DE19945576A1 - Optischer Stromwandler - Google Patents

Abstract

Ein Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem stromführenden Leiter umfaßt eine Quelle für polarisiertes Licht, die mit einem Lichtleiter mit hoher Verdet-Konstante verbunden ist, der um den stromführenden Leiter herum gewickelt ist, ein polarisierenden Strahlteiler zur Teilung des Lichtes, der über Lichtleitung mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die aus den Lichtteilen ein stromabhängiges Signal liefert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem stromführenden Leiter. Aus dem Stand der Technik sind solche Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom bekannt, die Sensoren aufweisen. Solche Stromwandler sind wegen der Einkopplung von Störspannungen in ihrer Anwendung auf maximale Stroman­ stiegsgeschwindigkeiten begrenzt.

Es ist ferner bekannt, daß in einigen Materialien bei Einfluß eines Magnetfeldes die Polari­ sationebene von Licht gedreht wird (Faraday-Effekt). Die Effekt wird für Stromwandler des Standes der Technik bisher nicht genutzt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Stromwandler zu schaffen, der einen optischen Effekt, nämlich den Faraday-Effekt, nutzt.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Quelle für polarisiertes Licht, die mit einem Lichtleiter mit hoher Verdet-Konstante verbunden ist, der um den stromführenden Leiter herum gewickelt ist, einen polarisierenden Strahlteiler zur Teilung des Lichtes, der über eine Lichtleitung mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, die aus den Lichtteilen ein stromabhängiges Signal liefert.

Der erfindungsgemäße optische Stromwandler macht sich den Faraday-Effekt und das Durchflutungsgesetz zunutze. In jeder Windung des Lichtleiters mit hoher Verdet- Konstante wird eine Drehung der Polarisationsebene des Lichtes verursacht, die dem elek­ trischen Strom im umschlossenen Leiter proportional ist. Das so beeinflußte Licht wird zur Auswertung weitergeleitet.

Ein solcher optischer Stromwandler kann für besondere Eigenschaften verwendet werden, z. B. einfache Potentialtrennung auch für sehr hohe Spannungen, kleines Volumen und Gewicht, Störunempfindlichkeit der Übertragungsstrecke, große Dynamik (keine Sättigung) und große Bandbreite.

Gemäß Anspruch 2 ist es weiter von Vorteil, daß zwischen dem Strahlteiler und der Aus­ werteeinrichtung auf jeder Lichtleitung ein Stromsensor zur Bildung jeweils eines vorbe­ stimmten Signals für die Auswerteeinrichtung angeordnet ist.

Für die Verarbeitung der Signale ist es vorteilhaft, daß gemäß Anspruch 3 der Strahlteiler das Licht in zwei Teile unterteilt und gemäß Anspruch 4 die Auswerteeinrichtung die beiden Signale aus den Stromsensoren dividiert.

Gemäß Anspruch 5 ist es von Vorteil, daß der stromführende Leiter einen Hinleiter und einen Rückleiter, der als konzentrisches Rohr um den Hinleiter und die Wicklung des Lichtleiters ausgebildet ist, umfaßt. Dadurch ergibt sich eine homogene Magnetfeldteilung im Bereich des Lichtleiters mit Magnetfeldrichtung annähern in Lichtrichtung. Das Verhält­ nis von Stromamplitude zur Drehung der Polarisationsebene ist dadurch frequenz- und stromunabhängig und bewirkt ein lineares Übertragungsverhalten des Stromwandlers.

Ein so aufgebauter Stromwandler kann über Verdet-Konstante und die Anzahl der Windun­ gen des Lichtleiters auf fast beliebige Stromamplituden und Stromanstiegsgeschwindigkei­ ten angepaßt werden. Dabei gibt es keine Begrenzung durch elektromagnetische Beeinflus­ sungen.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Die einzige Figur zeigt schematisch einen optischen Stromwandler ge­ mäß vorliegender Erfindung.

Eine Quelle 1 für polarisiertes Licht ist mit einem Lichtleiter 2 mit hoher Verdet-Konstante verbunden, der um einen stromführenden Leiter 3 herum gewickelt ist. Der stromführende Leiter 3 wird von einem Strom I in Pfeilrichtung durchflossen. Das freie Ende des Lichtlei­ ters 2 ist mit einem polarisierenden Strahlteiler 4 verbunden. Der Strahlteiler 4 teilt in der vorliegenden Ausführungsform den eingehenden Lichtstrahl in zwei Teile. Die zwei Teile des Lichtes werden jeweils über einen Lichtleiter 5 zu einem Lichtsensor 6 geleitet, in wel­ chen ein dem Licht entsprechendes Signal erzeugt wird. Dieses, dem Licht entsprechende, vorbestimmte Signal wird über eine Verbindungsleitung einer Auswerteeinheit 7 zugeführt.

Der polarisierende Strahlteiler 4 teilt das Licht in zwei Anteile, die senkrecht zueinander polarisiert sind. In der Auswerteeinheit 7 werden die Signale der beiden Lichtsensoren 5 dividiert, um so ein stromabhängiges Signal zu erhalten.

Der Rückleiter (nicht dargestellt) des elektrischen Stromes ist als konzentrisches Rohr um den Hinleiter des stromführenden Leiters 3 und die Wicklung des Lichtleiters 2 herum an­ geordnet. Dadurch ergibt sich eine homogene Magnetfeldverteilung im Bereich des Lichtlei­ ters mit Magnetfeldrichtung annähernd in Lichtrichtung.

Claims (5)

1. Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem stromführenden Leiter, gekennzeichnet durch, eine Quelle (1) für polarisiertes Licht, die mit einem Lichtleiter (2) mit hoher Verdet- Konstante verbunden ist, der um den stromführenden Leiter (3) herum gewickelt ist, einen polarisierenden Strahlteiler (4) zur Teilung des Lichtes der über eine Lichtleitung (5) mit einer Auswerteeinrichtung (7) verbunden ist, die aus den Lichtteilen ein stromabhängi­ ges Signal liefert.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Strahlteiler (4) und der Auswerteeinrichtung (7) auf jeder Lichtleitung (5) ein Stromsensor (6) zur Bildung jeweils eines vorbestimmten Signals für die Auswerte­ einrichtung (7) angeordnet ist.

3. Stromwandler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlteiler (4) das Licht in zwei Teile unterteilt.

4. Stromwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinrichtung (7) die beiden Signale aus den Stromsensoren (6) dividiert.

5. Stromwandler nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der stromführende Leiter (3) einen Hinleiter und einen Rückleiter, der als konzentri­ sches Rohr um den Hinleiter und die Wicklung des Lichtleiters (2) ausgebildet ist, umfaßt.