DE2625354C3 - Übertrager für Gleich- und Wechselstromsignale mit einem ferromagnetischen Kern, der mindestens zwei voneinander unabhängige Magnetflüsse zuläßt - Google Patents
Übertrager für Gleich- und Wechselstromsignale mit einem ferromagnetischen Kern, der mindestens zwei voneinander unabhängige Magnetflüsse zuläßtInfo
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Description
8. Übertrager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert des positiven und negativen
Maximums in Abhängigkeit von dem durch die Zusatzwicklung (W4) hervorgerufenen Flußhub
begrenzt ist.
9. Übertrager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgangsseitig an den Eingang der
Sekundärwicklung (W2) angeschlossene Zusatzspannungsquelle (15) eingangsseitig über ein Glättungsglied (19) an den Ausgang einer Multiplikationsstufe (18) mit zwei Eingängen angeschlossen ist.
deren einem Eingang von einem mit der Zusatzwicklung (IV4) verbundenen Frequenzgenerator (20) ein
Wechselstromsignal mit doppelter Frequenz wie die Frequenz des Stromes und gleicher Phasenlage wie
die Grundwelle des Quadrates des Stromes in der Zusatzwicklung zugeführt ist und deren anderer
Eingang mit dem Ausgang eines eingangsseitig an den Ausgang der im Kurzschluß arbeitenden
Sekundärwicklung (W2) angeschlossenen Operationsverstärker (16) verbunden ist.
10. Übertrager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zusatzwandler vorgesehen ist,
dessen Primärwicklung mit der Primärwicklung des Kernes in Reihe liegt und daß ferner ein dem Strom
in der Sekundärwicklung des Zusatzwandlers proportionaler Wert zu dem der Durchflutung der
Sekundärwicklung des Kernes proportionalen Wert addiert und der Summenwert dem einen Eingang der
Multiplikationsstufe zugeführt ist.
Übertrager für Gleich und Wechselstromsignale mit
einem mindestens zwei voneinander unabhängige Magnetflüsse zulassenden ferromagnetischen Kern
verden zur Potentialtrennung in Regel- und Rechenanlagen benötigt. Bei einem zu automatisierenden Prozeß
fällt eine Vielzahl elektrischer Signale an. die zur weiteren Verarbeitung einer elektronischen Anordnung
zugeführt werden. Hierzu ist es notwendig, daß diese
" elektrischen Signale auf das Potential der sie weiter
verarbeitenden Regel- oder Rechenanlage gebracht werden. Außerdem muß die Umsetzung der elektrischen Signale auf das andere Potential mit einer großen
Genauigkeit erfolgen, da hiervon letztlich die Genauig-
hn keit des Regel- bzw. Rechenvorganges abhangt. Die in
einem zu automatisierenden Prozeß anfallenden elektrischen Signale enthalten in der Regel eine Wechsel- und
eine Gleichstromgröße, die nicht ohne weiteres genau voneinander getrennt werden können.
h'' Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen
Übertrager der vorgenannten Art zu schaffen, der solche Signale mit hoher Genauigkeit getrennt übertragen kann.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der
Erfindung dadurch, daß der Kern mindestens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung sowie eine
von einem sich periodisch ändernden Strom beeinflußte steuernde Zusatzwicklung zur Erzeugung eines permeabilitätsverändernden unabhängigen magnetischen Nebenflusses aufweist und daß eine nach dem Spannungswandler-Prinzip arbeitende Meßeinrichtung zum Messen der von der Permeabilitätsänderung abhängigen
Magnetflußänderung vorgesehen sowie eine die Auswirkung der Permeabilitätsänderung auf die Meßeinrichtung aufhebende und damit Durchflutungsgleichgewicht in der Primär- und Sekundärwicklung erzwingende, flußänderungsabhängig geregelte Zusatzstromquelle
an die Sekundärwicklung angeschlossen ist.
Enthält ein zu übertragendes Signal neben einem Wechselstromanteil auch einen Gleichstromanteil, so
ergeben sich primär- und sekundärseitig unterschiedliche Ströme, die zu einer resultierenden Durchflutung im
ferromagnetischen Kern des Übertragers führen. Eine solche Durchflutung führt bei einer Veränderung der
Permeabilität des Kernes zu einer Flußanderung, die gemessen und zur Regelung der Zusatzstromquelle
verwendet wird, so daß der von ihr in die Sekundärwicklung eingespeiste Zusatzstrom die resultierende Durchflutung zu Null macht. Damit entspricht der in der
Sekundärwicklung fließende Strom genau dem Strom in der Primärwicklung.
Eine weitere Lösung der gestellten Aufgabe besteht
darin, daß der Kern mindestens eine Primärwicklung und eine Sekundärwicklung sowie eine von einem sich
periodisch ändernden Strom beeinflußte steuernde Zusatzwicklung zur Erzeugung eines permeabilitätsverändernden unabhängigen magnetischen Nebenflusses
aufweist und daß eine nach dem Stromwandler-Prinzip arbeitende Meßeinrichtung zum Messen der von der
Permeabilitätsänderung abhängigen Magnetflußänderung vorgesehen sowie eine die Auswirkung der
Permeabilitätsänderung auf die Meßeinrichtung aufhebende und damit Durchflutungsgleichgewicht in der
Primär- und Sekundärwicklung erzwingende, durchflutungsabhängig geregelte Zusatzspannungsquelle an die
Sekundärwicklung angeschlossen ist.
Die Änderung des magnetischen Flusses kann auf einfache Weise dadurch gemessen werden, daß als
Maßeinrichtung eine Hilfswicklung vorgesehen ist, die mit dem gleichen magnetischen Fluß wie die Primär
und Sekundärwicklung verkettet ist.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich ein einfacher Übertrager dadurch, daß der
Kern Eförmig ausgebildet ist und auf seinem Mittelschenkel die Primär-, Sekundär- und Hilfswicklung trägt und daß als Zusatzwicklung auf den beiden
Außenschenkeln zwei windungsgleiche und in Reihe geschaltete Teilwicklungen mit ihrem Wickelsinn so
angeordnet sind, daß die Außenschenkel gegensinnig magnetisiert sind. Eine weitere Ausgestaltung der
Erfindung besteht darin, daß der Kern als Schalenkern
mit einem Mittelloch ausgebildet und" durch das Mittelloch mindestens ein stromdurchflossener Leiter
als Zusatzwicklung geführt ist, Hierdurch besteht die Möglichkeit, die Kerne von mehreren Übertragern
«inem gemeinsamen stromdurchflossenen Leiter zuzuordnen. Für eine Vielzahl von Übertragern wird somit
nur eine den sich periodisch ändernden Strom liefernde Stromquelle benötigt.
Eine genaue Regelung des in die Sekundärwicklung eingespeisten Zusatzstroirtis gelingt in einfacher Weise
ι»
■"
dadurch, daß die Zusatzstromquelle aus einem ausgangsseitig an die Sekundärwicklung angeschlossenen
Verstärker besteht, der eingangsseitig über ein Integrierglied mit dem Ausgang einer ersten Multiplikationsstufe verbunden ist, die mit ihrem zweiten Eingang
über eine Differenzierstufe und eine zweite Multiplikationsstufe sowie einen Stromwandler an den von einem
sich periodisch ändernden Strom liefernden Generator gespeisten Stromkreis der Zusatzwicklung angekoppelt
ist.
Dadurch, daß gemäß einem Unteranspruch die Zusatzwicklung durch einen sich zwischen einem gleich
großen positiven und negativen Maximum ändernden Strom beaufschlagt ist, werden Nullpunktfehler des
Übertragers, die durch unvermeidliche Fertigungstoleranzen des Kernes bedingt sind, vermieden, da nämlich
bei einer Änderung des Stromes zwischen zwei nur im positiven oder nur im negativen Bereich liegenden
Werten die durch Fertigungstoleranzen bedingten Ungleichheiten im Kern zu einer Nullpunktverschiebung des Übertragers führen würde: Darüber hinaus
kann gemäß einer Ausgestaltung der E -findung der Wert des positiven und negativen Maximums in
Abhängigkeit von dem durch die Zusatzwicklung hervorgerufenen Flußhub begrenzt werden. Dies ist
dann vor. Vorteil, wenn solche magnetischen Werkstoffe oder Kernformen verwendet werden, bei denen die
Abhängigkeit der Permeabilität von der Induktion besser reproduzierbar ist als die Abhängigkeit der
Permeabilität von der Feldstärke.
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 3 einen Übertrager mit einer geregelten Zusatzstromquelle,
F i g. 4 einen Übertrager mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung und mit einer geregelten Zu.vatz-Spannungsquelle.
