DE1303532B - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fehlcrkoinpensicrten Meßvvandler mit einem von einer dem Übertragiingsfehler entsprechenden Spannung gesteuerten Vcrstär- fa ker. dessen Ausgangskreis in Abhängigkeit von dem crmilleltcn (ibertragungsfehler auf den Meßvvandler einwirkt und bei dem eine von dem Magnetfluß des Meßwandlcr?· abgeleitete Spannung auf den Verstärkereingang einwirkt, während der Vcrstiirkcraiisgam: an ^r'5 den Magnetkreis des Meßvvandlers angekoppelt oiler unmittclbar an einem I laiiptstromkrcis des Meßwandleri. :imros( haltet ist,

Meßwandler oder Meßtransformatoien arbeiten, wenn nicht besondere Sehaiiungsmaßnahinen getrofl'en sind, stets mit einem (ihortragungsfehler. d. h.. sie übertrag·''¹ die Spannungen oder Ströme nicht genau im \'^rnältnis ihrer Wmdungr./ahleii von der Primärseile auf die Sekundärseite. Diese Ahweichungen im Übersetzungsverhältnis sind lastabhängig. Sie rühren von den VVicklungswiderständen, ve in ilen Streuinduktivitäten oder von dem zum Magnetisieren des Eisens de-, Wandlers eiTuiderlichen Strom her und lassen sieh in einen Verhäiinisfehler und einen Phasenfehler aufteilen. Beide Fellleranteile hängen in iiberwiegendem Maße von der sekundären igen Belasuing des Meßwandlers, der Impedanz Z„ ab. Ihr Ausgleich fordert im Falle von Stromwandlern einen Fluß Φ im magnetischen Kreis, der fast proportional Z„ ist. während sich bei Spannungswandler!! ein enisprechender Spannungsabfall . I 1'ergibt, der fast proportional Y₁₁ -= \\7._u ist. Beim Stromwandler hängen die Fehler vom Wert desjenigen Stromes/₀ ab. der zur Erzeugung des Flusses Φ notwendig ist. während besagte Fehler bei einem Spannungswandler vom Wert des Spannungtabfalles I V abhängig sind. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, von außen her eine den Strom /,, oder eine den Spannungsabfali II' ausgleichende elektrische Kraft zu liefern, durcii deren Einwirkung auf den betreffenden Wandler die genannten Fehler beseitigt werden kennen.

Es sind bereits automatische Vorrichtungen zum Verringern des Fehlers eines Meßspannungswandlers bekannt, bei denen in den Sekundärstromkreis Tratisduktoren und Verstärker eingeschaltet sind. Die Fliiinnierung des lastabhängigen über'.ragungsfehlcis erfolgt durch Bildung einer sowohl vom Eaststrom als auch von der Sekundärspannung abhängigen Spanniing. die das Eingangssignal des im Sekundärstromkreis liegenden Transduktor bildet E.r empfängt also seine Steuersignale von einem Übertrager einmal in Abhängigkeit von der I Lohe der jni Meßwandlcr anstehenden Sekundärspannung und zum anderen in Abhängigkeil von der Höhe des Stromes. Da der verwendete Transduktor unmittelbar im Sekundärkreis liegt, muß er den voller. Sekundäislrom steuern, und er muß daher eine beachtliche Leistungsfähigkeit besit/en. Außerdem wird in dic-em lalle der Sjhaltzustand de. Transduktor ν on den .1 ftietreleiien EeIi- !em hceinlUißt. so daß stets nur eine Verringerung der Fehler, nicht aber deren Beseitigung erfolgen kann.

Is ist ebenfalls bekannt, e.iie Kompensation der Eastabhängigkeit eines Spannungswandler vor/imehmen. indem die lastalihangige Spannunir auf den I'riinä¹ kreis rückgekoppelt wird. Diese Kompensation nt berücksichtigt aber nicht die sieh infolge der Sireiivei'liistc und ! nnnagn _ :isiei uiiL's'-erluste de^ Wandlers ergebeiiil·.-!! Nichtlinearitäten und ist daher nicht mit der w iin,cl.en-.vverien < ien iuigl.jit durchführbar.

