DE2706547B2 - Verfahren und Anordnung zum Messen des elektrischen Stromes in einem Leiter, der von einem magnetischen Kern umfaßt wird und in diesem einen magnetischen Fluß erzeugt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine zugehörige Anordnung zum Durchführen des Verfahrens nach dem ^w Oberbegriff des Anspruchs 3.

In der US-PS 35 73 616 ist ein Verfahren zum kontaktlosen Messen des elektrischen Stromes in einem Leiter beschrieben, bei dem der Leiter von einem magnetischen Ringkern umgeben wird, in dem ein dem " zu messenden Strom entsprechendes Magnetfeld induziert wird. Der Ringkern ist mit einer Hilfsspule versehen, die mit einem Strom beschickt wird, dessen Größe und Richtung so gewählt ist, daß das in dem Ringkern entstehende Gesamtmagnetfeld auf den Wert ^ft" Null reduziert wird. Die Größe des für die Hilfsspule benötigten Stromes dient dabei als Maß für den zu messenden Leiterstrom. Dieses Verfahren mit »Null-Abgleich« hat einerseits den Nachteil, daß ein dem zu messenden Strom durch den Leiter entsprechender Strom durch die Hilfsspule erzeugt werden muß und andererseits durch dieses Verfahren Fehler entstehen, die auf die Hystereseeigenschall des Ringkerns der Arbeitskennlinien for ein anderes Kernmaterial, die über drei Strombereiche ermittelt wurden, und

Fig. 12 zeigt eine graphische Darstellung der Arbeitskennlinie fflr ein weiteres Kernmaterial für einen einzigen Strombereich,

Die in Fi g, 1 dargestellte Meßzange 10 ist mit einem mehradrigen Kabel 11 verbunden, mit dem die elektrische Verbindung mit einer zugehörigen Stromversorgung hergestellt wird, wie sie in F ig. 5 näher dargestellt ist.

Die Meßzange 10 wird von zwei Gehäuseteilen 12 und 13 in Form eines langgestreckten U-Profils gebildet Die Enden jedes Gehäuseteils 12, 13 sind geschlossen, wobei eine Längsseite offen bleibt Die zwei Gehäusetsiile 12,13 sind an einem passenden Punkt in der Mitte über einen Drehstift 14 schwenkbar miteinander verbunden. Eine vom Drehstift 14 im Inneren der beiden Gehäuseteile 12, 13 getragene Drehfeder 15 greift zwischen den Gehäuseteilen 12,13 an, um die Enden, an denen das Kabel 11 eintritt, gegeneinander vorzuspannen. Der eine Gehäuseteil 13 hai eine geringere Breite als der gegenüberliegende Gehäuseteil 12 und ist somit in diesen Teil hineingepaßt, so daß sich ein relativ geschlossener Aufbau ergibt, der sicherstellt, daß die inneren Bauteile geschützt eingeschlossen sind. Ein passender Zugentlastungsverbindungssfecker 16 für das Kabel 11 ist in ein Ende des Gehäuseteils 13 eingebaut und hält das Kabel U fest, um eine mechanische Beschädigung zu vermeiden. Jeder der Gehäuseteile 12 und 13 weist läng? verlaufende Seitenwände 17 und 18 auf.

Ein aus zwei Teilen bestehender magnetischer Kern 20 ist in den Gehäuseteilen 12, 13 demjenigen Ende gegenüber angebracht, an dem das Kabel 11 eintritt Diese Gehäuseteile 12 und 13 sind aus einem Material hergestellt, das nicht magnetisch ist und dadurch keinen magnetischen Flußweg mit niedrigem Widerstand ausbildet, der die Arbeitsweise des Kerns 20 selbst stören oder beeinflussen kann. Ein geeignetes außerordentlich stoßfestes Kunstharzmaterial kann vorzugsweise zur Herstellung der Gehäuseteile 12,13 verwandt werden. Obwohl angegeben wurde, daß die Gehäuseteile 12,13 aus einem nicht magnetischen Material gebildet sind, können magnetische Materialien verwandt werden, um eine Abschirmung bezüglich äußerer Magnetfelder unter geeigneter Berücksichtigung der Beibehaltung eines Weges mit hohem magnetischen Widerstand zwischen dem Gehäuse oder der Abschirmung und dem magnetischen Kern 20 zu liefern.

