DE2329254A1

DE2329254A1 - CURRENT CONVERTER WITH ACTIVE LOAD SHUTTER

Info

Publication number: DE2329254A1
Application number: DE19732329254
Authority: DE
Inventors: Miran Milkovic
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1972-06-14
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-01-03
Also published as: CH564836A5; BR7307379D0; JPS5620684B2; JPS4956122A

Description

Stromwandler mit aktivem Lastabschluß Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit von Instrumentenwandlern und insbesondere auf die Zusammenfassung eines Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers mit einem Stromwandler zu dem Zweck, den Stromtransformator mit einem aktiven Last- bzw. Bürdenelement abzuschließen, das den Wandler virtuell kurzschließt, während trotzdem für eine Ausgangsspannung gesorgt wird, die dem interessierenden Wandlerstrom proportional ist. Current transformer with active load termination The invention relates to generally to improvements in instrument transducer performance and in particular to the summary of a counter-resistance amplifier with a current transformer for the purpose of connecting the current transformer with an active load or load element to complete, which virtually short-circuits the converter while Nevertheless, an output voltage is provided that corresponds to the converter current of interest is proportional.

Idealerweise würde ein Instrumenten-Stromwandler mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung arbeiten. Dies würde jedoch bedeuten, daß die Spannung über der Sekundärwicklung null sein würde, und es würde üblicherweise für die Sekundärwicklung nicht möglich sein, eine Ausgangsspannung zu liefern, die dem Strom in der Primärwicklung proportional ist; hierbei ist die Ausgangsspannung beispielsweise für Meßzwecke erforderlich.Ideally, an instrument current transformer would be shorted with Secondary winding work. However, this would mean that the voltage above the Secondary winding would be zero, and it would usually be for the secondary winding not be able to provide an output voltage that matches the current in the primary winding is proportional; here the output voltage is for example for measuring purposes necessary.

Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Instrumenten-Stromwandler zu schaffen, der mit einer scheinbar oder virtuell kurzgeschlossenen Sekundärwicklung arbeitet, während trotzdem eine Ausgangsspannung, die aufgrund seines endlichen Sekundärstromes entwickelt wird, abgegeben wird; diese Ausgangsspannung soll dem Strom in der Primärwicklung des Stromwandlers proportional sein.An object of the invention is to provide a Instrument current transformer to create the one with an apparently or virtually short-circuited Secondary winding works while still having an output voltage due to its finite secondary current is developed, is given off; this output voltage should be proportional to the current in the primary winding of the current transformer.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine wesentliche Reduzierung der erforderlichen Scheinleistungen von Instrumentenwandlern herbeizuführen.Another object of the invention is to provide an essential To bring about reduction of the required apparent powers of instrument converters.

Erfindungsgemäß wird, kurz gesagt, die stromführende Sekundärwicklung eines Transformators durch ein aktives Lastelement abgeschlossen, wie beispielsweise ein Gegen-Wirkwiderstandsverstärker, der die Sekundärwicklung des Wandlers virtuell kurzschließt aufgrund der sehr kleinen Eingangsimpedanz des aktiven Last- bzw. Bürdenelementes. Paradoxerweise wird, obwohl die Sekundärwicklung virtuell kurzgeschlossen ist, ihr endlicher Sekundärstrom von dem aktiven Lastelement dazu verwendet, eine Ausgangsspannung zu entwickeln, die dem Strom in der Primärwicklung des Wandlers proportional ist.According to the invention, in short, the current-carrying secondary winding of a transformer terminated by an active load element, such as a counter-resistance amplifier that virtually runs the secondary winding of the converter short-circuits due to the very low input impedance of the active load or burden element. Paradoxically, although the secondary winding is virtually short-circuited, you will finite secondary current from the active load element used to produce an output voltage to develop which is proportional to the current in the primary winding of the converter.

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung eines Geger.-Wirkwiderstandsverstärkers (transresistance amplifier) zum Abschluß der Sekundärwicklung eines Instrumenten-Stromwandlers.A feature of the present invention is the use of a Transresistance amplifier to terminate the secondary winding an instrument current transformer.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Verwendung von Phasenverschiebungsmitteln, wie beispielsweise einem invertierenden Operationsverstärker oder einer äquivalenten Vorrichtung, in Verbindung mit einem Gegen-Wirkwiderstandsverstärker, so daß wenigstens Paare von Ausgangsspannungen, die dem Primärstrom proportional sind, entwickelt werden können; die Ausgangsspannungen sind in bezug aufeinander phasenverschoben.Another feature of the invention is the use of phase shifting means, such as an inverting one Operational amplifier or an equivalent device, in connection with a counter-effective resistance amplifier, so that at least pairs of output voltages proportional to the primary current are, can be developed; the output voltages are related to each other out of phase.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der beigefügten Zeichnung verschiedener Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention will now be based on further features and advantages the following description and the accompanying drawings of various exemplary embodiments explained in more detail.

Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Erfindung und zeigt einen Inst-rumenten-Stromwandler, der mit einem Gegen-Wirkwiderstandsverstärker abgeschlossen ist.Figure 1 is a schematic representation of the invention and shows an instrument current transformer with a counter-effective resistance amplifier is completed.

Figur 2 ist eine schematische Darstellung und zeigt den in Figur 1 gezeigten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker mit mehr Einzelheiten.FIG. 2 is a schematic representation and shows that in FIG Counter-resistance amplifier shown in more detail.

Figur 3 ist eine schematische Darstellung ähnlich der in Figur 1 gezeigten, außer daß der Stromwandler durch eine ideale Stromquelle ersetzt worden ist.Figure 3 is a schematic representation similar to that shown in Figure 1, except that the current transformer has been replaced with an ideal current source.

Figur 4 ist eine Reproduktion von Oszillogrammen und zeigt die verschiedenen Amplituden und Phasenrelationen unter dem Sekundärstrom Is, der Spannung Vs am Eingang des Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers und der Ausgangsspannung Vo dieses Verstärkers.Figure 4 is a reproduction of oscillograms showing the various Amplitudes and phase relations under the secondary current Is, the voltage Vs at the input of the counter-effective resistance amplifier and the output voltage Vo of this amplifier.

Figur 5 ist eine Reproduktion eines Oszillogramms und zeigt die Amplituden- und Phasenrelationen unter dem Strom If in einem Rückkopplungswiderstand Rf, einer Spannung Vs am Eingang des Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers und einer Ausgangsspannung Vo, die von diesem Verstärker geliefert wird.Figure 5 is a reproduction of an oscillogram and shows the amplitude and phase relations among the current If in a feedback resistor Rf, one Voltage Vs at the input of the counter-effective resistance amplifier and an output voltage Vo supplied by this amplifier.

Figur 6 ist eine weitere schematische Darstellung und zeigt einen Transistor und einen zusätzlichen Ausgangskoppelwandler zur Abgabe einer Ausgangsspannung Vol, die von jeder Gleichstromkomponente frei ist.Figure 6 is another schematic illustration showing one Transistor and an additional output coupling converter for outputting an output voltage Vol, which is free of any DC component.

Figur 7 ist eine schematische Darstellung des Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers mit einer Schutzeinrichtung für transiente Spannungen; diese Einrichtung schützt auch den Stromwandler davor, im Leerlauf betrieben zu werden, und zusätzlich halten die Dioden 40, 40 einen Summierpunkt S auf einer Spannung von + 0,7 Volt, falls der Verstärker 24 übersteuert wird.Figure 7 is a schematic representation of the counter-resistance amplifier with a protection device for transient voltages; this facility protects also keep the current transformer from being operated in no-load operation, and additionally keep it the diodes 40, 40 have a summing point S at a voltage of + 0.7 volts, if the amplifier 24 is overdriven.

Figur 8 ist eine weitere schematische Darstellung und zeigt einen invertierenden Operationsverstärker, der mit dem Ausgang des Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers gemäß Figur 1 gekoppelt ist.Figure 8 is another schematic illustration showing one inverting operational amplifier connected to the output of the counter-resistive amplifier is coupled according to Figure 1.

Diese Anordnung ist nützlich, um zwei Ausgangsspannungen zu liefern, die zueinander um 1800 phasenverschoben sind.This arrangement is useful to provide two output voltages, which are out of phase with each other by 1800.