Der in F i g. 1 dargestellte Übertrager weist einen E-fc.migen Kern 1 auf. Auf dem Mittelschenkel 2 dieses
E-förmigen Kernes 1 sind eine Primärwicklung Wl, eine Sekundärwicklung W2 und eine Hilfswicklung W3
angeordnet. Auf den beiden Außenschenkeln 3 und 4 sind zwei windungsgleiche und in Reihe geschaltete
Teilwicklungen vorgesehen, die zusammen eine Zusatzwicklung W4 bilden. Der Wickelsinn der beiden
Teilwicklungen ist so gewählt, daß bei einem Stromfluß in den beiden Teilwicklungen die beiden Außenschenkel
3 und 4 gegensinnig magnetisiert werden.
Bei dem in F i g. 2 dargestellten Übertrager ist ein an sich bekannter Schalenke-n 5 verwendet. Der Schalenkern * veist ein Mittelloch § auf. durch das die
Zusatzwicklung W4 geführt ist. Diese Zusatzwicklung W 4 kann aus ein ;,n einzigen stromdurchflossenen
Leiter bestehen. In dem üblichen Wickelraum des Schalenkernes sind die Primärwicklung Wi, die
Sekundärwicklung und die Hilfswicklung untergebracht. Von diesen Wicklungen ist in Fig.2 der besseren
Übersichtlichkeit wegen nur die Primärwicklung Wi dargestellt.
In Fig.3 ist an die Sekundärwicklung W2 eine
Zusatzstromquelle 7 angeschlossen. Diese Zusatzstromquelle besteht aus einem Verstärker 8, dessen Ausgang
mit der Sekundärwicklung W2 verbunden ist. Der Eingang des Verstärkers 8 ist mit dem Ausgang eines
Integriergliedes 9 verbunden. Mit seinem Eingang ist
das Integrierglied 9 an eine erste Multiplikationsstufe 10
angeschlossen. Dem einen Eingang dieser Multiplikationsstufe wird die in der Hilfswicklung W3 induzierte
Spannung zugeführt. Der andere Eingang dieser Multiplikationsstufe 10 erhält ein dem Vorzeichen der
ersten Ableitung vom Quadrat des Stromes der Zusatzwicklung W 4 entsprechendes Signal. Hierzu ist
mit der Zusatzwicklung WA ein Stromwandler fl in
Reihe geschaltet. Die Sekundärwicklung dieses Stromwandlers 11 ist mit einer zweiten Multipiikationsstufe 12
verbunden, durch die das Quadrat des in der Zusatzwicklung WA fließenden Zusatzstromes gebildet
wird. In einer der zweiten Multiplikationsstufc 12 nachgeschalteten Differenzierstufe 13 wird die Ableitung
des von der zweiten Multiplikationsslufc 12 gelieferten Signals gebildet. Die Differenzierstufe 13 ist
so aufgebaut, daß an ihrem Ausgang nur ein dem Vorzeichen des jeweiligen Differenzialwertes entsprechendes
Signal erscheint. Die Zusatzwicklung WA ist an
pmpm ripnpralnr \& ancvpcrhlnccpn rii-r pinpn «ich
periodisch ändernden Strom liefert. Der Generator 14 kann beispielsweise als Taktgenerator ausgebildet sein.
Liegt an der Primärwicklung W\ ein einen Gleich- und Wechselstromanteil enthaltendes Signal an. so wird
der Wechselstromanteil des Signals mit einer großen Genauigkeit in der Sekundärwicklung W2 ausgebildet,
d. h. in der Sekundärwicklung fließt ein gleich großer Wechselstrom wie in der Primärwicklung. Der in der
Primärwicklung Wl fließende Gleichstromanteil führt hingegen zu einer resultierenden Durchflutung. Durch
den ir der Zusatzwicklung WA fließenden und sich periodisch ändernden Strom wird die Permeabilität des
Kernes 1 periodisch verändert. Infolge der Veränderung der Permeabilität tritt unter dem Einfluß der bestehenden
resultierenden Durchflutiing eine periodische Flußänderung auf. Durch diese periodische Flußänderung
wird in der Hilfswicklung W3 eine Spannung induziert. Diese Spannung wird mit der ersten Ableitung
des Quadrates von dem in die Zusatzwicklung WA eingespeisten Strom oder nur mit dem Vorzeichen
dieser ersten Ableitung bewertet. Das auf diese Weise gewonnene Signal dient zur Regelung des in die
Sekundärwicklung einzuspeisenden Stromes.
uer von der Zusatzstromquelle 7 in die Sekundärwicklung
VV2 eingespeiste Strom ist ein Gleichstrom und wird in seiner Größe so geregelt, daß die
resultierende Durchflutung null wird. Dies ist der Fall, wenn der in der Sekundärwicklung fließende Strom
genauso groß ist wie der in der Primärwicklung fließende Strom. Somit ist eine genaue Übertragung der
Gleich- und Wechselstromanteile eines Signals erreicht.