Der Kern 20, der aus einer rechtwinklig geformten geschlossenen Schleife besteht, besteht aus zwei K?rnteilen 21 und 22, die in den jeweiligen Gehäuseteilen 12,13 angebracht sind. Die zwei Kernteile 21,22 sind C-förmig und haben Endpole, die aufeinanderstoßen können und somit einen geschlossenen magnetischen Flußweg hervorrufen, wenn die Meßzange auf einen, einen elektrischen Strom führenden Leiter angesetzt ist. Der Einbau der beiden Kernteile 21 und 22 kann in bequemer Weise dadurch erfolgen, daß die Kernteile 21 und 22 in den jeweiligen Gehäuseteilen 12, 13 mittels eines Klebemittels befestigt werden. Jedes der Gehäuseteile 12 und 13 ist so geformt, daß sich im Bereich der Innenfläche des Kerns 20 eine erweiterte öffnung ergibt, durch die der den elektrischen Strom führende Leiter hindurchgehen kann. Ein derartiger Leiter ist in F i g. 1 in unterbrochenen Linien dargestellt und mit C bezeichnet. Jede der Seitenwände 17 und 18 der jeweiligen Gehäuseteile 12 und 13 ist mit entsprechen-

den Ausnehmungen 23 und 24 versehen, die zusammen eine relativ große Öffnung 25 begrenzen, um Leiter verschiedener Stärke bis zu einer maximalen Stärke aufzunehmen, die in dem jeweiligen Kern 20 untergebracht werden kann, Eipe derartige Ausbildung der Ausnehmungen 23 und 24, bei der ihre jeweiligen Umfangskanten in einem geringen Abstand innen von den Innenflächen des Kerns 20 verlaufen, liefert einen den Kern 20 schützenden Aufbau. Die Kanten der Ausnehmungen 23,24 werden somit mit dem Leiter in Berührung kommen und eine Beschädigung des Kerns 20 verhindern.

Eine Anschlußplatte 28 ist im !nieren eines Gehäuseteils 13 angebracht und die Adern des Kabels U sind an ihren entsprechenden Anschlußstiften 29 befestigt. Die elektrische Verbindung mit den Bauteilen des Kerns 20 erfolgt dann einfach durch eine geeignete Verbindung mit den entsprechenden Anschlußstiften 29.

Die Bedienung der Meßzange 10 erfolgt dadurch, daß die Bedienungsperson die Enden des Gehäuses 12 und 13 in der Nähe des Kabels 11 zusammendrückt, um das gegenüberliegende Ende zu öffnen und einer· Leiter C einzuführen oder freizugeben. Das Lösen des Drucks durch die Bedienungspenion ermöglicht es der Drehfeder 15 die Enden der Gehäuseteile 12,13, in denen der magnetische Kern 20 angebracht ist, wieder zu schließen. Dadurch wird ein Leiter C in der öffnung 25, die von den Ausnehmungen 23 und 24 begrenzt wird, eingeschlossen.

