DE2224618A1

DE2224618A1 - Elektronischer stromwandler fuer gleich- und wechselstrom

Info

Publication number: DE2224618A1
Application number: DE19722224618
Authority: DE
Inventors: Marcel Etter
Original assignee: Liaisons Electroniques Mecaniques LEM SA
Current assignee: Liaisons Electroniques Mecaniques LEM SA
Priority date: 1972-03-09
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1973-09-20
Also published as: JPS48104034A

Description

Elektronischer Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf einen elektronischen Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem magnetischen Kreis und zwei Wicklungen.
Das Potential eines elektronischen Kreises, der zur Regelung, Steuerung oder Überwachung'eines Starkstromkreises dient, ist von letzterem oft isoliert. Wenn in der Elektronik die Messung eines Stromes mit Gleichstromkomponente oder mit sehr niedriger Frequenz vorgenommen werden muß, ist der herkömmliche, nur von einem Magnetkern und zwei Wicklungen gebildete Stromwandler, der sich bei Wechselstrommessungen bestens bewährt, nicht verwendbar. Für diesen Fall werden im allgemeinen Magnetverstärker oder Zerhacker-Systeme (Chopper-Systeme) empfohlen.
Die Magnetverstärker sind nachteilig, wenn sich die Stromrichtung umkehren muß. Die Zerhacker-Systeme sind kompliziert und bringen bei der Eichung der Messung Schwierigkeiten mit sich, da die Messung vom Wert des Nebenschlußwiderstandes und den Spannungsabfällen im Zerhacker abhängig ist.
Bei einer dritten Möglichkeit ist der Leiter von einem magnetischen Kreis umgeben, der einen Luftspalt aufweist, in dem das durch den Strom induzierte Magnetfeld mitels eines Hall-Generators gemessen wird. Das von diesem Generator gelieferte Signal weist im Gegensatz zu den beiden vorerwähnten, mit Wechselstrom arbeitenden Lösungen keine Wellenlinie auf.
Die Genauigkeit sowie die Temperaturbeständigkeit dieses Signals sind nicht sehr gut und seine Eichung ist schwierig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und einen ausgezeichnet funktionierenden elektronischen Stromwandler einfacher Bauart zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch einen elektronischen Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem magnetischen Kreis und zwei Wicklungen gelöst, der gekennzeichnet ist durch ein auf das Magnetfeld des magnetischen Kreises ansprechendes Element, das ein vom Magnetfeld abhängiges elektrisches Signal liefert, einen durch dieses Signal gesteuerten Verstärker, der eine der beiden Wicklungen in einer solchen Richtung speist, daß diese das das elektrische Signal erzeugende Magnetfeld aufzuheben sucht, wobei eine Strommeßvorrichtung mit der vom Verstärker gespeisten Wicklung in Reihe liegt.
Nachstehend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der schematischen Zeichnung beispielsweise näher beschrieben.
Im dargestellten Beispiel ist das auf das Magnetfeld ansprechende Element 1 ein Hall-Generator, der im Luftspalteines magnetischen Kreises 2 angeordnet ist. Zu diesem magnetischen Kreis gehören die Primärwicklung 3, durch die der zu messende Strom I fließt und die im vorliegenden Beispiel von einer einzigen Windung gebildet wird, sowie die aus N Windungen bestehende Sekundärwicklung 4.
Ein Differentialverstärker 5 wird von einer positiven Stromquelle 6 sowie einer negativen Stromquelle 7 gespeist und sein Eingang ist mit zwei Ausgangspunkten des Hall-Generators verbunden. Letzterer wird über zwei Widerstände 8 und 9 gespeist, die jeweils an die positive bzw. die negative Stromquelle angeschlossen sind. Der Ausgang des Verstärkers 5 liegt an der Sekundärwicklung 4, die mit einem gemeinsamen Punkt 0 der beiden Stromquellen 6, 7 über einen Strommesser 10 und einen Widerstand 11 verbunden ist, an dem die Spannung u die genaue Form des Stromes ergibt.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stromwandlers ist folgende: Wenn der durch den Strom I im magnetischen Kreis 2 erzeugte Kraftfluß nicht durch einen entgegengesetzten, von der Wicklung 4 hervorgerufenen Kraftfluß aufgehoben wird, wobei die Versorgung der letzteren mit Strom durch den Verstärker 5 mit sehr hohem Verstärkungsgrad erfolgt, wird der im Luftspalt des Kerns 2 zirkulierende Restfluß durch den Hall-Generator 1 angezeigt. Das Ausgangssignal dieses Generators, das zwischen den ihn mit dem Eingang des Verstärkers 5 verbindenden Leitungen 12 und 13 gemessen wird, bewirkt eine Erhöhung oder Verringerung des Ausgangsstromes des Verstärkers in einer solchen Richtung, daß der von der Sekundärwicklung erzeugte Kraftfluß denjenigen der Primärwicklung praktisch kompensiert.
Das vom Generator 1 erzeugte Signal ist dann wieder sehr schwach und gleich dem, das zur Erzielung des gewünschten Ausgangsstromes des Verstärkers 5 notwendig ist.
Wenn also der Verstärkungsgrad des Verstärkers 5 sehr hoch und seine Ansprechzeit ziemlich kurz ist, sind die von den beiden Wicklungen 3 und 4 erzeugten Kraftflüsse immer gleich und entgegengesetzt, während der Strom i in der Sekundärwicklung in jedem Augenblick gleich demjenigen der Primärwicklung, nämlich dem Strom I, multipliziert mit dem Verhältnis der Anzahl der Windungen ist. Im dargestellten Beispiel ist der Strom i des Meßkreises gleich I/N.
Wenn der zu messende Strom I ein Gleichstrom ist, dessen Vorzeichen sich nie umkehrt, genügt eine einzige Stromquelle und eine der von den Quellen 6 und 7 gelieferten Spannungen kann aufgehoben werden.
Für den Erfindungsgegenstand können selbstverständlich zahlreiche Ausführungsformen vorgesehen sein; insbesondere könnte der Hall-Generator 1 durch ein anderes, beliebiges, auf dem Magnetfeld im magnetischen Kreis ansprechendes Element, beispielsweise durch Magnet dioden oder magnetisch steuerbare Widerstände, ersetzt werden. Auch die Verwendung einer Vorrichtung zur Messung der Verschiebung eines im Luftspalt angeordneten Magnetstückes könnte in Betracht gezogen werden.
Man könnte auch vorsehen, daß der Strom in der Wicklung 4 um seinen genauen Wert zur Kompensation des durch die Wicklung 3 erzeugten Feldes schwingt, wobei der Mittelwert des Stromes in der Wicklung 4 dann die Messung des Stromes in der Wicklung 3 ergeben würde.
P a t e n t a n s p r ü c h e

