DE2159090A1

DE2159090A1 - Einrichtung zur messung von elektrischen stroemen

Info

Publication number: DE2159090A1
Application number: DE19712159090
Authority: DE
Inventors: Fred Herbig
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-11-29
Filing date: 1971-11-29
Publication date: 1973-05-30

Description

Patentanmeldung, bestehend aus: Beschreibung (Blatt 1 bis 3) Patentabsprüche (Blatt 4) Strommeßwandler dienen der potentialfreien Messung von elektrischen Stömen. Bekannt sind Wechsel- und Gleichstrommeßwandler verschiedenster Bauart.
Wechsels trommeßwandler bestehen ähnlich einem Transformator aus zwei Wicklungen, deren eine Wicklung vom zu messenden Strom durchflossen und deren Wicklung kurzgeschlossen ist. In der kurzgeschlossenon Wicklung fließt ein Strom, der dem zu messenden Strom nahezu proportional ist.
Wegen der endlichen Widerstände der Wicklungen treten Fehler auf, die die Anwendung des Stromwandlers für niedrige Frequenzen und vor allem für Gleichstrom unbrauchbar machen.
Bekannte Gleichstromwandler nach dem Transduktorprinzip stellen hohe Anforderungen an die magnetische Charakteristik des Kernmaterials und haben wegen der notwendigen Ummagnetisierungen der Kerne eine relativ schlechte Dynamik. Weiteren sind sie von ihrem Aufbau her nicht im Stande neben der Stromgröße auch deren Richtung anzugeben. Entsprechender Zusatzeinrichtungen sind jedoch bekannt Die zweite große Gattung der Gleichstromwandler berulit aul einer Messung des von dem zu messenden Strom erzeugten Magnetfeldes. Da die Induktion der Stromstärke proportional ist, kann durch Messung der Induktion auf den in einer Spule fließenden Strom geschlossen werden.
Dieses Meßverfahren hat folgende wesentlichen Nachteile: 1. Von dem zu messenden Strom muß ein Magnetfeld aufgebaut werden, wodurch die Dynamik schlecht und die Rückwirkung auf den zu messenden Strom unnötig groß wird.
2. Nichtlinearitäten desKernmaterials und des Induktionsmessers (z.B.
eines Hallgenerators) gehen voll in den Fehler ein, Die vorliegende Erfindung schaltet diese Nachteile -schlechte Dynamik, große unerwünschte Rückwirkung auf den zu messenden Strom, Einfluß der Nichtlinearitäten, erhöhte magnetische Ansprüche an das Kernmaterialweitgehend aus, indem sie die Vorteile der Wechselstromwandler mit den Vorteilen der nach dem Flußmeßprinzip arbeitenden Gleichstromwandler, ohne jedoch deren Prinzip, nämlich die lineare Flußmessung, zu übernehmen, auf hervorzuhebende Weise kombiniert.
Auf einem Kern (4) (z.B. aus magnetisierbarem Material) sind die Wicklungen (1) und (2) faufgebracht. Die Wicklung haben die Widungszahlen w1 und w2 . Die dritte Wicklung (3)vJird von dem zu messenden Strom i3 durchflossen. Die Wicklung (2) von dem niederohmigen Widerstand R2 nahe zu kurzgeschlossen.
Ändert sich der Strom i3, dann vzird wie bei jedem Wechselstromwandler in der Wicklung (2) eine Spannung induziert, die einen Strom i2 hervorruft, dessen Wirkung der Wirkung des zu messenden Stromes i3 entgegengerichtet ist.
Wegen des Widerstandes R2 und des nicht dargstellten Wicklungswiderstan des baut sich im Luftspalt (5) des Kernes(4) ein Magnetfeld auf, du:; von dem Magnetfeldmesser(6) (z.B. eines Hallgenerators) gemossen wird.
Dieser Meßwert dem externen Regelkreis, bestehend aus dem #-Regler (7), der Summeierstelle(8) , dem d#/at-Regler(9) und dem Leistungsverstärker(lo) zugeführt.
Der Leistungsverstärker (10) prägt in die Wicklung (1) mit der Windungszahl w1 einen Strom i1 ein, der den magnetischen Fluß # auf Null regelt Flußanderungen, die in der Wicklung (2) den Strom i2hervorrufen induzieren auch in der Wicklung (1) eine Spannung, die das Entstehen des Stromes i1 noch unterstützt.
Die Spannungsabfälle an den Widerständen R1 und R2 sind den in den Wicklungen (1) und (2) fließenden Strömen i1 und i2 proportional.
Mit dem Summierer (11) wird eine den Strömen i1 und i2 proportionale Summe gebildet. Bei der in Fig.1 gezeigten Summierung ist die Ausgangsspannung des Summierers (11) der Summe der Ströme i1 und i2 proportional.
Da mit il der magnetische Fluß (id auf Null geregelt wird, und # uur Null sein kann, wenn sie Summe der Durchflutungen (Ströme x Windungs zahlen) Null ist, ist die Ausgangsspannung u des Summierers (11) dem zu messenden Strom i direkt proportional.
3 Die Rückführung der an R2 auftretenden Spannung über die Summierstelle (8) dient der Verbesserung der Dynamik es Regelkreises.
Wesentlich an der vorliegenden Erfindung ist uie Tatsache, daß acr externe Regelkreis lediglich die "Fehler"des Wechselstromwandlers (Wicklung (3) Kern (4) -WIcklung (2) ) auszuregeln hat. Da der Fluß ständig auf iJull geregelt wird, but sich keine magnetische i;nergie auf, welche die Ursache der schlechten Dynamik und der unerwünschten Rückwirkungen herkömmlicher Stromwandler ist. Weiterhin stellen Stromwandler entsprechend der verliegenden Erfindung keinerlei Anforderungen an die Linearität des Meßinstrumentes (6) und des Kernmaterials (4), weil der magnetische Fluß in allen Betriebzuständen auf einen festen Wert (z.B. Null) geregelt wird.

Claims

Patentansprüche:

Einrichtung zur Messung von elektrischen Strömen, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Summe mehrerer Stöme erzeugte magnetische Fluß durch eine zusätzliche externe Regeleinrichtung zu Null geregelt wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei höheren Frequenzen des zu messenden Stromes i3 bereits eine von der externen Regelung unabhängige und selbstätige Regelung des magnetischen Flusses erfolgt.
Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe des durch die externe Regelung erzeugten Stromes i1 und des durch die selbsNätige Regelung erzeugten Stromes i2 gebildet will, die ihrerseits ein Maß des zu messenden Stromes i3 ergibt.
4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalität zwischen der Spannung u und dem Strom i3 auch bei nichtlinearer Magnetisierungskurve des Kernes erhalten bleibt.
5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Proportionalität zwischen der Spannung u dem Strom i3 auch bei nichtlinerer Messung des Magnetfeldes erhalten bleibt.
6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung des regelungsverhaltens die infolge Flußänderungen auftretende Spannung in den Regelkreis eingreift.