Die Anordnung des Kerns 20 eines Hallelements 30 und einer Spule 31 ist in F i g. 2 dargestellt Der in F i g. 2 dargestellte Kern 20 weist zwei C-förmige Kernteile 21 und 22 auf, die in geschlossener Lage dargestellt sind, bilden einen rechtwinklig geformten und geschlossenen magnetischen Weg. Der eine Kernteil 21 besteht aus zwei ähnlichen Teilen 21a und 216, die derart zueinander angeordnet sind, daß sie zusammen das C-förmige Kernteil 21 bilden. Der andere Kernteil 22 ist in einem Stück ausgebildet Beide Kernteile 21 und 22 weisen gegenüberliegende Stirnflächen auf, die in Berührung miteinander kommen, wenn die Meßzange 10 auf einen Leiter C geklemmt wird. Bei dieser Anordnung ist zwischen den Stirnflächen der beiden Kernteile 21 und 22 des Kerns 20 kein Spalt ausgebildet wenn die Meßzange 10 auf einen Leiter Ci geklemmt ist Die zwei Teile 21a und 216 des einen Kernteils 21 sind etwa in der Mitte durch einen relativ schmalen Luftspalt 32 voneinander getrennt In diesem Luftspalt 32 ist das Hall-Element 30 angeordnet, das an die Stirnfläche des Teils 21a gekittet ist die eine Seite des Luftspalts 32 bildet Mehrere elektrische Leiter, die mit diesem Hall-Element 30 verbunden sind, verlaufen um die Außenfläche des magnetischen Kerns 20 herum nach außen und sind an den jeweiligen Anschlußstiften 29 an der AnschluDplatte 28 befestigt.

Auf einem Arm des Kernteils 21a ist die Spule 31 angeordnet Die Spule 31 ist auf eine Kunststoffrolle 33 gewickelt und enthält eine bestimmte Anzahl von Drahtwicklungen 34, die zur Erzeugung eines stabilisierenden magnetischen Feldes notwendig ist. Die Enden der Spule 31 stehen über jeweilige Leitungsdrähte 35 und 36 mit den entsprechenden Anschlußstiften 29 an der Anschlußplatte 28 in Verbindung.

Im folgenden werden typische Abmessungen des in F i g. 2 dargestellten magnetischen Kerns 20 angegeben, die jedoch nur als ein Beispiel für eine Meßzange 10 zum Messen von Strömen im Bereich bis maximal 600 Ampere anzusehen sind. Hin Kern 20 für ein derartiges zurückzufahren ⁵*ⁿd- J^e nachdem, welche Anfangsmagnetisierun? der Ringkern aufwies, ist bei ein und demselben zu messenden Strom durch den Leiter ein unterschiedlich großer Strom durch die Hilfsspule aufzuwenden. Die Gegenstände der US-PS 3649 912 und der GB-PS 9 60668 arbeiten nach derselben »NuI^Abgleichsmethode«.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontaktlosen Messen der Stärke des Stroms durch einen Leiter und eine zugehörige Vorrichtung anzugeben, bei denen auf die Hysterese des verwendeten Magnetkernmaterials zurückzuführende Meßfehler weitgehend ausgeschaltet sind.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst

Bei der angegebenen Meßmethode- wird das in einem magnetischen Kern durch den zu messenden Strom erzeugte Magnetfeld unmittelbar zur Bestimmung der Größe des zu messenden Stroms rrrangezogen. Um Fehler, die durch die Hystereseeigenschpft des. verwendeten Kerns entstehen können, auszuschließen, wird der Magnetkern vor der durchzuführenden Messung entmagnetisiert Die Entmagnetisierung wird erreicht durch ein Magnetfeld mit gedämpftem Wellenzug. Eine dem magnetischen Kern vor der Messung anhaftende Remanenz wird damit vollständig auf den Wert Null zurückgeführt Diese Maßnahme führt zu dem Vorteil, daß man für den Kern magnetisches Material mit stark ausgeprägter Hysterese verwenden kann, ohne die Breite des Luftspalts groß wählen zu müssen. Dadurch lassen sich Ströme über einem weiten Meßbereich erfassen und es können relativ billige Kernmaterialien zur Anwendung kommen. Außerdem erreicht man bei JS kleindimensionierten Luftspalten bessere Meßergebnisse, weil das Magnetfeld in einem kleinen Luftspalt stärker konzentriert ist und nicht so stark nach außen ausbaucht wie bei einem Luftspalt mit größerer Breite. Durch die starke Konzentration des Magnetfeldes in einem Luftspalt kleiner Abmessung gestaltet sich auch die angeschlossene Auswerteschaltung relativ einfach, -da sie mit niedrigem Verstärkungsgrad arbeitten kann. Eine derartige Auswerteschaltung ist nur wenig temperaturempfindlich und weist einen sehr geringen Rauschfaktor auf.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer Meßzange;

F i g. 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht des mit einer Stabilisierungsspule versehenen magnetischen Kerns der Stromzange nach F i g. 1; F i g. 3 eine graphische Darstellung der idealisierten Magnetisierungskurve und des typischen Verlaufs der Hysterese;

Fig.4 das schematische Schaltbild der elektrischen Schaltung für die Stabilisierungsspule; Fig.5 schematisch ein Ausführungsbeispiel des Magnetkerns mit einer angeschlossenen Betriebsschaltung;

Fig. 6, 7 und 8 graphische Darstellungen der Arbeitskennlinien eines magnetischen Kerns für ein ^h'*' Ausführungsbeispiel der Nießzange über jeweils drei Stromarbeitsbereiche bei der Verwendung eines magnetischen Materials geringer Qualität;

Fig.9, 10 und Il ähnliche graphische Darstellungen

Instrument ist in einer Draufsicht etwa quadratisch mit einer Kantenlänge von etwa 6,4 cm ausgebildet. Die Breite der Kernteile beträgt etwa 1,3 cm, woraus sich eine innere öffnung mit einer Länge von etwa 3,8 cm zur Aufnahme des stromführenden Leiters Ci ergibt. Der Luftspalt 32 im Kernteil 21 hat eine Länge von etwa 1,6 mm. Mit einer solchen Meßzange lassen sich Ströme bis zu 600 Ampere messen. Als Material für den magnetischen Kern eignet sich kornorientierter kalt gewalzter Stahl, ('.em 3% Silicium zulegiert ist (Material I). Der Luftspalt 32 kann den speziellen Eigenschaften des zur Herstellung des Kerns verwandten Materials, sowie den maximalen Strommeßanforderungen des Instruments entsprechend größer oder kleiner ausgebildet werden. Obwohl der Kern vorzugsweise einen Schichtaufbau hat, kann er auch einen massiven Aufbau haben.

Wie bereits erwähnt, ist im Luftspalt das Hall-Element 30 angeordnet. Ein typisches Element kann eine Abmessung von 0,25 cm Kantenlänge und 0,5 mm Dicke haben. Dieses Hall-Element kann an die den Luftspalt begrenzende Fläche des Kerns geklebt oder gekittet sein und ist vorzugsweise auf dieser Fläche zentriert.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Spule aus etwa 100 bis 1000 Wicklungen eines Drahtes mit 0,36 mm Stärke bestehen. Es hat sich herausgestellt, daß dieser Draht für den Zweck der Spule 31 insofern geeignet ist, als der Strom, den er führen muß, höchstwahrscheinlich einen Spitzenwert von 200 Milliamperehat.

Das oben angegebene Material I für den Kern ist relativ billig und liefert eine hohe Meßgenauigkeit. Dieses Material I wird weiter unten mit zwei anderen in großem Umfang verwandten Kernmaterialien für Instrumente mit Strommeßsonden verglichen. Die magnetischen Eigenschaften der zum Vergleich herangezogenen Materialien sind derart, daß das oben bezeichnete Material seine Sättigung bei etwa 18 000 Gauß erreicht, während ein Molybdänpcrmalloy-Material (Material III) bei etwa 6000 Gauß gesättigt ist. Ein Material III erreicht an einem Zwischenwert von annähernd 10 000 Gauß seine Sättigung.

Es ist üblich, magnetische Kerne aus einer Anzahl dünner Bleche herzustellen, die schichtweise zusammengesetzt werden, wobei der Aufbau anschließend maschinell auf die gewünschte Form gebracht werden kann. Derartige Kerne zeigen eine Magnetisierungskurve MC und eine Hysterese HC der in F i g. 3 dargestellten typischen Form. Das in F i g. 3 dargestellte Diner ;imm dient lediglich zur Erläuterung und gibt nicht die einzelnen kennlinien eines speziellen Materials \\ ictlcr. Wenn ein Magnetfeld in einem Kern eines typischen magnetischen Materials induziert wird, bestimmt sich die resultierende Flußdichte nach der Magnetisierungskurve MC des im einzelnen verwandten Materials, die die in Fig.3 dargestellte typische Form hat. Das heißt daß bei einer Erhöhung der magnetischen Feldstärke auch die Flußdichte proportional ansteigt und der Magnetisierungskurve MC der relativen Polarität des Feldes entsprechend folgt. Wenn der Kern die Sättigung erreicht, steigt die Flußdichte mit einem weiteren Anstieg des Magnetisierungsfeldes nicht weiter an. Eine Abnahme des Magnetfeldes führte nicht dazu, daß die Magnetisierungskurve der Kurve MC folgt, da die Remanenz und die Flußdichte in einer typischen dynamischen Situation durch die Hysterese bestimmt sind, die in beiden Quadranten relativ symmetrisch verläuft.

Am Kern 20 ist eine Spule 31 angebracht, die periodisch durch einen Strom mit einer gedämpft schwingenden Wellenform erregt wird, der ein magnetisches Feld mit einer ähnlichen Wellenform im Kern induziert, das sich dem magnetischen Feld überlagert, das durch den gemessenen Strom induziert wird. Die periodische Zuführung dieses Stabilisierungsstromes wird im folgenden im einzelnen anhand von Fig.4 beschrieben. Diese Schaltung enthält die Spule 31, deren Klemmen mit einer Erregerschaltung verbunden sind, die einen Kondensator 40 enthält, der wahlweise entweder an die Spule 31 oder an eine geeignete Spannungsquelle Vmittels eines Schalters 41 angeschaltet werden kann. Dieser Schalter 41 ist als einpoliger Zweistellungsschalter dargestellt, dessen Pol entweder mit der Klemme der Spannungsquelle V oder einer Klemme der Spule 31 verbunden werden kann und in einen Kreis mit dem Kondensator 40 geschaltet ist. Die Spannungsquelle V beschickt die Spule 31 mit einem Gleichstrom von etwa 100 Milliampere bei einer Spannung von 30 Volt. Die Aufladung des Kondensators 40 wird dann erzielt, wenn der Schalter 41 sich in einer Stellung befindet, in der der Kondensator 40 in einen Kreis mit der Spannungsquelle geschaltet ist. Wenn der Kondensator aufgeladen ist, kann die Spule 31 über den Schalter 41 erregt werden. Die Entladung des Kondensators 40 durch die Spule 31 erzeugt einen Strom am einer gedämpft schwingenden Wellenform, wie er schematisch in Fig. 4A dargestellt ist. Dieser schwingende Strom hat eine Maximalamplitude von etwa 200 Milliampere und schwingt mit einer Frequenz von annähernd 180 Hertz, wobei der Strom in annähernd 15 Millisekunden auf Null abfällt.

Das durch die Spule 31 induzierte magnetische Feld liegt zusammen mit dem Feld vor, das durch den stromführenden Leiter Ci induziert wird. Die Wirkung dieses gedämpft schwingenden magnetischen Feldes, das einem im wesentlichen gleichförmigen oder statischen magnetischen Feld überlagert ist. besteht darin, daß der Einfluß der Hysterese auf das zunehmende oder abnehmende magnetische Feld von der Messung durch die Vorrichtung ausgeschlossen wird. Tatsächlich bewirkt die Spule 31 durch die periodische Arbeitsweise, daß der magnetische Kern 20 so arbeitet, als hätte er im wesentlichen überhaupt keinen Hysterese-Effekt. Der Kern arbeitet somit über den gesamten Meßbereich auf einer im wesentlichen idealisierten Magnetisierungskurve MC, wie sie in Fi g. 3 dargestellt ist und nicht auf der Hysteresekurve HC.

