg 10

Als Erfinder benannt:
JiH Bädal,
Evzen Tomänek,
Stanislav Undus, Prag

sitzt. In diesem Zusatzgerät wird die an den beiden Arbeitswicklungen des Transduktors abnehmbare Spannung in einem Summentransformator addiert und die so erzeugte Spannung mit einer festen Bezugsspannung in Form der zweiten Harmonischen verglichen. Das Ergebnissignal steuert einen Umschalter, der den in üblicher Weise erzeugten Sekundär-Gleichstrom des Wandlers mit der richtigen Polarität an die Ausgangsklemmen leitet.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Transduktor-Gleichstrommeßwandler anzugeben, der zwar ebenfalls nur mit einem einzigen Transduktor und ohne Verschiebung der Kennlinie arbeitet, der jedoch ohne die Anwendung einer Bezugs- oder Hilfswechselspannung der zweiten Harmonischen sowie mit möglichst einfachem Schaltungsaufwand einen Ausgangsgleichstrom richtiger Polarität abzugeben vermag.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem eingangs erwähnten Transduktor-Gleichstrommeßwandler ausgegangen. Dieser ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitswicklung des Transduktors jeweils über eine Gleichrichteranordnung an die zugeordnete Primärwicklung des Summentransformators angeschlossen ist, daß die Vergleichseinrichtung aus einem Phasendiskriminator besteht und daß als Hilfsspannungsquelle für diese eine über einen primärseitig mit den Transduktor-Arbeitswicklungen in Reihe liegender Stromwandler dient.

Mit Hilfe der Gleichrichter zwischen dem Transduktor und dem Summentransformator wird auf der Sekundärseite des Summentransformators eine Wech-

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Claims (3)

i 250 547 selspannung erzeugt, die die gleiche Frequenz wie der Arbeitswechselstrom des Transduktor hat und seine Phasenlage bei Richtungsänderung des primären Meßstroms um 180° ändert. Infolgedessen kann mit Hilfe der so erzeugten Wechselspannung in dem Phasendiskriminator ein vom Arbeitswechselstrom abgeleiteter Strom gleichzeitig gleichgerichtet und in seiner Polarität festgelegt werden. Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Summentransformator und dem Phasendiskriminator ein Kippverstärker eingeschaltet ist. Der Kippverstärker kann auch durch einen bistabilen Kippkreis ersetzt sein. Auf diese Weise erhalten die Halbwellen der Ausgangsspannung des Summentransformators Rechteckform, und es ergibt sich eine noch genauere Steuerung des Phasendiskriminators. In F i g. 1 der Zeichnung ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Transduktor-Meßwandlers dargestellt, in den Fig. 2a bis 2c der Spannungsverlauf während der Arbeitsperiode dieser Schaltung. Bei einem üblichen Meßtransduktor 1, dessen Arbeitswicklung von einer Wechselspannungsquelle (~) mit Netz- oder höherer Frequenz gespeist wird, wird der Strom in dem Arbeits-Wechselstromkreis mittels eines sogenannten Phasendiskriminators 2 gleichgerichtet. Dieser Phasendiskriminator 2 ist beispielsweise mittels eines Stromtransformators 3 an den Stromkreis angeschlossen. Der gleichgerichtete Strom am Ausgang (+ —, — +) des Phasendiskriminators 2 bildet den eigentlichen Ausgang des Wandlers. Sein Wert ist dem gemessenen Gleichstrom proportional. Die für den Phasendiskriminator notwendige Steuerspannung, wird aus der Spannung an den Wechselstromwicklungen der beiden Sättigungsdrosseln des Transduktors 1 gewonnen. Die an jeder Wicklung dieser beiden Sättigungsdrosseln herrschende Spannung wird mittels der Brückengleichrichter 4 und 5 gleichgerichtet. Dadurch erhält man an dem Ausgang dieser Gleichrichter impulsartige Gleichspannungen mit dem in Fig. 2a dargestellten Verlauf. Die Entstehung derartiger Gleichspannungen und deren Verlauf ist von der Theorie des Transduktorverstärkers mit seriengeschalteten Wicklungen und hoher Impedanz im Steuerkreis bekannt. Die gleichgerichteten Spannungen hinter den Brükkengleichrichtern 5 kann man derart addieren, daß die resultierende Spannung wiederum eine Wechselspannung wird, da die Flächen der beiden durch Gleichrichtung gewonnenen Gleichstromimpulse die gleiche Größe haben. Die Summierung, die z.B. in dem in Fig. 1 im Block 6 dargestellten Summentransformator durchgeführt wird, führt zur Entstehung einer Spannung, deren Verlauf in Fig. 2b dargestellt ist. Diese Wechselspannung wird an den Eingang eines sogenannten Kippverstärkers 7 angelegt, in dem der verzerrte Eingangsspannungsverlauf zu einer Spannung mit rechteckigem Verlauf, wie in F i g. 2 c dargestellt, verwandelt wird. Der Kippverstärker kann z. B. unter Verwendung eines normalen linearen Gleichstromverstärkers (Röhrenhalbleiter- oder Transduktorverstärker) gebildet werden, der durch eine positive Rückkopplung einen Kippcharakter gewinnt Ähnlich kann auch ein bistabiler Kippkreis brauchbar sein. Die rechteckige Austrittsspannung ist für die Steuerung eines Phasendiskriminators 2 geeignet. Die Grundfrequenz dieser Wechselspannung entspricht der Meßtransduktor-Wechselspannung. Die Arbeitsweise der Einrichtung ist derart, daß bei der Richtungsumkehr des gemessenen Gleichstromes eine Spannungsverlaufsänderung an den Wicklungen der beiden Sättigungsdrosseln eintritt. Der durch diese beiden Wicklungen fließende Strom ίο ändert zwar mit Rücksicht auf die Speise-Wechselspannung in dem Wechselstromkreis seine Phase nicht. Es wird jedoch die aus den Wicklungen beider Sättigungsdrosseln gewonnene Phase der Wechselspannung geändert. Diese Phase ändert sich auch bei sehr niedrigen Werten des gemessenen Gleichstromes um 180°. Aus diesem Grund muß der Phasendiskriminator 2 an seinem Ausgang die Spannungspolarität ebenfalls umkehren. Mit Rücksicht darauf, daß die Funktion der Ein- ao richtung auch bei sehr raschen Gleichstromänderungen, die kürzer sind als die Periode der Hilfswechselspannung, aufrechterhalten bleibt, eignet sich die Schaltung als Fühler auch für Regelkreise. Patentansprüche:

