DE2927348A1

DE2927348A1 - AC METER

Info

Publication number: DE2927348A1
Application number: DE19792927348
Authority: DE
Inventors: Robert C Miller
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1979-07-06
Publication date: 1980-01-24
Also published as: IT7924181A0; AU536476B2; FR2431132B1; IT1122061B; AU4859779A; AR225013A1; GB2026175B; GB2026175A; AU2525984A; FR2431132A1; MX146850A; AU570960B2; BR7904366A

Description

drying. ERNST STRATMANNdrying. ERNST STRATMANN

D-4000 DÜSSELDORF I ■ SCHADOWPLATZ 9D-4000 DÜSSELDORF I ■ SCHADOWPLATZ 9

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Düsseldorf, 4. Juli 1979Düsseldorf, July 4, 1979

47,785-1
794147,785-1
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Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A. Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

WechselstromzählerAC electricity meter

. Die Erfindung betrifft Meßgeräte für elektrische Wechselstromenergie, die die Spannung und den Strom abfühlende Wandler aufweisen, um Signale zu liefern, die auf die Strom- und Spannungskomponente einer elektrischen Energiegröße reagieren, die durch elektronische Meßschaltungen gemessen werden sollen. Insbesondere betrifft die Erfindung solche Meßgeräte, die Strommeßwandler mit Gegeninduktanz besitzen, welche in der Lage sind, stark sich ändernde Werte für die Stromkomponente zu messen, wobei beide Wandler Ausgangssignale von niedrigem Pegel erzeugen, die durch elektronische Meßschaltungen verwendet werden können.. The invention relates to measuring devices for electrical alternating current energy, comprising voltage and current sensing transducers to provide signals responsive to the current and voltage components of a quantity of electrical energy generated by electronic measuring circuits are to be measured. In particular, the invention relates to such measuring devices, the current transducers with mutual inductance, which are able to measure strongly changing values for the current component, where both transducers produce low level output signals which can be used by electronic measurement circuitry.

Einrichtungen für die Messung von elektrischer Wechselstromenergie werden von den Herstellern elektrischer Energie in weitem Umfange zur Messung des Verbrauchs durch verschiedene Energieverbraucher benutzt. Typischerweise werden Wattstundenzähler zur Anzeige des Verbrauchs in Kilowattstunden verwendet. Die Wattstundenzähler sind üblicherweise von der Induktionsbauart mit einer rotierenden Scheibe, weil sich diese Zähler als sehr zuverlässig und genau erwiesen haben und zu vernünftigen Kosten erhältlich sind und außerdem in der Lage sind, auch im FreienDevices for measuring alternating current electrical energy are widely used by the manufacturers of electrical energy to measure the consumption of various energy consumers. Typically watt hour meters are used used to display consumption in kilowatt hours. The watt hour meters are usually of the induction type with a rotating disc because these meters have proven very reliable, accurate and at a reasonable cost are available and are also capable of being outdoors

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Postscheck. Berlin west (BLZ lOOlOOIOi I3273Ö-109 · DiUTSCHEBANKiBLZ 300700 10) 6 16O253Postal check. Berlin west (BLZ lOOlOOIOi I3273Ö-109DiUTSCHEBANKiBLZ 300700 10) 6 16O253

unter stark sich ändernden Temperaturbedingungen sowie anderen Umgebungsbedingungen zu arbeiten.under widely changing temperature conditions as well as others Environmental conditions to work.

Es ist auch bereits bekannt, Wechselstromenergiegrößen wie Kilowattstunden, Voltamperestunden, reaktive Voltamperestunden mit elektronischen Meßschaltkreisen zu messen. Typischerweise liefern Strommeßtransformatoren Signale, die proportional zur Spannungsund Stromkomponente einer zu messenden elektrischen Energiegröße sind. In einer Art von Meßschaltkreis sind auch analoge Multiplikatorschaltkreisanordnungen bekannt, die so ausgeführt sind, daß sie ein Signal erzeugen, das proportional zum Zeitintegral des Produktes von Spannungs- und Stromkomponente ist. Ein bekannter elektronischer Meßschaltkreis, bei dem Spannungs— und Stromsignale einer Halbleitereinrichtung zugeführt werden, besitzt eine logarithmische Rechencharakteristik. Es wird von diesem Gerät ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zu dem Produkt von Spannungs- und Stromsignal ist und einen gemessenen Wert der elektrischen Energiegröße darstellt.It is also already known to measure alternating current energy quantities such as kilowatt hours, Volt ampere hours, reactive volt ampere hours with to measure electronic measuring circuits. Typically deliver Current measuring transformers Signals that are proportional to the voltage and Are the current component of an electrical energy variable to be measured. In one type of measuring circuit, analog multiplier circuit arrangements are also known which are designed so that they generate a signal that is proportional to the time integral of the product of the voltage and current components. A friend electronic measuring circuit in which voltage and current signals are supplied to a semiconductor device a logarithmic calculation characteristic. This device generates an output signal that is proportional to is the product of the voltage and current signal and represents a measured value of the electrical energy quantity.

Ein anderer bekannter analog arbeitender Wechselstromenergiemeßschaltkreis der Multiplikatorbauart wird als ein Meßschaltkreis bezeichnet, der von der Zeitteilungs- und Multiplikationsbauart ist. Ein Spannungssignal wird abgetastet, um ein variables pulsbreitenmoduliertes Signal zu erhalten, das der sich ändernden Spannungskomponente entspricht. Ein Stromkomponentensignal wird mit einer Rate abgetastet, die auf die Signale mit der variablen Pulsbreite reagiert. Es ergibt sich ein Ausgang, der aus einer Serie von Impulsen besteht, die Amplituden aufweisen, die proportional zu den augenblicklichen Stromwerten sind, sowie Impulsbreiten, die proportional zu den augenblicklichen Spannungswerten sind. Die sich ergebenden Impulssignale werden gefiltert, um einen Durchschnittswert oder Gleichstrompegel zu erhalten, der proportional zur gemessenen Wechselstromenergie ist. Das Durchschnittswertsignal steuert einen Spannungs-Frequenz-Umsetzungsschaltkreis , wobei integrierende Kondensatoren verwendet werden. Unterschiedliche Frequenzimpulse des Umsetzungsschaltkreises werden aufsummiert, so daß eine Gesamt-Another known analog AC power meter circuit the multiplier type is referred to as a measuring circuit which is of the time division and multiplication types. A voltage signal is sampled to produce a variable To obtain a pulse width modulated signal that corresponds to the changing voltage component. A current component signal is sampled at a rate that is responsive to the signals having the variable pulse width. There is an exit which consists of a series of pulses with amplitudes proportional to the instantaneous current values as well as pulse widths that are proportional to the instantaneous voltage values. The resulting pulse signals are filtered to an average value or DC level which is proportional to the measured AC energy. The average value signal controls a voltage-to-frequency conversion circuit , using integrating capacitors. Different frequency pulses of the Conversion circuit are summed up so that an overall

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impulszählung ein Maß des elektrischen Energieverbrauchs ist.pulse counting is a measure of electrical energy consumption.

Bei einem anderen bekannten Meßschaltkreis werden Spannungsund Stromkomponenten einer zu messenden elektrischen Energiegröße einem Hall-Generator zugeführt. Der Ausgang des Hall-Generators liefert ein Signal, das proportional zum Produkt von dem Spannungs- und Stromsignaleingang ist. Der Hall-Generatorausgang wird einem Transformator mit sättigbarem Kern zugeführt, der eine Integrationseinrichtung darstellt, um Impulse zu erzeugen, die proportional zum Zeitintegral des Hall-Generatorausganges oder der zu messenden elektrischen Energie ist. Die Spannungs- und Stromeingänge für den Hall-Generator werden von abnehmbaren Kontaktanschlüssen eines abnehmbaren Wattstundenzählers zugeführt.In another known measuring circuit, voltage and current components of an electrical energy variable to be measured are fed to a Hall generator. The output of the hall generator provides a signal proportional to the product of the voltage and current signal inputs. The hall generator output is fed to a transformer with a saturable core, which is an integrator to generate pulses, which is proportional to the time integral of the Hall generator output or the electrical energy to be measured. the Voltage and current inputs for the Hall generator are taken from removable contact connections on a removable watt-hour meter fed.

Eine noch andere bekannte Wechselstromenergiemeßeinrichtung sowie ein Verfahren sind bekannt, gemäß dem die Spannungskomponente einer zu messenden elektrischen Energiegröße durch elektrische Schaltkreisverfahren zu einem Signal umgesetzt werden, das proportional zum Zeitintegral der Spannungskomponente ist. Das Zeitintegralspannungssignal wird mit stufenförmig sich erhöhenden Bezugspegeln verglichen. Jedesmal dann, wenn ein Bezugspegel erreicht wird, wird die Augenblicksgröße der Stromkomponente abgetastet und zu Digitalsignalen umgesetzt. Diese Digitalsignale werden summiert, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das der Messung der Wechselstromenergiegröße in Wattstunden entspricht. Durch den vorgenannten Schaltkreis werden einige der durch Komponentendrift entstehenden Nachteile bekannter analoger Multiplikatorschaltkreise vermieden.Still another known AC energy meter and method are known in which the voltage component an electrical energy variable to be measured is converted into a signal by electrical circuit processes, which is proportional to the time integral of the voltage component. The time integral voltage signal is increasing in steps Reference levels compared. Every time a reference level is reached, the instantaneous magnitude of the current component becomes sampled and converted to digital signals. These digital signals are summed to produce an output signal which corresponds to the measurement of the amount of alternating current energy in watt hours. Through the aforementioned circuit, some of the disadvantages of known analog multiplier circuits caused by component drift are avoided.

Ein weiteres Beispiel für einen elektrischen Energiemeßschaltkreis führt die Analog-Digital-Abtastung der Spannungs- und Stromkomponenten für die nachfolgende Verarbeitung und Kalkulation durch. Eine Anzahl von unterschiedlichen elektrischen Energieparametern werden durch digitale Rechenschaltkreisverfahren berechnet.Another example of an electrical energy metering circuit carries out the analog-digital sampling of the voltage and current components for the subsequent processing and calculation by. A number of different electrical energy parameters are calculated by digital computing circuitry calculated.

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Bei allen vorgenannten Schaltkreisverfahren für die Messung der elektrischen Energie werden die Spannungs- und Stromeingänge für den Wechselstromenergiemeßschaltkreis direkt von der Leitungsspannung und dem Leitungsstrom geliefert, oder durch Instrumententransformatoren, die Signale erzeugen, die proportional zur LeitungsSpannungskomponente und LeitungsStromkomponente der zu messenden elektrischen Energiegröße sind. Obwohl elektrische Schaltkreise in kleinen Signalbereichen betriebsfähig sind, sind die elektrischen Leitungsspannungen und -ströme und mehrere Größenordnungen höher. Die Meßwandler, die die auf den Strom und die Spannung reagierenden Eingänge für die Meßschaltkreise liefern, müssen daher große Transformationsverhältnisse besitzen. Auch muß die Meßcharakteristik des Wandlers linear sein, wobei die Proportionalitätsverhältnisse zwischen Eingang und Ausgang konstant sind. Im Falle eines Stromwandlers muß über einen weiten Bereich von zu messenden Stromwerten die Meßantwort linerar sein.In all of the above circuit procedures for measurement the electrical energy, the voltage and current inputs for the AC energy measuring circuit are supplied directly from the line voltage and the line current, or through instrument transformers, which generate signals proportional to the line voltage component and line current component the electrical energy quantity to be measured. Though electric Circuits are operational in small signal areas are the electrical line voltages and currents and several orders of magnitude higher. The transducers that provide the current and voltage responsive inputs to the measurement circuits must therefore have large transformation ratios own. The measurement characteristics of the transducer must also be linear, with the proportionality relationships between Input and output are constant. In the case of a current transformer, the Measurement response be linear.