Die für die Regelung des in die Sekundärwicklung eingespeisten £.usatzstromes notwendige induzierte
Spannung kann auch an der Sekundärwicklung W2 abgegriffen werden. Hierdurch wird die gesonderte
Hilfswicklung Wi eingespart, jedoch geht dies zu Lasten der Genauigkeit des Übertragers.
Bei dem Übertrager nach Fig.4 ist an die eine
Anschlußseite der Sekundärwicklung W2 eine Zusatzspannungsquelle
15 und an die andere Anschlußseite ein Operationsverstärker 16 mit seinem invertierenden
Eingang angeschlossen. Der Ausgang des OperationsverMilrkers
16 ist über einen ohmsehen Widerstand 17
mit dem invertierenden Eingang rückgekoppelt. Durch diese Rückkoppeliing wird der invertierende Eingang
. des Operationsverstärkers auf Null gehalten, so daß die Sekundärwicklung lV2im Kurzschluß arbeitet.
An den Ausgang des Operationsverstärkers 16 ist ferner eine dritte Multiplikationsstufe 18 mit ihrem
einen Eingang angeschlossen, deren Ausgang über ein
in als Hochpaß 19 ausgebildetes Glättungsglied mit dem
Steuereingang der Zusatzspannungsquelle 15 verbunden ist. Der andere Eingang der dritten Multiplikationsstufe 18 ist mit einem Ausgang eines Frequenzgenerators
20 verbunden. An einen weiteren Ausgang dieses . Frequenzgenerators 20 ist die Zusatzwicklung WA
angeschlossen. Der Frequenzgenerator 20 ist so aufgebaut, daß cran dem mit der Multiplikationsstufe 18
verbundenen Ausgang ein Signal abgibt, dessen Frequenz doppelt so groß wie die Frequenz des an die
ή Zusatzwicklung WA abeeeebenen Signals ist und
dessen Phasenlage mit der Grundwelle des Quadrates des an die Zusatzwicklung abgegebenen Signals
übereinstimmt.
Bei der Übertragung eines einen Gleich- und
'. Wechselstromanteil enthaltenden Signals führt der
Glcichstromanteil wiederum zu einer resultierenden Durchflutung. Im Gegensatz zu dem Übertrager nach
Fig. 3 wird bei dem Übertrager nach Fig.4 die
Änderung der Durchflutung gemessen, wobei durch die
i" Regelung der Zusatzspannungsquclle 15 der Fluß bei
einer Änderung der Permeabilität konstant gehalten wird. Von der Zusatzspannungsquellc 15 wird jeweils
ein solcher Strom in die Sekundärwicklung W2 eingespeist, daß bei der durch den in der Zusatzwicklung
·.. WA fließenden Strom hervorgerufenen Permeabilitätsänderung
der magnetische Fluß konstant bleibt. Der magnetische Fluß bleibt dann konstant, wenn die
Summe des von der Primärwicklung in der Sekundärwicklung induzierten Wechselstromanteiles und des von
i" der Zusatzspannungsquelle 15 in die Sekundärwicklung
eingespeisten Gleichstromanteiles gleich dem Strom in der Primärwicklung ist. Somit ist auch bei diesem
Übertrager eine genaue Übertragung von Signalen mit
ι- Wenn die Frequenz der im zu übertragenden Signal
enthaltenen Wechselstromanteile in der Nähe der Frequenz des von dem Frequenzgenerator 20 an die
dritte Multiplikationsstufe 18 abgegebenen Signals liegt,
ist es vorteilhaft, einen Zusatzwandler vorzusehen. Die
vi Primärwicklung eines solchen Zusatzwandlers wird mit
der Primärwicklung W1 des Kernes in Reihe geschaltet.