1. Transduktor-Meßwandler mit richtungsabhängiger Steuerkennlinie, bestehend aus einem stromsteuernden Reihentransduktor, aus einem Summentransformator mit zwei Primärwicklungen, die jeweils von einer der beiden Ausgangswicklungen des Transduktors gespeist werden, und aus einer die Ausgangsgröße des Transduktor-Meßwandlers liefernden Vergleichseinrichtung mit zwei Steuereingängen, deren einer von der Sekundärwicklung des Summentransformators und dessen anderer von einer die Richtung der Meßwandlerausgangsgröße bestimmenden Hilfswechselspannung beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß jede Arbeitswicklung des Transduktors (1) jeweils über eine Gleichrichteranordnung (4, 5) an die zugeordnete Primärwicklung des Summentransformators (6) angeschlossen ist, daß die Vergleichseinrichtung aus einem Phasendiskriminator (2) besteht und daß als Hilfsspannungsquelle für diesen eine über einen primärseitig mit den Transduktor-Arbeitswicklungen in Reihe liegender Stromwandler (3) dient.

2. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Summentransformator (6) und den Phasendiskriminator (2) ein Kippverstärker (7) geschaltet ist.

3. Meßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Summentransformator (6) und den Phasendiskriminator (2) ein bistabiler Kippkreis geschaltet ist.

Deutsche Patentschrift Nr. 866 066;
Patentschrift Nr. 6 199 des Amtes für Erfindungs- und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands;

österreichische Patentschrift Nr. 208 458;
schweizerische Patentschrift Nr. 325 881;
»AEG-Mitteilungen«, 56 (1965), H. 1, S. 45 bis 52; »Brown, Boverie Mitteilungen«, 47 (1960), S. 769 bis 775.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen