DE2413297A1 - CURRENT TRANSFORMER ENCLOSED WITH ACTIVE LOAD ELEMENTS FOR THE DELIVERY OF PHASE-INVERTED SIGNALS - Google Patents
CURRENT TRANSFORMER ENCLOSED WITH ACTIVE LOAD ELEMENTS FOR THE DELIVERY OF PHASE-INVERTED SIGNALSInfo
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Description
l8 . März 1974l8. March 1974
Frankfurt/Main 1, Niddastraße 52Frankfurt / Main 1, Niddastraße 52
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GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY
1 River Road Schenectady, N. Y., USA1 River Road Schenectady, N.Y., USA
Mit aktiven Lastelementen abgeschlossener Sfromtransformator zur Lieferung phasen-invertierter SignaleSfrom transformer closed with active load elements for the delivery of phase-inverted signals
In der deutschen Patentanmeldung P 23 29 25** mit der Bezeichnung "Stromwandler mit aktivem Lastabschluß" ist u. a. ein Stromtransformator beschrieben, der durch ein aktives Lastelement mit-einem virtuellen Kurzschlußkreis abgeschlossen ist, wie beispielsweise einem Gegen-WirkwiderstandsverstärkerIn the German patent application P 23 29 25 ** with the designation "Current transformer with active load termination" is inter alia. a current transformer described by an active load element is completed with a virtual short-circuit, such as a counter-effective resistance amplifier
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(transresistance amplifier),, der auch eine Ausgangssignalspannung erzeugt, die proportional zum Strom in der Primärwicklung des'Stromtransformators ist.(transresistance amplifier), which also has an output signal voltage which is proportional to the current in the primary winding of the current transformer.
In der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P (Anmelderin: General Electric Company, Anmelderzeichen: 2658-RD-58OI) mit der Bezeichnung "Stromtransformator mit aktivem Lastabschluß zur Ausbildung u. a. einer Phasenwirkeländerung" wird u. a. ein Stromtransformator vorgeschlagen, der mit einem virtuellen Kurzschlußkreis durch einen Gegen-Wirkwiderstands- oder Gegen-Impedanzverstcfrker abgeschlossen ist, der ein Ausgangsspannungssignal liefert, das dem Primärstrom im Transformator proportional ist. Dieser verstärker enthält Mittel zur Verschiebung des Phasenwinkels zvrischen dem primären oder sekundären Transformatorstrom und der Ausgangsspannung. In the German patent application P filed at the same time (applicant: General Electric Company, applicant reference: 2658-RD-58OI) labeled "Current Transformer with active load termination for training, etc. a phase effect change " will inter alia proposed a current transformer, which is terminated with a virtual short-circuit by a counter-effective resistance or counter-impedance amplifier which provides an output voltage signal proportional to the primary current in the transformer. This amplifier contains means for shifting the phase angle between the primary or secondary transformer current and the output voltage.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Abschluß von Instrumenten-Stromtransformatoren in einem virtuellen Kurzschlußzustand, wobei die Entwicklung eines Ausgangsspannungssignals ermöglicht wird, das proportional zum Strom in der Primärwicklung des Transformators ist. Insbesondere be? zieht sich die Erfindung auf den Abschluß eines Instrumenten-Stromtransformators in einem praktischen Kurzschlußzustand, wobei die Entwicklung einer Vielzahl von Ausgangsspannungssignalen ermöglicht wird, die jeweils dem Strom in der Primärwicklung des Stromtransformators proportional und desgleichen relativ zu den anderen entwickelten Spannungssignalen phasenverschoben sind.The present invention relates generally to the termination of instrument current transformers in a virtual Short circuit condition, allowing the development of an output voltage signal proportional to the current is in the primary winding of the transformer. In particular be? The invention applies to the termination of an instrument current transformer in a practical short circuit condition, with the development of a variety of output voltage signals is made possible, which is proportional to the current in the primary winding of the current transformer and the like are out of phase relative to the other developed voltage signals.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Stromtransformator mit primären und sekundären Wicklungen geschaffen, die Primär- bzw. Sekundärstrom leiten können. Weiterhin ist ein Paar aktiver Lastelemente in der Form von Operationsverstärkern vorgesehen, die als Gegen-Wirkwiderstandsverstär-According to one embodiment of the invention, a current transformer created with primary and secondary windings that can conduct primary and secondary currents, respectively. Farther a pair of active load elements in the form of operational amplifiers are provided, which act as counter-effective resistance amplifiers
