DE2506918A1 - Entkopplungs- oder trennvorrichtung fuer eine vorrichtung zur lieferung eines ausgangsstroms - Google Patents

Description

• Entkopplungs- oder Trennvorrichtung für eine Vorrichtung zur Lieferung eines Ausgangsstroms Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zur Lieferung eines Ausgangsstroms in einem weiten Bereich von Gleichstrom bis Wechselstrom, wobei der Ausgang vom Eingang isoliert bzw. getrennt ist. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, durch welche ein Eingangsgleichstrom in eine Magnetflußänderung umgewandelt und ein der Magnetflußänderung proportionaler Magnetfluß zum Eingangskreis zurückgekoppelt wird, um den Rückkopplungsfluß an den Eingangsfluß anzugleichen und dabei einen vom Eingangsstrom getrennten Ausgangsstrom zu erzielen.
• Bei bereits angewandten derartigen Vorrichtungen sind Entkopplungs- oder Trennvorrichtungen vorgesehen, welche einen vom Eingang getrennten Ausgangs strom in der Weise zu liefern vermögen, daß ein Eingangs strom in eine Magnetflußänderung umgewandelt und ein der Magnetflußänderung proportionaler Magnetfluß zum Eingangskreis zurückgekoppelt wird, um dabei den Rückkopplungsfluß an den Eingangsfluß anzugleichen. Diese Art einer Entkopplungs- oder Trennvorrichtung ist jedoch in der Praxis nicht sehraifriedenstellend, weil in ihren Schaltungen eine Phasenverschiebung auftritt und infolgedessen möglicherweise ein Fehler in den Ausgangsstrom eingeführt wird, wenn die Frequenz des Eingangsstroms hoch ist.
• Aufgabe der Erfindung ist mithin die Schaffung einer Vorrichtung der genannten Art mit verbesserter Phasencharakteristik, die somit einen getrennten Ausgangsstrom eines genauen Werts in einem weiten Bereich von Gleichstrom bis zu Wechselstrom zu liefern vermag.
• Bei dieser Vorrichtung soll die Phasencharakteristik einstellbar sein.
• Außerdem bezweckt die Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung der genannten Art, welche die Abnahme eines entkoppelten Eingangsstroms ohne Trennung bzw. Unterbrechung der Leitung zuläßt, welche diesen Eingangsstrom in einem weiten Bereich zwischen Gleichstrom und Wechselstrom führt.
• Diese Aufgabe wird bei einer Entkopplungs- bzw. Trennvorrichtung für eine Vorrichtung mit einem einen Luftspalt 5 aufweisenden Kern, auf den eine mit einem Eingangsltrom gespeiste Eingangswicklung und eine Rückkopplungswicklung, von welcher ein Ausgangsstrom erhalten wird, gewickelt sind, mit einem innerhalb des Kernes bzw. Luftspaltes angeordneten magnetoempfindlichen Element und mit einem Verstärker, welcher ein Ausgangssignal von diesem Element aufnimmt und an die Rückkopplungswicklung einen Strom anlegt, um den im Kern infolge des Eingangsltroms erzeugten Magnetfluß aufzuheben bzw. zu unterdrücken, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Kompensierwicklung so angeordnet ist, daß der Magnetflußunterschied zwischen dem durch den Eingangsstrom und dem durch den Ausgangsstrom erzeugten Magnetfluß die Kompensierwicklung schneidet und eine an letzterer erzeugte Spannung dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements überlagert und dann zum Verstärker geliefert wird.
• Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Schaltbild einer Vorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung, Fig. 2 ein Schaltbild eines wesentlichen Teils der Schaltung gemäß Fig. 1, Fig. 3 ein Schaltbild eines wesentlichen Teils einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung und Fig. 4 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.
• Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 weist Eingangsklemmen INT, an denen ein Eingangsstrom I1 angelegt wird, eine Ausgangsklemme OUT, an welcher ein vom Eingangsstrom Ii getrennter und einen verbesserten Frequenzgang besitzender Ausgangsstrom 12 erhalten wird, einen Rechteckkern CO mit einem Luftspalt G, einer Eingangswicklung n1, einer Rückkopplungswicklung n2 und einer Wicklung n3 zur Phasenkompensation, einen Verstärker A mit hohem Verstärkungsgrad und ein magnetoempfindliches Element ME, etwa ein Hall-Element, auf, das im Luftspalt G angeordnet ist. Die Wicklungen n11 n2 und n3 sind auf den Kern CO gewickelt. Die Wicklung n1 ist an die Eingangsklemme INT angeschlossen, die Rückkopplungswicklung n2 ist zwischen die Ausgangsklemme des Verstärkers A und die Ausgangsklemme OUT geschaltet, und die Phasenkompensierwicklung n3 ist über das magnetoempfindliche Element ME mit der Eingangsklemme des Verstärkers A verbunden.
• Diese Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn über die Eingangsklemme INT ein Eingangsstrom I1 an die Wicklung n1 angelegt wird, wird ein dem Eingangsstrom Ii entsprechender Magnetfluß ;1 erzeugt. Dieser Magnetfluß dient als Eingangssignal zu dem im Luftspalt G des Kerns CO angeordneten Element ME. Infolgedessen entsteht über dem Element ME eine dem Eingangsstrom Ii entsprechende Spannung. Der Verstärker A verstärkt diese Spannung und liefert einen Ausgangsstrom 12, welcher an die Rückkopplungswicklung n2 angelegt wird, um den Kern CO einen Magnetfluß #2 erzeugen zu lassen, welcher dem Strom I2 entspricht. Gleichzeitig ist der Ausgangsstrom I2 an der Ausgangsklemme OUT abgreifbar. Mit anderen Worten: Der Strom I2 fließt in der Rückkopplungswicklung n2 in der Weise, daß der im Kern CO durch den die Rückkopplungswicklung n2 durchfließenden Strom 12 erzeugte Magnetfluß g2 den durch den Eingangsstrom I1 im Kern CO erzeugten Magnetfluß ;1 löscht oder unterdrückt, so daß der vom Eingangsstrom 7 getrennte oder entkoppelte Strom 12 an der Ausgangsklemme OUT als Ausgangsstrom erhalten wird. Da zwischen den Strömen I1 und 12 das Verhältnis bzw. die Beziehung I1N1 = I2N2 besteht, wobei N1 und N2 die Windungszahlen in den Wicklungen n1 bzw. n2 angeben, entspricht der entkoppelte oder getrennte Ausgangsstrom I2 dem Wert des Eingangsstroms I1.