Es ist ferner eine Vorrichtung bekannt, die zwei primärseitig vom Mauptstrom diirchflossenc Meßwandler verwendet, (lic zusammen die Speisung der Last vornehmen. Die Sckundärspannuni! eines Me(A-Wandlers ist an die I insiangsklcmmcn eines Verstärkers gelegt, dessen Ausgang an die Sckundärklcmmcn des anderen Meßvvandlers angeschaltet ist. Der eine Meßwandler di^nt der Bildung einer Lccrlaiifspannuiig. mit der die Sekundärspannung des belasteten Meßwandlers verglichen wird, um ein Differcn/signal zu crhalten, das nach Betrag und Phase dem aufgetretenen

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JcIiIlT eiii.piichi Lind /ιι dessen kompensation ver- der /um Ausgleich des ί JheisL-1/Lmg-.lchlers hei Hc-

V>endct weiden kann. Hei dics-jr Meßvoniehumg ist es laslting des Wandlers / elf■ ir-iuilifhc Strom /,, llielli.

ledoch unmöglich, einen der Mcßwandler tatsächlich Mit /,, isi die Hela-.iunuMmpei.ian/ und im'i /' eine

,m Leerlauf /li betreiben, so dall die praktische Ver- Nachbildung bezeichnet, die das magnetische Abbild

νirklichiuig des genannien Prinzips nicht die ge- 5 des I raiisl'ormalors darstellt, also einen magnetischen

Vinischte Kompensatioiisgenauigkeil liieiet. Kern mit denselben technischen MeIi₁UIaIeH hat wie

Eine weitere hekaniite fehlerkompensierie Vorrich- der Stromwandler / und zwei Wicklungen .V_;l und

llung besteh! aLis drei Kernen, die sämtlich von der .Y₁' trägt.

Primärwicklung magnetisiert sind. Die Sekundärwick- Der ALb.gleich di-, Übersetzungsfehlers wird beim

lung Limschliel.H einen I laLiptkeni und einen I lill'skern io Aiisl'ührungsbeispie! nach 1- i g. 1 dadurch erreicht,

mit unterschiedlichen Windungs/ahlen. und an einer dall an den MeIIwaiidier T sowohl der Eingangskreis

weiteren Wicklung wird am Hilfskern eine Spannung des Verstärkers .·( über eine Wicklung .V₁ als auch der

erzeugt, die in einem Kompensator verarheitet wird. Ausgangskreis des Verstärkers.I über eine Wicklung Λ ,

Der Kompensator wirkt seinerseits über ein·: /u·^·/- angekoppelt ist und dall diese induktiven Kopplungs-

liche Wicklung au! den I laupikern ein. um d.-s;en !i- 15 elemente an gleichartige induktive Kopplungsele-

duktions/Listand entsprechend der sekundärseiiigen meine .V₁' Lind .V₁' in der erfindiingsgemälfcn Weise

Belastung zu korrigieren. Auch bei einer derartigen angekoppelt sind. Dadurch wird der \on der veränder-

Schaltung erfolgt lediglich eine Verringerung aber keine liehen Belastungsimpedan/ Z₁₁ abhängige Dehler des

BeseitigLing des auftretenden Fehlers. Die damit erziel- Meßwandlers T kompensier'

baren Genauigkeiten sind für siele meßiechnisehe 20 Der Meßwandler T ist em Stromwandler, und das

Anwendungen unzureichend. Übersetzungsverhäiinis entspricnt bekanntlich nur bei

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es. einen Leerlauf dem Zahlenverhältnis der Windungen an den

fehlerkompensierien Meßwandler zu schaffen, der das beiden Wicklungen .V₁ und .V... Bei Belastung ändert

INennübertiagungs'.erhältnis bei Veränderung der Be- J.-r zur Magnetisierung erforderliche Strom dieses

lailung mit großer Genauigkeit beibehält und bei dem 25 Zahlenverhälinis. wodurch der Fehler entsteht. Die

tier Verstärker nicht unmittelbar im Sekundärstrom- beiden zusätzlich vorgesehenen Wicklungen .V_;i und .Y,

!kreis liegt, so daß die benötigte Verstärkerleistung im brauchen zwar grundsätzlich nicht die gleiche Win-

Vergleich zur Nennleistung des Mcl.Kvandlers gering dungszahl zu haben, sollten jedoch zum besseren Ver-

ist. Diese Aufgabe wird bei einem Meßwandler der ständnis von F i g. 1 der Bedingung genügen

eingangs genannten Art eri'mdungsgeniäß dadiircn ge- 30 γ __ ^, __. _yy

löst. daß der Verstärkerausgang unmittelbar über ein "

induktives Kopplungselement auf den Verstärker- Was das Verhalten des Eisenkerns betrifft, ist '/'

eingang gegengckoppelt ist und daß dieses induktive eine sogenannte magnetische Nachbildung des MeIl-