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ker (transresistive Verstärker) arbeiten. Jeder Operationsverstärker weist eine relativ hohe Verstärkung auf und enthält invertierende und nicht-invertierende Eingangsklemmen und desgleichen eine Ausgangsklemme. Zwischen den invertierenden und nicht invertierenden Eingangsklemmen von jedem Verstärker besteht eine relativ kleine Eingangsimpedanz aufgrund einer Gegenkopplungswirkung. -ker (transresistive amplifiers) work. Any operational amplifier has a relatively high gain and includes inverting and non-inverting input terminals and also an output terminal. Between the inverting and there is a relatively small input impedance due to the non-inverting input terminals of each amplifier a negative feedback effect. -
Die Enden der Sekundärwicklungen sind mit den invertierenden Eingangsklemmen von verschiedenen Operationsverstärkern verbunden und die nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker sind gemeinsam verbunden, so daß die Sekundärwicklung in einem virtuellen Kurzschlußzustand abgeschlossen ist. Weiterhin ist ein Paar Rückkopplungsimpedanzen (beispielsweise ohmsehe Widerstände) vorgesehen. Jede Rückkopplungsimpedanz ist einem anderen Operationsverstärker zwischen einer invertierenden Eingangsklemme und dessen Ausgangsklemme parallel geschaltet. Die Verstärker erzeugen an ihren Ausgangsklemmen zwei AusgangsSpannungen bei einem Strom in der Sekundärwicklung des Stromtransformators. Diese Spannungen treten zwischen den Ausgangsklemmen von jedem Verstärker und den gemeinsam verbundenen, nicht-invertierenden Klemmen der Verstärker auf. Die Spannungen sind relativ zueinander phasenverschoben, wobei die Phasenverschiebung beispielsweise 180° betragen kann.The ends of the secondary windings are connected to the inverting input terminals of various operational amplifiers and the non-inverting input terminals of the amplifiers are connected in common so that the secondary winding is completed in a virtual short circuit state. Furthermore, a pair of feedback impedances (for example ohmic resistors) are provided. Any feedback impedance is parallel to another operational amplifier between an inverting input terminal and its output terminal switched. The amplifiers generate two output voltages at their output terminals with a current in the secondary winding of the current transformer. These voltages appear between the output terminals of each amplifier and the common connected, non-inverting terminals of the amplifier. The voltages are out of phase with each other, where the phase shift can be, for example, 180 °.
Die Erfindung wird'nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.The invention now has further features and advantages explained in more detail with reference to the following description and the drawing of two exemplary embodiments.
Figur 1 ist eine schematisehe Darstellung von einem Ausführungs· beispiel der Erfindung und zeigt einen Instrumenten Stromtransformator, der durch ein Paar Gegen-Wirkwiderstandsverstärker in einem virtuellen Kurzschlußzustand abgeschlossen ist.Figure 1 is a schematic representation of an embodiment Example of the invention and shows an instrumentation current transformer, which is through a pair of counter-effective resistance amplifiers is completed in a virtual short circuit state.
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Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Instrumenten-Stromtransformator eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung aufweist, wobei die Sekundärwicklung in einem virtuellen Kurzschlußzustand durch ein Paar Gegen-Wirkwiderstandsverstärker abgeschlossen ist .FIG. 2 shows, in a schematic representation, another exemplary embodiment of the invention, in which an instrument current transformer having a center tap secondary winding, the secondary winding in a virtual shorted state by a pair Counter-resistance amplifier is complete.
In Figur 1 ist ein Instrumenten-Stromtransformator CT gezeigt, der eine Primärwicklung mit Np-Windungen und eine Sekundärwicklung mit Ns-Windungen aufweist. Das Windungsverhältnis des Stromtransformators beträgt K = Ns/Np. Die Primärwicklung Np leitet einen Primärstrom Ip und die Sekundärwicklung Ns leitet· einen Sekundärstrom Is. Somit sind die Beziehungen K = Ns/Np = = Ip/Is allgemein bekannte Beziehungen im Transformatorbetrieb.In Figure 1, an instrument current transformer CT is shown, which has a primary winding with Np turns and a secondary winding with Ns turns. The turns ratio of the Current transformer is K = Ns / Np. The primary winding Np conducts a primary current Ip and the secondary winding Ns conducts a secondary current Is. Thus, the relationships K = Ns / Np = = Ip / Is are generally known relationships in transformer operation.
Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind zwei entgegengesetzt gepolte Dioden Dl und D2 parallel zueinander und desgleichen parallel zur Sekundärwicklung Ns geschaltet. Für den Fall, daß der Sekundärteil des Stromtransformators an den Klemmen A und B unterbrochen werden sollte, dienen die Dioden Dl und D2 dazu , daß ein Leerlauf der Sekundärwicklung Ns verhindert wird.As shown in FIG. 1, two oppositely polarized diodes D1 and D2 are parallel to one another and likewise parallel switched to the secondary winding Ns. In the event that the secondary part of the current transformer at terminals A and B is interrupted should be, the diodes D1 and D2 serve to prevent an open circuit of the secondary winding Ns.
Weiterhin ist in Figur 1 ein Paar Operationsverstärker Al und A2 gezeigt, die elektrisch im wesentlichen gleich sind. Jeder Operationsverstärker Al und A2 enthält eine invertierende Eingangsklemme, die durch ein Minuszeichen (-) bezeichnet ist, und eine nicht-invertierende Eingangsklemme, die durch ein Pluszeichen (+) bezeichnet ist. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers Al ist elektrisch mit dem einen Ende der Wicklung Ns verbunden, während die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers A2 elektrisch mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung Ns verbunden ist. Wie ferner aus Figur 1 hervorgeht, sind die nicht-invertierenden Eingangsklemmen beider Operationsverstärker Al und A2 gemeinsam mit einer Signal- oder Referenzerdung verbunden. WeiterhinFurthermore, in Figure 1 is a pair of operational amplifiers A1 and A2, which are substantially the same electrically. Each operational amplifier A1 and A2 contains an inverting input terminal, indicated by a minus sign (-) and a non-inverting input terminal indicated by a Plus sign (+). The inverting input terminal of the operational amplifier Al is electrically connected to the one end of the winding Ns is connected, while the inverting input terminal of the operational amplifier A2 is electrically connected to connected to the other end of the secondary winding Ns. As can also be seen from Figure 1, the are non-inverting Input terminals of both operational amplifiers A1 and A2 are jointly connected to a signal or reference ground. Farther
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ist ein Paar Rückkopplungswiderstände in der Form von Widerstandselementen Rl und R2 vorgesehen. Das eine Ende des Widerstandselementes Rl ist.mit dem Ausgang des Operationsverstärkers Al verbunden, während das andere Ende des gleichen Widerstandselementes mit·der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers Al an einem Summierpunkt Sl verbunden ist. In ähnlicher Weise ist das eine Ende des Widerstandselementes R2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers A2 verbunden, während das andere Ende des gleichen Widerstandselementes mit der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers A2 an einem Summierpunkt S2 verbunden ist. Rl und R2. können ohmsehe Widerstandselemente sein.is a pair of feedback resistors in the form of resistance elements Rl and R2 provided. One end of the resistance element Rl ist.mit the output of the operational amplifier Al, while the other end of the same Resistance element with · the inverting input terminal of the operational amplifier Al is connected to a summing point Sl. Similarly, one end is the resistance element R2 is connected to the output of the operational amplifier A2, while the other end of the same resistance element is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier A2 at a summing point S2. Rl and R2. can be ohmic resistance elements.
Die Sekundärwicklung des Transformators liegt an den Summierpunkten Sl und S2 auf dem gleichen Potential wie die nicht invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker Al und A2 wegen der Rückkopplungswirkung der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker, die durch die Operationsverstärker Al und A2 und deren zugehörige Rückkopplungs-Wirkwiderstandselemente Rl und R2 gebildet werden. An den Ausgangsklemmen von jedem der Operationsverstärker Al und A2 werden die AusgangsSignalspannungen Vl und V2 entwickelt, die in bezug auf die Referenz- oder Signalerdung (die nicht invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker Al und A2) um 18O° phasenverschoben sind.The secondary winding of the transformer is at the summing points Sl and S2 at the same potential as the non-inverting input terminals of the amplifiers A1 and A2 because of the feedback effect of the counter-active resistance amplifiers, formed by the operational amplifiers A1 and A2 and their associated feedback effective resistance elements R1 and R2 will. At the output terminals of each of the operational amplifiers A1 and A2, the output signal voltages Vl and V2 developed with respect to the reference or signal ground (the non-inverting input terminals of the operational amplifiers Al and A2) are 180 ° out of phase.