Dieses durch die Verwendung der Spule 31 auf den Kern 20 erhaltene günstige Ergebnis ist graphisch in F i g. 6 dargestellt. F i g. 6 gibt die stabilisierte und nicht stabilisierte Arbeitskennlinie eines typischen Materials, beispielsweise des Materials I, wieder. Diese graphische Darstellung vergleicht den genau gemessenen Strom, wie er von einem Nebenschlußinstrument bestimmt wird, mit demjenigen Strom, der von einer Meßzange gemessen wird, wobei der Vergleich in Fehlerprozenten des Vollausschlags des genau im Nebenschluß gemessenen Stromes dargestellt ist Zunächst ist anhand der nicht stabilisierten Kennlinie A erkennbar, daß sich bei Zunahme des Stromes in eine positive Richtung eine spezielle Fehlerkennlinie entwickelt Um die Werte für die graphische Darstellung zu bekommen, wurde der Strom durch den Leiter Ci zunächst zunehmend erhöht und dann zunehmend verringert um Werte sowohl im positiven als auch im negativen Strombereich zu

erhalten. Unstetigkeiten zeigen sich im Nullbereich als Folge der Umschaltung der Schaltung für einen positiven und sinen genativen Strom. Diese Unstetigkeiten würden in einer betriebsmäßig ausgelegten Schaltung nicht auftreten. Anschließend erzeugte eine ^r> Abnahme dieses Stromes von seinem Maximalwert, der in t'iesem Fall bei etwa 500 Ampere lag, was eine Arbeitsweise in der Nähe des Sättigungsbereiches zur Folge hat, einen prozentualen Fehler, der relativ höher als derjenige Fehler ist, der während der Zunahme des Stromes festgestellt wurde. Diese gleiche Kennlinie entwickelt sich im allgemeinen auch dann, wenn der Strom in negative Richtung erhöht wird und anschließend auf Null herabgesetzt wird. Tatsächlich wird eine Hüllkurve zur Veranschaulichung dieses charakteristi- ^ sehen Merkmals entwickelt, die durch den Einfluß der Hysterese des speziellen Kernmaterials hervorgerufen wird. Das zeigt deutlich, d->R ein nicht stabilisierter Kern 20 keine reproduzierbaren Ergebnisse für einen bestimmten Strom als Folge des Hysterese-Effektes m liefern kann.

Aus der mit B bezeichneten Kurve, die die Ergebnisse wiedergibt, die mit dem Stabilisierungseffekt erhalten wurden, ist direkt ersichtlich, daß eine ausgezeichnete Wiederholbarkeit oder Reproduzierbarkeit der Mes- " sungen über den gesamten angezeigten Strombereich erhalten wird. Aus dieser graphischen Darstellung ist erkennbar, daß der Fehler immer der gleiche bleibt, unabhängig davon, ob der Strom zunimmt oder ah limmt oder ob die Messungen im positiven oder im w negativen Bereich vorgenommen werden. Das hat zur Folge, daß die Meßzange geeicht werden kann, um exakte Ergebnisse zu liefern, die zuverlässig über den gesamten Arbeitsbereich des Instrumentes wiederholbar sind. Ein weiterer Vorteil ist anhand von Fig.6 erkennbar, der darin besteht, daß relativ genaue Messungen über einen extrem großen Strombereich erhalten werden können, der in diesem Fall bei 1000 Ampere liegt, d. h. von —500 bis +500 Ampere reicht. Es werden insbesondere außerordentlich genaue Ergeb- ^t0 nisse in den unteren Strombereich erhalten, da der prozentuale Fehler auf dem Vollausschlag (500 Ampere) basiert