Claims

Patentansprüche 1. Elektronischer Stromwandler für Gleich- und Wechselstrom mit einem magnetischen Kreis und zwei Wicklungen, gekennzeichnet durch ein auf das Magnetfeld des magnetischen Kreises (2) ansprechendes Element (1), das ein vom Magnetfeld abhängiges elektrisches Signal liefert, einen durch dieses Signal gesteuerten Verstärker (5), der eine (4) der beiden Wicklungen (3,4) in einer solchen Richtung speist, daß diese das das elektrische Signal erzeugende Magnetfeld aufzuheben sucht, wobei eine Strommeßvorrichtung (10) mit der vom Verstärker (5) gespeisten Wicklung (4) in Reihe liegt.
2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf das Magnetfeld ansprechende Element (1) in einem Luftspalt des magnetischen Kreises (2) angeordnet ist.
3. Stromwandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (1) ein Hall-Generator ist.
4. Stromwandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Hall-Generator von zwei in Reihe liegenden, einen Mittelpunkt (0) aufweisenden Stromquellen (6,7) gespeist wird, wobei der Verstärker (5) ein Differentialverstärker ist, dessen Ausgang mit dem erwähnten Mittelpunkt durch die mit einem Strommesser (10) in Reihe geschaltete Wicklung (4) in Verbindung steht.

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