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Nebenschlußstromwandler
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Bekanntlich dient ein Stromwandler der Anpassung des MeB-signals "Stronn
an den Meßbereich einer Meß- oder Schutzeinrichtupg, d.h. der Erzeugung eines Signals,
das zum MeS-signal in einem festen Größenverhältnis steht. Der klassische Stromwandler
besteht im wesentlichen aus einer den zu messenden Strom führenden Primärwicklung
und Sekundärwicklung in dpr der dem Meßgerät zuzuführenden Strom fließt.
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Beide Wicklungen sind auf einem gemeinsamen Eisenkern aufgebracht.
Das Verhältnis der Windungszahlen von SeXundär- und Frimärwicklung bestimmt dabei
das Übersetzungsverhältnis.
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Grundsätzlich gilt dabei, daß der Wandler nur richtig arbeitet, wenn
zwischen Sekundärwicklung und Primärwicklung Amperewindungsgleichgewicht besteht.
Dies hat zur Folge, daß bei großen Übersetzungsyerhältnissen eine sehr große Zahl
Windungen für die Sekundärwicklung benötigt werden. So würde beispielsweise für
die Messung eines Stromes von 1000 A mittels eines Strommeßgerätes mit einem 10
mA-Meßbereich ein Stromwandler benötigt, dessen Primärwicklung 1 Wrndung und dessen
Sekundärwicklung 100 000 Windungen aufweisen müßte.
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Abgesehen vom Fertigungsaufwand solcher Stromwandler hätte ein solcher
Stromwandler eine so hohe sekundäre Wicklungskapazität, daß er für die Meßtechnik
praktisch unbrauchbar ist. Man behilft sich in einem solchen Fall entweder damit,
daß man höhere Sekundärnennströme (5 A oder 10 A) wählt und diese in einer zusätzlichen
Wandlerstufe weiter herabsetzt oder durch die Verwendung von Meßgeräten mit elektronischen
Eingangsstufen, die als Meßsignal die an einen Bürdenwiderstand im sekundären Wandlerkreis
abfallende Spannung (Bürdenspannung) benutzen. Von Nachteil ist dabei, daß diese
Spannung zur Vermeidung von Meßfehlern relativ hochohmig abgenommen werden muß.
Im übrigen müssen Wandler aus thermischen Gründen die für die Aufnahme des Primärstromes
erforderlochen
Wicklungsquerschnitte besitzen. Ferner muß der Eisenkern
so dimensioniert sein, daß er die Leistung der Sekundärwicklung und der Bürde übertragen
kann. Die Folge sand besonders bei hohen Primärströmen relativ große und kostspielige
Wandler, deren Leistungsbilanz in keinem vernünftigen Verhältnis zu dem außerordentlich
kleinen Leistungsbedarf am Eingang insbesondere elektronischer Meßgeräte steht.
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Diese Nachteile werden durch die erfindungsgemäße Anordnung eines
aktiven Nebenschlußstromwandlers beseitigt.
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Die Stromwandleranordnung insbesondere für große Nennüberset.ungen
ist dadurch gekennzeichnet, daß der zu messende Strom auf minder stens zwei Leiter
verzweigt wird, wobei einer der beiden Leiter die Primärwicklung eines an sich bekannten
aktiven Stromkomparators bildet, und das Stromübersetzungsverhältnis der Anordnung
durch das Produkt aus dem Stromverzweigungsverhältnis der Ströme in der Parallelverzweigung
einerseits und dem sekundären zum primären Windungsverhältnis des Stromkomparators
andererseits bestimmt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel des Prinzips zeigt Fig. 1.
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Der zu messende Strom i wird im Verhältnis der Widerstände R2 und
R1 in die Ströme i' und i-i' aufgeteilt, von denen i' in der Primärwicklung w1 des
Komparatorwandlers 1 fließ, wobei das R1+R2 Übersetzungsverhältnis üR = i/i' = ist,
sofern der Blind-R1 widerstand von w1 vernachlässisbar ist. Der durch i in w1 erzeugte
magnetische Fluß induziert in w3 eine Spannung, die über den Verstärker 2 in an
sich bekannter Weise über einen Verbraucher 3 (Meßgerät) in der Wicklung w2 den
Strom i2 treibt, der sich in einer Regelschleife so ausbildet, daß im Komparatorwandler
Amperewindungsgleichgewicht vorhanden ist. Dabei verschwindet die induktive Komponente
der Wicklung w1. zur wird dann lediglich von den Leiterwiderständen R1 und R2 bestimmt.
Die Übersetzung R1+R2 der gesamten Wandleranordnung beträgt ü = w2/w1 # - .
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R1
Sorgt man für einen guten Wärmekontaki der Leiter,
die die verzweigten Ströme führen, so entsteht bei gleichem Leitermaterial bzw.
bei gleichen Temperaturkoeffizienten kein Einfluß der Temperatur auf die Stromverzweiging.
Da die Ieiterfuhrung der Verzweigung beim Eintritt eines Leiters in den Komparatorwandler
jedoch zwangsläufig unterschiedlich ist und Temperaturänderungen sich nicht immer
sofort ausgleichen können, ist es zweckmäßig, die Verzweigungsleiter aus einem Material
mit kleinen Temperaturkoeffizienten herzustellen. Zusätzlich kann mit dem Primärleiter
ein guter Wärmeleiter mitgeführt werden (z.B. isoliertes Kupferband), der das Temperaturpotential
der beiden Verzweigungsleiter ausgleicht. Der Abgleich der Verzweigungswiderstände
auf ein bestimmtes Verzweigungsverhältnis läßt sich durch nachträgliches Bearbeiten
der Leitermaterialien, beispielsweise durch Verringerllng der Leiterquerschnitte
mittels Bohrungen herbeiführen.
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Fig. 2 zeigt das Ausfiihrungsbeispiel einer solchen Verzweigungsanordnung.
Der zu messende Strom i wird über die Leiter 4 und die Kupferanschlußstücke 5 der
Widerstandsverzweigung R1 und R2 zugeführt. R2 dient als Primärwicklung des Komparatorwandlers
1. Dieser ist hier ein Ferritkopfkern (Die Wicklungen w2 und w3 sind @@@@@ @@@@@@@@@@
@@@ @@@@@@@@@@ @ @@@ @ @@@@@@ @@@@@ @@@ @@ nicht gezeichnet). Die Bohrungen 6 und
7 dienen dabei dem Abgleich der Anordnung.
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Bei sehr hohen Strömen kann R1 als ein Plättchen als Widerstandsmaterial
ausgeführt sein, das als Verbinder mit den Abzweig leitungen R2 zwischen zwei Leiterschienen
geschraubt wird.
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Durch geeignete Leiterführung bzw. Änderungen der Leiterschleifen
läßt sich erreichen, daß die Fehlwinkel beider Zweige gleich groß sind und keine
f4eßfehler verursachen. Die gleiche Wirkung kann auch durch Anbringung von magnetischen
Materialen im Magnetfeld der Leiter erreicht werden, be@spielsweise durch Umfassen
eines Leiters mit einem Eisenkern, beispielsweise einem Eisenpulver-oder Ferritkern
mit einstellbarem Luftspalt.