• Im folgenden sei angenommen, daß am magnetoempfindlichen Element ME infolge eines Magnetflusses 8, welcher den Unterschied zwischen den durch Eingangsstrom Ii und Ausgangsstrom 12 erzeugten Nagnetflüssen 1 bzw. 2 darstellt, eine Spannung E1 erzeugt wird und daß an der Kompensationswicklung n3 durch den Magnetfluß 6 eine Spannung E2 induziert wird.
• Die beiden Spannungen E1 und E2 lassen sich dann wie folgt ausdrücken: E1α# ..........(1) E2αd#..........(2) dt Wie aus Gleichungen (1) und (2) ersichtlich ist, besitzt die an der Kompensierwicklung n3 erzeugte Spannung E2 eine 0 Phasenvoreilung von 90 gegenüber der am Element ME erzeugten Ausgangsspannung E1.
• Im allgemeinen tritt bei einer Vorrichtung dieser Art, welche die Bauteile wie den Verstärker A und die Rückkopplungswicklung n2 aufweist, ein Phasennachlauf im Verstärker A und in der Wicklung n2 auf. Infolgedessen eilt die Phase des im Kern CO durch den die Rückkopplungswicklung n2 durchfließenden Strom erzeugten Magnetflusses 82 mit zunehmender Frequenz des Eingangsstroms Ii noch stärker derjenigen des durch den Strom I1 erzeugten Magnetflusses 1 nach. Wenn daher ein Hochfrequenzstrom in die Vorrichtung eingespeist wird, wird in den Ausgangsstrom ein Fehler eingeführt, sofern keine Einrichtung zum Kompensieren bzw. Ausgleichen des dem Phasennachlauf zuzuschreibenden Frequenzgangs vorgesehen wird.
• Erfindungsgemäß ist die Kompensierwicklung n3 vorgesehen, und die an dieser Wicklung erzeugte Spannung E2 besitzt eine eine Phasenvoreilung von 90° gegenüber der am magnetoempfindlichen Element ME erzeugten Spannung E1. Wenn die Vorrichtung daher gemäß Fig. 1 so angeordnet ist, daß die Spannung E2 der Ausgangsspannung E1 des Elements NE überlagert und dann an den Verstärker A angelegt wird, werden die Phasennacheilungen infolge des Verstärkers A, der Rückkopplungswicklung n2 usw. kompensiert, so daß der Phasenunterschied zwischen dem Eingangsstrom I1 und dem Ausgangsstrom weitgehend verringert und der Frequenzgang der Vorrichtung insgesamt verbessert werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit ein Eingangsstrom im Bereich von Gleichstrom bis- zu praktisch 200 kHz getrennt bzw. entkoppelt-und ein Ausgangsstrom eines genau festgelegten Werts an der Ausgangsklemme OUT erhalten werden, indem die Konstanten der Bauteile der Trennvorrichtung zweckmäßig bestimmt werden.
• Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Kompensierwicklung n3 auf den Kern CO gewickelt, doch kann sie auch zusammen mit dem Element NE innerhalb des Luftspalts G angeordnet sein. Gemäß Fig. 1 kann außerdem ein Widerstand R an die Ausgangsklemme OUT angeschlossen sein, damit das Ausgangssignal als Spannung abgenommen werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 wird das Ausgangssignal der Kompensierwicklung n3 auf die in Fig. 2 gezeigte Weise in Reihe mit dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements ME dem Verstärker A eingegeben. Stattdessen kann der Ausgang der Kompensierwicklung n3 aber auch parallel zum Ausgang des Elements ME geschaltet sein,wenn diese Ausgangssignale dem Verstärker A eingespeist werden, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Der Widerstand R1 und der Kondensator C1 gemäß Fig. 3 dienen zur Einstellung der zu kompensierenden Phase.
• Fig. 4 ist ein Schaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung, bei welcher eine einen Eingangs strom führende Leitung W durch den Kern CO geschnitten wird, so daß ein isolierter Eingangsstrom ohne Unterbrechung der Leitung W erhalten wird. Der Kern CO ist bei X und X' unterteilt, und die Leitung W ist durch den Teil X oder X' in die Mitte des Kerns CO eingeführt. Diese Trennvorrichtung arbeitet auf dieselbe Weise wie diejenige gemäß Fig. 1.
• Der Magnetfluß ;1 welcher im Kern CO durch den in der Leitung W fließenden Eingangsstrom T erzeugt wird, gleicht den im Kern CO durch den Strom I2 in der Rückkopplungswicklung n2 erzeugten Magnetfluß /2 aus. Der in diesem Zustand fließende Strom wird als Ausgangssignal abgenommen. Die an der Kompensierwicklung n3 induzierte Spannung wird dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements ME überlagert und dann an den Verstärker A angelegt. Durch Anwendung der Kompensierwicklung n3 kann daher ein genau dem entkoppelten bzw. getrennten Eingangs strom entsprechender Strom erhalten werden, ohne daß eine Unterbrechung der Leitung, welche von einem Eingangsstrom in einem weiten Bereich von Gleichstrom bis Wechselstrom durchflossen wird, erforderlich wäre.
• Wie vorstehend im einzelnen erläutert, besitzt die erfindungsgemäße Trennvorrichtung einen verbesserten Frequenzgang, und sie liefert einen vom vorgegebenen Eingangsstrom getrennten bzw. erilkoppelten Ausgangsstrom.
• Obgleich vorstehend nur einige Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben sind, sind dem Fachmann selbstverständlic'rl weitere Abwandlungen und Anderungen möglich, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (6)