Kopphmgselement das gleiche spannungs- oder strom- wandlers T. Im einfachsten Teil nach F i g. 1 ist diese

abhängige Übertragungsverhalten besitzt wie derjenige 35 Nachbildung 7" grundsätzlich identisch ausgeführt

Kupplungsteil des Meßwandlers, der den Fehler ver- wie der Viagnet kern des Mellwardlers T. Desgleichen

Lirsacht. kann zli Vereinfachung auch

Hei dem erfmcluiig'.gemäßen fehlerkompensierten

Meßwaiullci" werden die bei Meßwandlcrn normaler- ^':i' --" Λ'-ι' = ^;A|r:i -^i ^J ^2

weise das Meßergebnis \erfälschenden Störgrößen 40 sein.

nachgebildet. Derartige Störgrößen sind z. B. die Wick- Der Fehler des Sekundärstn.mes wird mit der

lungswideistände und die Streuinduktivität oder der Schaltung nach Fig. 1 praktisch ausgelöscht, weil der

magneiisierenue Strom zum Magnetisieren des Fisen- Verstärker A zwar im Leerlauf des Meßwandlers '/

kerns. Derartige im Frsatzschaltbildscincs Mcßwandlers diesen nicht beeinflußt, jedoch bei Belastung die not-

als likiive Hauelemen'.e berücksichtigte Größen können 45 wendige Fnergic zusätzlich hefen, um die Magneli-

ί in der Nachbildung eingesetzt werden, es ist aber auch sierung des Kerns des Mcßwandlers T aufrcehl-

.iiöglicli, das magnetische Verhalten des Mcllwandlers zucrhaltcn. Der Verstärker A ergänzt also diejenige

durch einen zweckmäßig bespülten F.iscnkern mit im Magnetisierung dos belasteten Meßwandlers T. die

wesentlichen den gleichen Γ-im '.ilen nachzubilden. /.um Ausgleich erforderlich ist und über gleichartige

f In der Zeichnung sim! uix-i Ausführungsbcispielc 5" Kopplungsclemente vom unbelasteten Magnetkern

des crlindiingsgcmällen Meßwandlers in FOim von der Nachbildung 7" abgeleitet wird. Wenn beispiels-

f Schaltbildern dargestellt. Die betreffenden Ströme / weise ein Stromwandler für 200 VA im Belastungsfall

und Spannungen Γ sind mit eingezeichnet. Die über einen Überiragungsfchlcr von 1" „ hat, dann muß die

* den Wicklungen eingetragenen ['unkte dienen zur Mar- eiTmdunjsgcmäßc Vorrichtung zum Ausgleich des

! kierung der Phasenlage. Im einzelnen zeigt 55 Übersetzungsfehlers nur eine Leistung von 4 VA

I i g. 1 einen Stromwandler nach tier FiTmdung. liefern.

F i g. 2 eine vereinfachte Ausfülmingsform eines Fs ist auch ohne weiteres ersichtlich, daß die Nach-

Stromwiindlers und bildung T' keineswegs notwendigerweise identisch mit

F i g. 3einen Spannung.'.vandlcrnach der Erfindung. dem Mcßvvandler 7'ausgebildet werden muß. Es reicht

In F i g. 1 ist das Schaltschcma einer Vorrichtung 60 vielmehr aus, wenn das Material der beiden magne-

dargcstcllt. dir nach dem erfindungsgcmäßcn Prinzip tischen Kc: n.e die gleiche Charakteristik hat.

/um automatischen Ausgleich der Fehler eines Meß- Auf diese Weise wird stets derjenige Strom über die

wandlers T des Sti nines/, mit der Spannung Γ, dient. Ankopplungswicklung /V₁ auf den Meßwandler 7'über-

Dcr Stromwandler /ist mit vier Wicklungen versehen. tragen, der im Belastungsfallc den durch den crfordcr-

vvohci /V₁ und /V₂ die Primär- bzw. die Sekundärwick- 65 liehen Strom zur Erzeugung des magnetischen Flusses

lung bezeichnen, während ,V₃ eine Hilfswicklung zur entstandenen Fehler ausgleicht. Man braucht also mir

Entnahme einer dem FHi(I Φ proportionalen Spannung einen vergleichsweise sehr geringen Energiebetrag zum

und Λ', eine weitere Hilfswicklung ist. durch welche Fehlerausgleich aufzubringen und die crfindungs-

ce mä (Ju \"orrichliinsi kanu bei ausreichend hohem \ erstärkungsgrad den (berset/imgsfehler weitgehend kompensieren.