Untersuchungen wurden für das Material I angestellt, bei dem der Strombereich kleiner gehalten wurde, um jede Möglichkeit der Arbeitsweise im Sättigungsbereich oder in der Nähe des Sättigungsbereiches zu vermeiden. F i g. 7 zeigt eine graphische Darstellung der Werte, die bei einem gemessenen positiven und negativen Maximalstrom von 400 Ampere erhalten wurden. Wiederum zeigt sich klar der naheliegende Vorteil der Stabilisierung in der Gegenüberstellung der sehr nahe beieinanderliegenden Anzeigen für eine Stromzunahme oder -abnähme. Wie bei der stabilisierten Messung Bund der unstabilisierten Messung A ist der bei einer unstabilisierten Messung mit diesem Material hereinkommende Fehler für die meisten Meßverhältnisse nicht akzeptierbar. Dieser klar ersichtliche Vorteil der Stabilisierung zeigt sich weiterhin in Fig.8, wo der maximal gemessene Strom in beiden Richtungen 200 Ampere ^ω betrug.

Dieselben Untersuchungen wurden auch mit einem magnetischen Kern aus dem Material III durchgeführt Diese Untersuchungen erfolgten bei drei verschiedenen Strombereichen insbesondere mit Maximalwerten von 400, 200 und 100 Ampere. In jedem Fall zeigt sich deutlich, daß die Stabilisierung auch eine wesentliche Verbesserung in der Arbeitsweise des aus diesem Material hergestellten Kernes für jeden der drei Strombereiche bewirkt. Ein Vergleich der Kurven in den Fig.9 und 10 mit den Fig.7 und 8 für dieselben Strombereiche bezüglich des Materials I zeigt deutlich, daß das mit Material I genau so gut, wenn nicht gar besser als das wesentlich teurere Material III arbeitet, wenn zusätzlich berücksichtigt wird, daß das mit Material I einen höheren Sättigungswert hat.

Dieselben Untersuchungen wurden in ähnlicher Weise mit einem Kern durchgeführt, der aus dem Material III hergestellt ist. Die Ergebnisse für einen Kern aus diesem Material III sind graphisch in Fig. 12 dargestellt. Wiederum führt die Stabilisierung zu einer markanten Verbesserung, das bereits unter normalen Betriebsbedingungen recht gute Ergebnisse liefert.

Eine vollständigere Schaltung zur Verwendung eines magnetischen Kerns bei der Durchführung von Strommessungen, bei denen der Meßfühler ein Hall-Element ist, das in eine Meßzange eingebaut ist, ist schematisch in Fig.5 dargestellt. Aus Fig.5 ist ersichtlich, daß die Elemente des Kerns, der das Hall-Element 30 und die Spule 31 einschließen, mit dem verschiedenen Bauelementen der zugehörigen Instrumentierung verbunden sind. Diese Instrumentierung schließt eine Schaltung 42 ein, die einen konstanten Hall-Betriebsstrom zum Arbeiten des Hall-Elementes 30 liefert. Die Ausgangsspannungsklemmen des Hall-Elementes 30 stehen mit einem Digitalvoltmeter 43 in Verbindung, das die Ausgangsanzeige sowie ein Zeitsteuersignal für die Arbeit der Stabilisierungsschaltung 44 liefert. Diese Schaltung ist in F i g. 5 dargestellt, wobei der Zeitsteuersignalanschluß durch die Verbindung zwischen dem Voltmeter und der Stabilisierungsschaltung 44 dargestellt ist. In dieser Stabilisierungsschaltung 44 ist eine elektronische Schalteinrichtung 41 verwendet, die automatisch arbeitet, um den Kondensator 40 wieder aufzuladen.