Zu dem in der Sekundärwicklung des Zusatzwandlers fließenden Strom wird ein proportionaler Wert gebildet
und mittels einer Additionsstufe zu dem am Ausgang
>> des Operationsverstärkers 16 anstehenden Wert addiert Der Summenwert wird dann dem einen Eingang
der dritten Multiplikationsstufe zugeführt. Durch einen solchen Zusatzwandler kann die Übertragungsgenauig
keit wesentlich verbessert werden, wenn die obenge-
Hi nannten Frequenzen dicht beieinanderliegen oder gar
gleich sind.
Claims (7)
1. Übertrager for deich- und Wechselstromsignale mit einem ferromagnetischen Kern, der mindestens zwei voneinander unabhängige Magnetflüsse
zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mindestens eine Primärwicklung (Wi) und
eine Sekundärwicklung (W2) sowie eine von einem sich periodisch ändernden Strom beeinflußte
steuernde Zusatzwicklung (WQ) zur Erzeugung eines permeabilitätsverändernden unabhängigen
magnetischen Nebenflusses aufweist und daß eine nach dem Spannungswandler-Prinzip arbeitende
Meßeinrichtung zum Messen der von der Permeabilitätsänderung abhängigen Magnetflußänderung
vorgesehen sowie eine die Auswirkung der Permeabilitätsänderung auf die Meßeinrichtung (W2 bzw.
W3) aufhebende und damit Durchflutungsgleichgewicht in der Primär- und Sekundärwicklung
erzwingende, flußänderungsabhängig geregelte ZusatzstromqueMe (7) an die Sekundärwicklung (W2)
angeschlossen ist.
2. Übertrager für Gleich- und Wechselstromsignale mit einem ferromagnetischen Kern, der mindestens zwei voneinander unabhängige Magnetflusse
zuläßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern mindestens eine Primärwicklung (Wi) und eine
Sekundärwicklung (Wl) sowie eine von einem sich periodisch ändernden Strom beeinflußte steuernde
Zusatzwicklung (WA) zur Erzeugung eines permeabilitätsverändernden unabhängigen magnetischen
Nebenflusses ^jFweist und daß eine nach dem Stromwandler-Prinzip arbeiten^«- Meßeinrichtung
(Wi bzw. W2) zum Messen der von der Permeabilitätsänderung abhängigen Magnetnußänderung vorgesehen sowie eine die Auswirkung der
Permeabilitätsänderung auf die Meßeinrichtung aufhebende und damit Durchflutungsgleichgewicht
in der Primär- und Sekundärwicklung erzwingende, durchflutungsabhängig geregelte Zusatzspannungsquelle (15) an die Sekundärwicklung (W2) angeschlossen ist.
3. Übertrager nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßeinrichtung eine Hilfswicklung (WZ) vorgesehen ist, die mit dem gleichen
magnetischen Fluß wie die Primär- und Sekundärwicklung (Wi und Wl) verkettet ist.
4. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2 und 3. dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (1) E-förmig
Busgebildet ist und auf seinem Mittelschenkel (2) die Primär- (Wl), die Sekundär- (Wl) und die
Hilfswicklung (Wi) trägt und daß als Zusatzwicklung (W4) auf den beiden Außenschenkeln (3 und 4)
fcwei windungsgleiche und in Reihe geschaltete Teilwicklungen mit ihrem Wickelsinn so angeordnet
Sind, daß die Außenschenkel (3 und 4) gegensinnig magnetisiert sind.
5. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern als Schalenkern (S)
mit einem Mitielloch (β) ausgebildet und durch das Mittelloch (6) mindestens ein stromdurchflossener
Leiter als Zusatzwicklung (W4) geführt ist.
6. Übertrager nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzstromquelle (7) aus
einem ausgangsseitig an die Sekundärwicklung (W2) angeschlossenen Verstärker (8) besteht, der
•ingangsseitig über ein Integrierglied (9) mit dem Ausgang einer ersten Multiplikationsstufe (10)
verbunden ist, die mit ihrem ersten Eingang an die
Hilfswicklung (W3) und mit ihrem zweiten Eingang über eine Differenzierstufe (S3) und eine zweite
Multiplikationsstufe (12) sowie einen Stromwandler (11) an den von einem sich periodisch ändernden
Strom liefernden Generator (14) gespeisten Stromkreis der Zusatzwicklung (W4) angekoppelt ist.
7. Übertrager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die. Zusatzwicklung (W4) uurch
einen sich zwischen einem gleich großen positiven und negativen Maximum ändernden Strom beaufschlagt ist.
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