Figur 9 ist eine schematische Darstellung und zeigt einen zusätzlichen Transistor 38' und einen Ausgangswandlertransformator 32', der mit dem Ausgang des Gege-Wirkwiderstandsverstärkers gekoppelt ist, um ein Ausgangsspannungspaar zu liefern, bei dem die Spannungen um 1800 phasenverschoben sind.FIG. 9 is a schematic representation and shows an additional one Transistor 38 'and an output converter transformer 32' connected to the output of the Gege resistor amplifier is coupled to provide an output voltage pair, in which the voltages are out of phase by 1800.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der schematischen Darstellung gemäß Figur 1 gezeigt, worin ein insgesamt mit der Bezugsziffer 20 versehener Gegen-Wirkwiderstandsverstärker mit dem Ausgang eines Instrumentenstromwandlers gekoppelt ist, der insgesamt mit der Bezugszahl 22 versehen ist. Allgemein ist der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker (transresistance amplifier) 20 ein Verstärker, der eine zum Eingangsstrom proportionale Ausgangsspannung liefert. Gemäß der vorliegenden Erfindung dient der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker 20 als eine aktive Last bzw. Bürde für den Stromtransformator 22. Der Gegen-Widerstandsverstärker 20 stellt eine sehr kleine Eingangsimpedanz für den Ausgang des Stromwandlers 22 dar, so daß die Sekundärwicklung des Stromwandlers 22 virtuell (scheinbar) kurzgeschlossen ist. Somit arbeitet der Stromwandler 22 unter idealen Bedingungen (Kurzschluß), während der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker 20 ein proportionales Spannungssignal entwickelt, das u. a. zu Meßzwecken verwendet werden kann.An embodiment of the invention is shown in the schematic shown in accordance with Figure 1, wherein a total provided with the reference numeral 20 counter-active resistance amplifier is coupled to the output of an instrument current transformer, the total with the reference number 22 is provided. General is the counter-resistance amplifier (transresistance amplifier) 20 an amplifier which is proportional to the input current Output voltage supplies. According to the present invention, the counter-resistance amplifier is used 20 as an active load for the current transformer 22. The counter-resistance amplifier 20 represents a very small input impedance for the output of the current transformer 22 so that the secondary winding of the current transformer 22 is virtually (apparently) short-circuited is. Thus, the current transformer 22 works under ideal conditions (short circuit), while the counter-resistance amplifier 20 provides a proportional voltage signal developed, which inter alia. can be used for measurement purposes.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, enthält der Stromwandler 22 eine Primärwicklung Wp mit Np Windungen und eine Sekundärwicklung Ws mit Ns Windungen. Beide Wicklungen sind magnetisch gekoppelt mit einem Kern aus geeignetem Magnetmaterial. Wie aus Figur 1 hervorgeht, ist die Primärwicklung Wp in Reihe geschaltet mit einem Leiter, der einen Strom Ip führt. Die Sekundärwicklung Ws führt einen Strom Is. Für den Stromwandler 22 sind die Beziehungen unter Ip, Is, Np und Ns wie folgt: K = Ns/Np (Gleichung 1) Is = Ip/K (Gleichung 2) Der Gegen-Widerstandsverstärker 20 wird von einem Operationsverstärker 24 gebildet. In Figur 1 ist der Operationsverstärker 24 mit zwei Eingangsklemmen versehen, die mit - und + Zeichen versehen sind. Die Minusklemme ist eine invertierende Eingangsklemme und die Plusklemme ist eine nicht-invertierende Eingangsklemme.As shown in Figure 1, the power converter 22 includes a primary winding Wp with Np turns and a secondary winding Ws with Ns turns. Both windings are magnetically coupled with a core made of suitable magnetic material. How out Figure 1 shows that the primary winding Wp is connected in series with a conductor, which carries a current Ip. The secondary winding Ws carries a current Is. For the Current transformer 22, the relationships among Ip, Is, Np and Ns are as follows: K = Ns / Np (Equation 1) Is = Ip / K (Equation 2) The counter-resistance amplifier 20 is from an operational amplifier 24 is formed. In Figure 1 is the operational amplifier 24 with two input terminals, which are marked with - and + signs. the The minus terminal is an inverting input terminal and the plus terminal is a non-inverting one Input terminal.

Zusätzlich ist der Operations verstärker 24 mit einer Ausgangsklemme 26 versehen. Wie weiterhin in Figur 1 gezeigt ist, ist ein Rückkopplungswiderstand Rf dem Operationsverstärker 24 zwischen einem Summierpunkt S und einem Knotenpunkt M parallel geschaltet.In addition, the operational amplifier 24 is provided with an output terminal 26 provided. As further shown in Figure 1, there is a feedback resistor Rf the operational amplifier 24 between a summing point S and a node M connected in parallel.

Der Knotenpunkt M befindet sich auf einem gemeinsamen Potential mit der Ausgangsklemme 26, und der Summierpunkt S befindet sich auf dem gleichen Potential wie die invertierende Eingangsklemme (-) des Operationsverstärkers 24. Weiterhin ist, wie in Figur 1 gezeigt ist, die nicht-invertierende Eingangsklemme (+) des Operationsverstärkers 24 mit einem Knotenpunkt G verbunden, der sich auf dem gleichen Potential befindet, wie eine weitere Ausgangsklemme 28 des Gegen-Wirkwiderstandsverstärkers 20.The node M is at a common potential with the output terminal 26, and the summing point S is at the same potential like the inverting input terminal (-) of operational amplifier 24. Furthermore is, as shown in Figure 1, the non-inverting input terminal (+) of the Operational amplifier 24 connected to a node G, which is on the same Potential is, like another output terminal 28 of the counter-effective resistance amplifier 20th

Der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker 20 ist mit näheren Einzelheiten in Figur 2 gezeigt. In dem dargestellten Beispiel gemäß Figur 2 ist der Operationsverstärker 24 als der Hochleistungs-Operationsverstärker /uA741 angegeben, der von der Fairchild Semiconductor, einer Abteilung der Fairchild Camera Instrument Corporation, 313 Fairchild Drive, Mountain View, California, hergestellt wird. Der Operationsverstärker /uA741 von Fairchild ist eine integrierte Schaltung. Ein Anschlußbild (von oben) dafür ist in Figur 2 gezeigt. Die in Klammern gesetzten Zahlen, wie beispielsweise (1), (2),.......(8), bezeichnen die tatsächlichen Stift anschlüsse auf dem Operationsverstärker /uA741 der Firma Fairchild, d. h. dem Operationsverstärker, der auch hier durch die Bezugszahl 24 in den Figuren 1, 2 und anderen Stellen bezeichnet ist. Wie in Figur 2 angegeben ist, ist eine Gleichspannungsquelle (15 Volt) Vee zwischen den Stift 4 und einen Knotenpunkt geschaltet, der sich auf einem gemeinsamen Potential mit dem Knotenpunkt G befindet. Weiterhin ist eine andere Gleichspannungsquelle (15 Volt) Vcc zwischen den Stift 7 und einen Referenz-Knotenpunkt geschaltet, der mit dem Knotenpunkt G zusammenfällt.The counter-resistance amplifier 20 is in greater detail shown in FIG. In the example shown in FIG. 2, the operational amplifier is 24 specified as the high performance operational amplifier / uA741 made by the Fairchild Semiconductor, a division of Fairchild Camera Instrument Corporation, 313 Fairchild Drive, Mountain View, California. The operational amplifier / uA741 is from Fairchild an integrated circuit. A connection diagram (from above) for this is shown in FIG. The numbers in parentheses, such as (1), (2), ....... (8), denote the actual pin connections on the operational amplifier / uA741 from Fairchild, d. H. the op amp, which also goes through here the reference number 24 is indicated in Figures 1, 2 and other locations. As in Referring to Figure 2, there is a DC voltage source (15 volts) Vee between the Pin 4 and a node connected, which are at a common potential with the node G is located. There is also another DC voltage source (15 volts) Vcc connected between pin 7 and a reference node, the coincides with the node G.

Die Spannungsquellen Vee und Vcc sind mit den Stiften 4 und 7 verbunden, so daß sich der Stift (4) auf der Spannung -15 Volt und der Stift (7) auf der Spannung +15 Volt befindet. Weiterhin ist in Figur 2 gezeigt, daß ein Potentiometer P zwischen die Stifte (1) und (5) geschaltet ist. Das Potentiometer P weist einen Spannungswählschleifer auf, der mit dem Stift (4) verbunden ist, der sich auf einem Potential von -15 Volt befindet. Das Potentiometer P weist einen Nennwiderstand von 10 Kiloohm auf. Der Schieber auf dem Potentiometer P ist einstellbar, um für entsprechende Nullabgleichspannungen für den Operationsverstärker 24 zu sorgen.The voltage sources Vee and Vcc are connected to pins 4 and 7, so that the pin (4) is on the voltage -15 volts and the pin (7) on the voltage +15 volts. Furthermore, it is shown in Figure 2 that a potentiometer P between the pins (1) and (5) is switched. The potentiometer P has a voltage selector wiper which is connected to pin (4), which is at a potential of -15 volts is located. The potentiometer P has a nominal resistance of 10 kilohms. Of the Slider on potentiometer P is adjustable in order for appropriate zero adjustment voltages to take care of the operational amplifier 24.

Das in Rede stehende Funktionsprinzip wird im folgenden anhand der Figuren 1 und 3 erläutert. In Figur 3 ist zu Analysezwecken der Stromtransformator 22 gemäß Figur 1 durch eine ideale Stromquelle ersetzt, die in angegebener Weise einen Strom Is = Ip/K (Gleichung 2) und einen Widerstand Rs liefert, der der idealen Stromquelle parallel geschaltet ist. Der Widerstand Rs stellt die Wechselstrom-Ausgangsimpedanz des Stromtransformators 22 dar. Der Operationsverstärker 24 weist eine Leerlaufverstärkung (open loop 4 gain) Ao auf, die größer als 10 ist. Der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker 20 weist einen sehr kleinen Eingangswiderstand Ri auf, der durch die fplgende Näherung ausgedrückt werden kann: Ri s Rf/Ao (GleiChung 3) Allgemein weist der Gegen-Widers tands verstärker 20 eine kleine Eingangsimpedanz Zi auf, die durch die folgende Näherung ausgedrückt werden kann Zi # Zf/Ao (Gleichung 3a) worin Zf eine Rückkopplungsimpedanz darstellt, die zwischen die Punkte S und M geschaltet ist.The functional principle in question is explained below using the Figures 1 and 3 explained. In Figure 3, the current transformer is for analysis purposes 22 according to Figure 1 is replaced by an ideal power source, which in the specified manner provides a current Is = Ip / K (equation 2) and a resistance Rs which is ideal Power source is connected in parallel. Resistor Rs represents the AC output impedance of the current transformer 22. The operational amplifier 24 has an open loop gain (open loop 4 gain) Ao that is greater than 10. The counter-resistance amplifier 20 has a very small input resistance Ri, which is determined by the approximation can be expressed as follows: Ri s Rf / Ao (equation 3) Generally points the counter-resistance amplifier 20 has a small input impedance Zi, which by the following approximation can be expressed Zi # Zf / Ao (Equation 3a) where Zf represents a feedback impedance connected between the S and M points is.

In dem speziellen, in den Figuren 1 und 3 gezeigten Beispiel ist der Eingangswiderstand Ri kleiner als 0,5 Ohm. Dies stellt einen virtuellen Kurzschluß über der Sekundärwicklung Ws des Stromwandlers 22 dar. Infolgedessen liegt der Summierpunkt S virtuell auf Erdpotential. Mit anderen Worten hat der Summierpunkt S im wesentlichen das gleiche Potential wie der Knotenpunkt G; die Spannung zwischen den Punkten S und G ist praktisch null. Effektiv "sieht" die Sekundärwicklung Ws des Stromwandlers 22 einen Kurzschluß über dem Summierpunkt S und dem Knotenpunkt G. Somit leitet der Summierpunkt S keinen Strom zum Knotenpunkt G (Erde).In the particular example shown in Figures 1 and 3, the Input resistance Ri less than 0.5 Ohm. This creates a virtual short circuit across the secondary winding Ws of the current transformer 22. As a result, the summing point is located S virtually to earth potential. In other words, the summing point has essentially S the same potential as node G; the tension between points S and G is practically zero. The secondary winding Ws of the current transformer effectively "sees" 22 a short circuit across the summing point S and the node G. Thus conducts the summing point S no current to the node G (earth).

Stattdessen verläßt der Strom Is von der Sekundärwicklung Ws den Summierpunkt S und fließt durch den Rückkopplungswiderstand Rf.Instead, the current Is from the secondary winding Ws leaves the summing point S and flows through the feedback resistor Rf.

Somit erscheint an dem Verbindungspunkt M und der Ausgangsklemme26 die Ausgangsspannung Vo, die definiert ist als: Vo = -Is Rf (Gleichung 4) Unter Verwendung von Gleichung 2 und Einsetzen ergibt sich: Vo = -Ip Rf/K (Gleichung 5) Das negative Zeichen (-) tritt in den Gleichungen 4 und 5 auf, weil Vo in bezug auf Is und If 1800 phasenverschoben ist. Diese Phaseninversion ist in den Wellenformen gemäß den Figuren 4 und 5 deutlich dargestellt. Wie in den Figuren 1 und 3 angegeben ist, tritt im wesentlichen der ganze Strom Is von der Sekundärwicklung Ws in den Summierpunkt S ein und tritt aus diesem aus, um als mit If bezeichneter Strom durch den Rückkopplungswiderstand Rf zu fließen, so daß gilt: If = Is (Gleichung 6) Deshalb kann Gleichung 4 umgeschrieben werden als: Vo = -Is Rf = -If . Rf (Gleichung 4a) Zusätzlich kann der Ausgangswiderstand Ro' des Verstärkers ausgedrückt werden als Ro' Ro/Ao (Gleichung 7) worin Ro der Leerlauf-Ausgangswiderstand (etwa 100 Ohm) des Verstärkers 24 ist, d. h. der an der Stelle gemessene Ausgangswiderstand, wo Rf abgetrennt ist. Gleichung 7 kann allgemeiner ausgedrückt werden als Zo' zuZo/Ao (Gleichung 7a) worin Zo die Leerlauf-Ausgangsimpedanz entsprechend Ro ist und Zo' die Ausgangsimpedanz entsprechend Ro' ist.Thus appears at the connection point M and the output terminal 26 the output voltage Vo, which is defined as: Vo = -Is Rf (Equation 4) Sub Using equation 2 and inserting it results in: Vo = -Ip Rf / K (equation 5) The negative sign (-) appears in Equations 4 and 5 because Vo is related to is out of phase with Is and If 1800. This phase inversion is in the waveforms shown clearly according to Figures 4 and 5. As indicated in FIGS. 1 and 3 is, essentially all of the current Is passes from the secondary winding Ws into the Summing point S enters and exits from it in order to flow through as designated with If increases the feedback resistance Rf flow so that: If = Is (Equation 6) Therefore, Equation 4 can be rewritten as: Vo = -Is Rf = -If . Rf (Equation 4a) In addition, the output resistance Ro 'of the amplifier can be expressed are expressed as Ro 'Ro / Ao (Equation 7) where Ro is the no-load output resistance (approx 100 ohms) of amplifier 24, i.e. H. the output resistance measured at the point, where Rf is disconnected. Equation 7 can be expressed more generally as Zo 'zuZo / Ao (Equation 7a) where Zo is the open circuit output impedance corresponding to Ro and Zo ' the output impedance is corresponding to Ro '.

Das folgende Beispiel dient zur Darstellung einiger wichtiger Aspekte der vorliegenden Erfindung: Wenn Rf = 2000 Ohm und If = Is = 5 Milliampere ist, ist Vo = 10 Volt gemäß Gleichung 4a. Durch Kopplung der Sekundärwicklung Ws des Stromwandlers 22 mit dem Eingang des Verstärkers 20, wie es in den Figuren 1, 2 und 3 angegeben ist, ist es möglich, die Größe und Kosten des Stromwandlers stark zu reduzieren. Diese beträchtliche Reduzierung erfolgt aufgrund einer beträchtlichen Reduzierung der Nennscheinleistung des Wandlers. Wenn beispielsweise der Verstärker 20 nicht verwendet würde, würde die Sekundärwicklung Ws des Stromwandlers 22 einen Strom Is = 1 Ampere zu führen haben, um eine Ausgangsspannung Vo = 10 Volt über einem Lastwiderstand von 10 Ohm zu erzeugen, der über die Sekundärwicklung Ws geschaltet ist. Durch Verwendung des Verstärkers 20 ist jedoch das Produkt aus Spannung und Strom des Stromwandlers 22 etwa 10.000 mal kleiner als das Produkt von Spannung und- Strom des Stromwandlers, falls dieser alleine, also ohne den Verstärker 20 verwendet werden würde. Da der Stromwandler 22 virtuell kurzgeschlossen wird, ist die auf seine Sekundärwicklung transfomierte Leistung herabgesetzt. Da der Wandler 22 unter einem virtuellen Kurzschluß arbeitet, ist die einzige erforderliche Leistung diejenige, die zur Kompensation der Kupfer- und Eisenverluste erforderlich ist.The following example serves to illustrate some important aspects of the present invention: When Rf = 2000 ohms and If = Is = 5 milliamperes, is Vo = 10 volts according to equation 4a. By coupling the secondary winding Ws of the Current transformer 22 with the input of the amplifier 20, as shown in FIGS and 3, it is possible to greatly reduce the size and cost of the current transformer to reduce. This substantial reduction is due to a substantial Reduction of the nominal apparent power of the converter. For example, if the amplifier 20 would not be used, the secondary winding Ws of the current transformer 22 would be a Current Is = 1 ampere have to lead to an output voltage Vo = 10 volts to generate a load resistance of 10 ohms, which is connected across the secondary winding Ws is. However, by using amplifier 20, the product of voltage and current of the current transformer 22 about 10,000 times smaller than the product of voltage and current of the current transformer, if this is alone, i.e. without the amplifier 20 would be used. Since the current transformer 22 is virtually short-circuited, the power transformed to its secondary winding is reduced. Because the converter 22 operating under a virtual short circuit is the only power required that which is necessary to compensate for the copper and iron losses.

In den Figuren 4 und 5 sind zeitveränderliche Wellenformen (Oszillogramme) von Is, If, Vs und Vo dargestellt; Vs ist die Spannung, die an dem Summierpunkt S gemessen wird. Für Rf = 2000 Ohm zeigen die Wellenformen oder Oszillogramme gemäß den Figuren 4 und 5, daß der Rückkopplungsstrom If und der Sekundärstrom Is in der Sekundärwicklung Ws des Stromwandlers 22 mit 5 Milliampere gemessen wurden. Die Spannung Vs ist praktisch Null (weniger als 1 Millivolt), wodurch aufgezeigt wird, daß ein virtueller Kurzschlußzustand besteht. Die Ausgangsspannung Vo wurde mit 10 Volt (Spitzenwert) gemessen. Wie gezeigt, ist die Ausgangsspannung Vo symmetrisch zur Nullinie in den Figuren 4 und 5, d. h. Vo enthält keine signifikante Gleichstromkomponente. Bei beispielsweise Vo = 10 Volt erzeugt eine Verschiebe- oder Verlagerungsspannung von 0, 1 Millivolt Gleichspannung einen Fehler von nur 0,001 %. Mit dem Verstärker /uA741 von Fairchild wird jedoch eine Verschiebespannungskompensation geschaffen. Ein anderer Weg, um eine Ausgangsspannung Vol zu erhalten, die von der jeder Gleichstromkomponente frei ist, ist in Figur 6 gezeigt, in der ein Transistor 38 und Ausgangskoppeltransformatoren 32 mit einem Windungsverhältnis von 1:1 vorgesehen sind.In Figures 4 and 5, time-varying waveforms (oscillograms) represented by Is, If, Vs and Vo; Vs is the voltage at the summing point S is measured. For Rf = 2000 ohms, the waveforms or oscillograms show according to Figures 4 and 5 that the feedback current If and the secondary current Is in the Secondary winding Ws of the current transformer 22 were measured with 5 milliamperes. the Voltage Vs is practically zero (less than 1 millivolt), which indicates that a virtual short-circuit condition exists. The output voltage Vo became with 10 volts (peak value) measured. As shown, the output voltage Vo is symmetrical to the zero line in Figures 4 and 5, i.e. H. Vo does not contain a significant DC component. For example, at Vo = 10 volts, a displacement or displacement voltage is generated of 0.1 millivolt DC voltage has an error of only 0.001%. With the amplifier However, Fairchild's / uA741 provides offset voltage compensation. Another way to get an output voltage Vol that is different from that of each DC component is shown in Figure 6, in which a transistor 38 and output coupling transformers 32 with a turn ratio of 1: 1 are provided.

In Figur 7 ist ein Weg dargestellt, um den Verstärker 24 vor transienten Überspannungen zu schützen, indem dem Eingang des Verstärkers ein Paar entgegengesetzt gepolt er Siliziumdioden 40 parallel geschaltet sind. Durch diese Anordnung kann die Spannung zwischen den Punkten oder Knoten S und G beispielsweise # 0,7 Volt nicht Uberschreiten. Die entgegengesetzt gepolten Siliziumdioden dienen auch als Schutz für den Operationsverstärker 24, wenn dieser über steuert wird. In diesem Fall liegt der Summierpunkt S nicht länger auf einem virtuellen Nullpotential. Zusätzlich dienen die Dioden als Schutz für den Stromwandler, wenn der Operationsverstärker zufällig abgetrennt wird.In Figure 7, a way is shown to the amplifier 24 from transients Protect overvoltages by adding a pair to the input of the amplifier polarized he silicon diodes 40 are connected in parallel. This arrangement allows the voltage between points or nodes S and G, for example, # 0.7 volts do not exceed. The oppositely polarized silicon diodes also serve as Protection for the operational amplifier 24 when this is over controls will. In this case, the summing point S is no longer on a virtual one Zero potential. In addition, the diodes serve as protection for the current transformer, if the operational amplifier is randomly disconnected.

Bei gewissen Applikationen kann es erforderlich oder wünschenswert sein, zahlreiche Ausgangsspannungssignale zu liefern, wie die Ausgangsspannungen Vo und Vol, die um 1800 phasenverschoben sind. Die Figuren 8 und-9 stellen zwei verschiedene Wege dar, um dies zu erreichen.In certain applications it may be necessary or desirable be to provide numerous output voltage signals, such as the output voltages Vo and Vol, which are out of phase by 1800. Figures 8 and 9 represent two different ways to accomplish this.