Der in Figur 1 gezeigte Stromtransformator CT weist nur eine Sekundärwicklung Ns. auf, die mit aktiven Lastelementen an beiden Klemmen A und B der Sekundärwicklung belastet ist. In Figur 1 ist die Kombination des Operationsverstärkers Al und dessen Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement Rl in angegebener Weise geschaltet, um einen ersten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker (transresistance amplifier) oder ein erstes aktives Lastelement zu bilden. In ähnlicher Weise bildet der Operationsverstärker A2 zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement R2 einen zweiten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker oder zweites aktives Lastelement. Da das Potential anThe current transformer CT shown in Figure 1 has only one Secondary winding Ns., Which is loaded with active load elements at both terminals A and B of the secondary winding. In figure 1 is the combination of the operational amplifier Al and whose feedback resistance element Rl switched in the specified manner to a first counter-resistance amplifier (transresistance amplifier) or to form a first active load element. Similarly, the operational amplifier forms A2 along with its feedback resistor element R2 a second counter-active resistance amplifier or second active load element. As the potential
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den Summierpunkten Sl und 52 im wesentlichen das gleiche ist wie an den nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker Al und A2 "sieht" die Sekundärwicklung Ns des Stromtrans formators CT (in der Wirkung) einen Kurzschlußzustand. Beide Operationsverstärker Al und A2 werden in ihren linearen Bereichen betrieben.the summing points Sl and 52 is essentially the same as at the non-inverting input terminals of the operational amplifiers A1 and A2 "sees" the secondary winding Ns of the current trans formators CT (in effect) a short circuit condition. Both operational amplifiers A1 and A2 are linear in their Areas operated.
Die in Figur 1 gezeigten Operationsverstärker Al und A2 (das gleiche gilt für die in Figur 2 gezeigten Operationsverstärker) sind Hochleistungs-Operationsverstärker, wie sie beispielsweise als Type iiA74l von der Firma Fäirchild Semiconductor, einer Abteilung der Fäirchild Camera and Instrument Corporation, 313 Fäirchild Drive, Mountainview, California, vertrieben werden. Diese Operationsverstärker sind in Bezug.auf ihren Aufbau und Betrieb in der bereits eingangs erwähnten deutschen Patentanmeldung P 23 29 251I näher spezifiziert.The operational amplifiers A1 and A2 shown in FIG. 1 (the same applies to the operational amplifiers shown in FIG. 2) are high-performance operational amplifiers, such as those for example as type iiA74l from Fäirchild Semiconductor, a division of Fäirchild Camera and Instrument Corporation, 313 Fäirchild Drive , Mountainview, California. These operational amplifiers are specified in more detail in relation to their structure and operation in the German patent application P 23 29 25 1 I mentioned above.
In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet. Wie in Figur 2 gezeigt ist, bildet der Operationsverstärker Al zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement Rl einen ersten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker oder ein erstes aktives Lastelement. In ähnlicher Weise bildet der Operationsverstärker A2 zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstand R2 einen zweiten transresistiven Verstärker oder ein zweites aktives Lastelement. Der Stromtransformator CTl enthält eine Sekundärwicklung Ns mit Mittelanzapfung. Beide vorstehend angegebenen Gegen-Wirkwiderstandsverstärker arbeiten als Verstärker im Α-Betrieb, die in einer Gegentakt-Anordnung mit dem Stromtransformator CTl verbunden sind. Die Summierpunkte Sl und S2 sind virtuell auf dem gleichen Potential wie die nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker Al und A2. Die Ausgangsspannungen Vl und V2 sind, wie in Figur 2 angegeben ist, um l80° phasenverschoben.In the exemplary embodiment shown in FIG. 2, the same elements are denoted by the same reference numerals as in FIG. As shown in FIG. 2, the operational amplifier A1 forms together with its feedback resistor element Rl a first counter-active resistance amplifier or a first active load element. Similarly, the operational amplifier forms A2 together with its feedback resistor R2 a second transresistive amplifier or a second active load element. The current transformer CTl contains a secondary winding Ns with a center tap. Both of the above Counter-resistance amplifiers work as amplifiers in Α operation, which are in a push-pull arrangement with the Current transformer CTl are connected. The summing points S1 and S2 are virtually at the same potential as the non-inverting ones Input terminals of amplifiers A1 and A2. The output voltages V1 and V2 are, as indicated in Figure 2, to l80 ° out of phase.
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Die Spannungen Vl und V2 sind sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 proportional zum Primärstrom Ip in der Primärwicklung der entsprechenden Stromtransformatoren .The voltages V1 and V2 are both in Figure 1 and in Figure 2 proportional to the primary current Ip in the primary winding of the corresponding current transformers.
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Claims (8)
phasenverschoben sind.6. Current transformer according to claim 5, characterized in that
are out of phase.
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