Als Anzeigeinstrument für den gemessenen Strom läßt sich ein Digitalvoltmeter verwenden, bei dem das Eingangssignal zunächst umgewandelt und bei el·, m während dieser Zeit jede Änderung im von einem Leiter C geführten Strom festgestellt wird und eine resultierende oder dazu in Beziehung stehende Anzeige erzeugt wird. Typische Zykluszeiten für derartige Instrumente sind derart gewählt, daß das Voltmeter in der Arbeitsweise der Umwandlung für eine Zeitspanne von annähernd 8 Millisekunden arbeitet und anschließend für die folgenden 200 Millisekunden im stationären Zustand gehalten wird. Im stationären Zustand spricht das Voltmeter nicht auf Änderungen im vom untersuchten Leiter geführten Strom an. Nach dem Ablauf der Zeit, in der das Voltmeter im stationären Zustand gehalten wird, wird das Voltmeter wieder automatisch für eine Umwandlungszeitspanne aktiviert

Diese Voltmeter liefern ein Signal für das Ende der Umwandlungszeitspanne, das in dieser Schaltung dazu verwandt wird, die Stabilisierungsschaltung zu aktivieren und den Kondensator 40 mit der Spule zu verbinden. Dieses Signal tritt am Ende der Umwandlungszeitspanne auf und gibt die optimale Zeit wieder, zu der das Stabilisierungssignal an den Kern gelegt werden sollte. Der Grund dafür liegt darin, daß das Digitalvoltmeter somit nicht durch den Einfluß des stabilisierenden Magnetfeldes gestört wird, das im Kern induziert wird, und kein Fehlersignal aus diesem Grunde liefert oder erzeugt Das Stabilisieningssignal wird vorzugsweise derart zugeführt, daß der erste Scheitel- oder Spitzenwert des durch den Strom mit einer gedämpft

schwingenden Weilenform erzeugten Magnetfeldes eine Polarität hat, die der Polarität des Magnetfeldes entgegengesetzt ist, das durch den zu messenden Strom erzeugt wird. Wenn ein positiver Strom gemessen wird, wird der gedämpfte Stabilisierungsstrom so zugeführt, daß ein in die negative Richtung verlaufender Scheitelwert zuerst an der Spule liegt.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Messen des elektrischen Stromes in einem Leiter, der von einem magnetischen Kern umfaßt wird und in diesem einen magnetischen Fluß erzeugt, der über einen Meßfühler erfaßt wird und der Ermittlung der Stärke des den Leiter durchfließenden Stromes dient, dadurch gekennzeichnet, daß vor der durchzuführenden Messung auf den magnetischen Kern durch wenigstens einen einzigen gedämpften Wellenzug eines Erregerstromes erzeugte Magnetfelder einwirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in kurzen Zeitabständen mehrere Wellenzüge aufgebracht werden und daß die erste Halbwelle des ersten gedämpften Wellenzuges eine magnetische Erregung entgegen der Erregung aufweist, die durch den zu messenden Strom bewirkt wird

3. Anordnung zum Messen des elektrischen Stromes in einem Leiter, der von einem magnetischen Kern umfaßt ist und einen Meßfühler aufweist, der die Größe des magnetischen Flusses im Magnetkern erfaßt und mit einer Spule versehen ist, durch die der magnetische Kern mittels eines Stromes magnetisierbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Meßfühler (30) abgenommene Meßsignal eine Vorrichtung (43) steuert, die -⁴Ie Spule (31) unmittelbar vor der Durchführung einer Messung .mit einem gedämpften Stromwellenzug beaufschlagt

4. Anordnung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine mit der Spule (31) verbundene Vorrichtung (44), die einen Strom mit gedämpft schwingender Wellenform erzeugt

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Halbwelle des Stromwellenzuges durch die Spule (31) im Magnetkern (20) ein Magnetfeld erzeugt, das der Richtung des vom zu messenden Strom durch den Leiter (C) erzeugten Magnetfeldes entgegengerichtet ist.