Ein anderes Verfahren, um eine Phasen-invertierte Ausgangsspannung Vo' zu erhalten, ist in Figur 8 dargestellt, in der ein invertierender Operationsverstärker 40 über einen Widerstand R1 mit dem Ausgang des Verstärkers 20 verbunden ist. Somit tritt am Ausgang, zwischen den Klemmen 26' und 28', die Ausgangsspannung Vo' auf, die in bezug auf die Ausgangsspannung Vo 1800 invertiert ist, die zwischen der Ausgangsklemme 26 und dem Knotenpunkt G oder 28' des Gegen-Widerstandsverstärkers (transresistance amplifier) 20 auftritt.Another method to get a phase-inverted output voltage Vo 'is shown in Figure 8, in which an inverting operational amplifier 40 is connected to the output of the amplifier 20 via a resistor R1. Consequently the output voltage Vo 'appears at the output between terminals 26' and 28 ', which is inverted with respect to the output voltage Vo 1800 that is between the output terminal 26 and the node G or 28 'of the counter-resistance amplifier (transresistance amplifier) 20 occurs.

Ein weiteres Verfahren, um eine Phasenverschiebung um 1800 zu erhalten, ist in Figur 9 gezeigt, wo ein Wandler bzw. Transformator 32' und ein Transistor 38' verwendet sind. Die in Figur 9 gezeigte Schaltung ist der in Figur 6 gezeigten ähnlich, außer daß der Wandler 32' eine mit einer Mittelanzapfung versehene Sekundärwicklung aufweist, wo zwei Spannungsausgangssignale Vo und Vo' geliefert werden. Die Spannungsausgangssignale Vo und Vo' sind 1800 phasenverschoben.Another method to get a phase shift by 1800 is is shown in Figure 9 where a converter 32 'and a transistor 38 'are used. The circuit shown in FIG. 9 is that shown in FIG similar except that transducer 32 'is a center tap secondary winding where two voltage output signals Vo and Vo 'are provided. The voltage output signals Vo and Vo 'are 1800 out of phase.

Claims

Expectations

1. Current transformer with primary and secondary windings for conducting Primary or secondary currents, g e k e n n z e i c h -n e t du7r c h a counter-effective resistance amplifier (20) to terminate the secondary winding of the current transformer (22) and to function as an active load virtually short-circuiting the secondary winding, with an output voltage is available, which is proportional to the primary current.

2. Current transformer according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h ne t that the amplifier is an operational amplifier (24), the first and second Input terminals (+ -), an output terminal (26) and a feedback resistor (Rf) between the first input terminal (-) and the output terminal (26) is connected, the operational amplifier (24) has a high open loop gain and has a small input resistance between the first and second Input terminals can be measured, the secondary winding (Ws) between the first and second Input terminals and connected in parallel to the small input resistance, so that there is essentially no potential difference between the first and second input terminals exists even if the secondary winding carries a secondary current, the operational amplifier (24) between the output terminal (26) and the second input terminal (+ or G) provides an output voltage that is proportional to the primary current.

3. Current transformer according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the input resistance of the operational amplifier (24) defines is as: Ri # Rf / Ao where Ri is the input resistance, Rf is the magnitude of the feedback resistance and Ao is the open loop gain of the operational amplifier.

4. Current transformer according to claim 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that Ri is no greater than 0.5 ohms.

5. Current transformer according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the output voltage is defined as; Vo = -Is. Rf = -Ip. Rf / K where Vo is the magnitude of the output voltage, Is the magnitude of the secondary current, Rf the Size of the feedback resistance, Ip the size of the primary current and K = Ns / Np where Ns and Np are the number of turns of the secondary and primary windings, respectively are.

6. Current transformer according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the primary and secondary windings carry primary and secondary currents, respectively and the very low impedance of the amplifier virtually short-circuits the secondary winding, so that there is essentially no potential difference between the first and second Input terminals, while essentially all of the secondary current from the first input terminal (-) across the feedback impedance (Rf) to the output terminal (26) is conducted so that between the output terminal (26) and the second input terminal (+) there is a potential difference which is essentially equal to the product of the Secondary current and the feedback impedance.

7. Current transformer according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the output voltage is a varying voltage which is a direct current component and further between the output terminal (26) and the second input terminal (+) switched means are provided for transforming the output voltage without the DC component.

8. Current transformer according to claims 1 or 2, d a d u r c h g e k It is noted that an inverting operational amplifier (40) is provided that responds to the output voltage (Vo) to deliver a further output voltage (Vo '), which in relation to the output voltage (Vo) 1800 is out of phase.

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