Grundsätzlich wichtig ist die Verwendung einer Nachbildung derselben Art lies l.lements. das den fehler verursacht. Im Falle der I i g. 1 und 2 ist das Llemcnt ein Magnetkern und im Falle des noch /u beschreibenden Beispiels gemäß F i g. 3 ist es eine Impedanz. Man muß also im beschriebenen Falle zu F i g. 1 beachten, daß den Wicklungen /V₃. /V₁ nachgebildete Wicklungen /V₃' und /V₄' in gleicher Weise an die Nachbildung T des Meßwandlers angekoppelt und zwecks Rückkopplung gegensinnig angeschaltet sind.

Die Funktion der vorgeschlagenen magnetischen Nachbildung 7" ist wesentlich, sie ermöglicht es. in die Wicklung /V, genau den Strom /'„ zu senden, der bei gegebenen Leistungsbedingungen erforderlich ist. Der Verstärker A ist mit Transistoren oder Elektronenröhren ausgerüstet und wird, wie in F i g. 1 angedeutet, vom Netz gespeist. Wenn die Eingangsspannung V\ des Verstärkers A auf die Ausgangsspannung y„ verstärkt wird, dann liefert dieser an seinem Ausgang die notwendige Leistung, um die Nachbildung T' sowie den Stromwandler T derart zu magnetisieren, daß dieser infolge der von der Belastungsimpedanz z« aufgenommenen Leistung keinen Übersetzungsfehler aufweist.

In F i g. 2 ist das Schema des zweiten Ausführungsbeispiels dargestellt, das zum automatischen Ausgleich der Übersetzungsfehler eines gleichartigen Stromwandlers T dient, der nur die beiden Wicklungen .V, und /V₂ trägt. Gleiche Schaltelemente sind in F i g. 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in Fig. 1. Dabei ist wieder T' das magnetische Bild oder die Nachbildung des Meßwandlers T. A ein Verstärker und Zu die Belastungsimpedanz.

Der Ausgleich des Übersetzungsfehlers wird beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 dadurch erzielt, daß die Eingangsspannung V\ und die Ausgangsspannung V₁₁ des Verstärkers A einpolig mit der Sekundärspannung K₂ des Stromwandlers Tauf gleichem Potential liegen und zur Ankopplung der beiden Verstärkerkreise der Mittelabgriff zwischen den beiden die gleiche Windungszahl aufweisenden Wicklungen .V₃' und /V₄' verwendet ist. die auf eine Nachbildung T' des Meßwandlers T aufgewickelt sind. Dieses Ausführimesheispiel ermöglicht in vorteilhafter Weise die Anwendung des erfmdungsgemäßen Gedankens zur Verwirklichung an bereits fertigen Stromwandlern.

F i 2. 3 zeigt schließlich das Schema einer Vorrichtung, die den Frfmdunsssedanken zum automatischen U'-L'K-H h cine> Spannungswandler·, / verwirklicht, der /wei Wicklungen trügt. Der I bersel/iincsfehler wird bei diesem Wandler dadurch ausgeglichen, daß im SektmdärstrnmkreiN des Spannungswandler-; / Λ eine, dessen Kur/schlußimpedan/ nachgebildete. Impedanz/, angeordnet und in ll'niercinanderschaitung mit einer Kopplungsimpedan/ /., mit dem I ingangskreis des Verstärkers A verbunden ist. und daü die gleiche Kopplungsimpedanz Z₂ zugleich im Ausgangskreis des Verstärkers A liegt, der sich über eine ähnliche Impedanz Z_x schließt, so daß eine bei Stromaufnahme durch den Lustwiderstand z« an der Nachbildungsimpedanz Z_x erzeugte Gegen-EMK in der gemeinsamen Kopplungsimpedanz/?., durch eine EMK ausgeglichen wird, welche der zuerst genannten fast gleich an Größe ist und eine entgegengesetzte Phase hat. so daß der Eingang des Verstärkers A fast ohne Spannung bleibt, während die EMK in der ähnlichen Impedanz Z₁. welche derjenigen in der Kopplungsimpedanz Zi gleich ist. den Spannungsabfall an der inneren Impedanz des Spannungswandlers 7" ausgleicht (Fig. 3). Wenn also die Impedanz Zj vom Leistungsstrom durchflossen wird, entsteht an ihr ein Spannungsabfall, der dem ρ'«gangs mit V bezeichneten Spannungs-