Patentansprüche

1.)Entkopplungs- bzw. Trennvorrichtung für eine Vorrichtung mit einem einen Luftspalt aufweisenden Kern, auf den eine mit einem Eingangsstrom gespeiste Eingangswicklung und eine Rückkopplungswicklung, von welcher ein Ausgangsstrom erhalten wird, gewickelt sind, mit einem innerhalb des Kernes bzw. Luftspaltes angeordneten magnetoempfindlichen Element und mit einem Verstärker, welcher ein Ausgangs signal von diesem Element aufnimmt und an die Rückkopplungswicklung einen Strom anlegt, um den im Kern infolge des Eingangsstroms erzeugten Magnetfluß aufzuheben bzw. zu unterdrücken, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Kompensierwicklung so angeordnet ist, daß der Magnetflußunterschied zwischen dem durch'den Eingangsstrom und dem durch den Ausgangsstrom erzeugten Magnetfluß die Kompensierwicklung schneidet und eine an letzterer erzeugte Spannung dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements überlagert und dann zum Verstärker geliefert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoempfindliche Element und die Rückkopplungswicklung miteinander in Reihe geschaltet sind und daß die beiden Klemmen der so gebildeten Reihenschaltung an die Eingangsklemmen des Verstärkers angeschlossen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand, ein Kondensator und das magnetoempfindliche Element miteinander in Reihe geschaltet sind, daß die Rückkopplungswicklung zu der so gebildeten Reihenschaltung parallelgeschaltet ist und daß die beiden Klemmen dieser Parallelschaltung an die Eingangsklemmen des Verstärkers angeschlossen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetoempfimdliche Element ein Hall-Element ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Rückkopplungswicklung fließende Strom einem Widerstandselement einspeisbar ist und daß ein über das Widerstandselement erzeugter Spannungsabfall als Ausgangssignal abnehmbar ist.

6. Entkopplungs- bzw. Trennvorrichtung für eine Vorrichtung mit einem einen Luftspalt aufweisenden und in zwei Teile unterteilten Kern, durch den eine einen Eingangsstrom führende Leitung hindurchgeführt und auf den eine Rückkopplungswicklung, von welcher ein Ausgangsstrom abnehmbar ist, aufgewickelt ist, mit einem im Luftspalt angeordneten magnetoempfindlichen Element und mit einem Verstärker, der ein Ausgangssignal von diesem Element aufnimmt und einen Strom zur Rückkopplungswicklung liefert, um den im Kern infolge des Eingangsstroms erzeugten Magnetfluß zu löschen bzw. zu unterdrücken, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kompensierwicklung so angeordnet ist, daß der Magnetflußunterschied zwischen dem durch den Eingangs strom und dem durch den Ausgangsstrom erzeugten Magnetfluß die Kompensierwicklung schneidet und eine an letzterer erzeugte Spannung dem Ausgangssignal des magnetoempfindlichen Elements überlagert und dann zum Verstärker geliefert wird.

Leerseite