»5 abfall entspricht, der von der inneren Impedanz des Spannungswandlers Γ herrührt. Aus F i g. 3 ist damit ersichtlich, daß die besagte Impedanz i\ die gleiche Rolle spielt wie die magnetische Nachbildung T nach F i g. 1 oder 2. Das entsprechende gilt für die Beziehung der beiden Impedanzen i\ und Z₂- die die gleichen Werte haben. A'ich beim dritten Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird also die Wirkung der von der Belastungsimpedanz Z_n -· 11 Y_n aufgenommenen Leistung auf den Übersetzungsfehler in der beschriebenen Weise durch den Verstärker A ausgeglichen:

Der Verstärker A liefert an seinem Ausgang mit der Spannung v_u diejenige elektromotorische Kraft, die für den Ausgleich des Spannungsabfalles an der Impedanz Zi und !gleichzeitig auch zum Ausgleich des inneren Spannungsabfalls im Spannungswandler Γ erforderlich ist. so- daß die von der Primärspannung K₁ herrührende unii eingangs erläuterte Ausgangsspannung an der Belaütungsimpedanz praktisch keinen FehleT aufweist.

Wie die Schaltbilder nach F i g. 2 und 3 im Vergleich zur Vorrichtung nach F i g. 1 zeigen, läßt sich de< Erfindirngsgcdanke nicht nur durch im einzelnen verschiedene Schaltungen verwirklichen, sondern voi allem durch solche Schaltungen, die sich in einfache) Weise an bereits vorhandenen Meßwandlern nach iräslich anbringen lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Fehlerkoinpensierier MeIUsandler mit einem \nn einer dem Ühenragungsfehler entsprechenden Spannung gesteuerter Verstärker, dessen Ausgangskreis in Abhängigkeit von dem ermittelten fiberiragungsiehler auf den Meßvvandler einwirkt und bei dem eine von dem Magnetfluß des MeLUvandlers abgeleitete Spannung auf den Verstärkereingang einwirkt, während der Verstärkerausgang an den Magnetkreis des Meßwandlers angekoppelt oder unmittelbar an einen Hauptstromkreis des Meßwandleis angeschaltet ist. dadurch gekenn / e i c h η e t . daß der Verstärkerausgang unmittelbar über ein induktives Kupplungselement (7"'. Z₁) auf den Verstärkereingang gegengekoppe'.i ist. und daß dieses induktive Kupplungselement das gleiche spamnngs- oder stromabhängige Übertragungsverhalten besitzt wie derjenige Kopplungsteil KT. Z₁) des Meßvvandlers. der den Fehler verursacht.

2. Strommeßwandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangskreis des Verstärkeis (.-1) an eine zusätzliche Wicklung (Λ'_:ι) des Meßvvandlers (T) und der Ausgangskreis an eine reitere zusätzliche Wicklung (.V₁) des Meßwandlers angeschlossen ist. und daß den zusätzlichen Wicklungen nachgebildete Wicklungen (AV. Λ',') zueinander gegensinnig an eine Nachbildung (7") des Meßvvandlers angekoppelt siiid.

3. Strommeßwandler nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet. daß die Sekundärwicklung (.V₂) des Meßwandlers (7) gleichzeitig im Eingangskreis und in Ausgangskreis des Verstärkers (.-I) liegt, daß ein I nde der Sekundärwicklung (.V₂) mi; einer Ausgangsklemme und einer Eingangsklemme des Verstärkers (. I) verbunden ist und d'.iß das andere Ende der Sekundärwicklung am Abgriff einer Spulcnvvicklung liegt, deren eine, Ende mit der «0 freien Klemme des Vcrstärkercing.mgs und deren anderes Ende mit der freien Klemme des Verstärker,nisgangverbunden ist.

4. Spannungswandler nach Anspruch 1. dadurch irekennzeichr M. daß im Sekuiulärstromkrcis eines .1." SpannunL'sw^ndlers (7₂) eine dessen Kurzschlußimpedan/ nachgebildete Imped,, \/ (/·,) angeordnet ist Mild m Serie mit einer Kopplungsimpedan' (/J im Eingangskreis d·-. Verstärkers (.■!) liegt und daß die Kopplungsinip, Jan/ in Reihe mit einer ahn- .v> lichen Impeilaii/(/,) im \iis",mgskreis de-. \ erstärke; (.Ii liegt.