In der US-Patentschrift 32 26 641 wird ein elektronischer Watt-Meßschaltkreis beschrieben, der einen einzigen Luftkernstromtransformator aufweist, welcher eine aus vielen Windungen bestehende Primärwicklung besitzt, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das proportional zu einem Laststrom ist. Das Ausgangssignal wird einem Integrationsschaltkreis zugeführt, der einen Operationsverstärker umfaßt, so daß das Stromtransformatornetzwerk ein Spannungssignal liefert, das proportional zu und in Phase mit dem gemessenen Laststrom ist, welches Signal einem elektronischen Quadrantenquadriermultiplikationsschaltkreis zugeführt wird.In US Pat. No. 3,226,641 there is an electronic watt measurement circuit described of a single air-core current transformer which has a multi-turn primary winding to generate an output signal, which is proportional to a load current. The output signal is fed to an integration circuit, the one Operational amplifier includes so that the current transformer network provides a voltage signal proportional to and in Phase with the measured load current is which signal is transmitted to an electronic quadrant quadrant multiplication circuit is fed.

Bei typischen elektrischen Energiemessungen am Ort des Energieverbrauchers wird elektrische Energie mit beispielsweise 50 oder 60 Hz von im wesentlichen konstanter Leitungsspannung von entweder 12O oder 240 (Vereinigte Staaten von Amerika) oder 220 V (Deutschland) geliefert, wodurch die Spannungskomponente der zu messenden elektrische Energiegröße definiert wird. Andererseits verändern sich die Ströme, die die Stromkomponente derIn typical electrical energy measurements at the location of the energy consumer, electrical energy is, for example, 50 or 60 Hz of substantially constant line voltage of either 12O or 240 (United States of America) or 220 V (Germany) are supplied, reducing the voltage component the electrical energy quantity to be measured is defined. On the other hand, the currents that are the current component of the change

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zu messenden elektrischen Energiegröße bilden, aufgrund unterschiedlicher Lasten erheblich. Soll die Messung zur Abrechnung vorgenommen werden, wird eine im wesentlichen linerare Abhängigkeit in einem allgemeinen Bereich gewünscht, der von 0,5 A bis 200 A reicht, d. h., ein Stromänderungsverhältnis von ungefähr 400:1. Mit Leitungsstromwerten von mehr als 200 A und weniger als 1/2 A treten bei manchem System Verschlechterungen der linearen Abhängigkeit auf. Entsprechend können übliche Potentialtransformatoranordnungen praktische Spannungsmeßwandler darstellen. Bei Stromwandlern, die die vorgenannten erheblichen Eingangsänderungen empfangen, wobei das Verhältnis in der Größenordnung von 400:1 liegt, und bei denen niedrige Signalausgangspegel erforderlich sind, sind Anordnungen notwendig, die oftmals erhebliche Größe und erhebliche Kosten bedingen. Wenn es gewünscht wird, elektronische Wechselstromenergiemeßschaltkreise und -einrichtungen herzustellen, die verhältnismäßig kompakt und bezüglich der Kosten vergleichbar mit den vorgenannten herkömmlichen Wattstundenzählern vom Induktionstyp sind, stellen die Spannungs- und Strommeßwandler erhebliche Beiträge bezüglich der Gesamtgröße und der Gesamtkosten derartiger Einrichtungen. Es ist bei genauen Stromtransformatorenwandlern bekannt, daß die Amperewindungen der Primärseite und die der Sekundärseite gleich sein müssen, und da die Strompegel in der Primärwicklung 4OO Amperewindungen erzeugen können, wird die Größe der Sekundärwicklung ganz erheblich, damit ein linearer niedrigpegeliger Signalausgang für die Stromtransformatoren sich ergibt, so daß diese Transformatoren umfänglich und ziemlich kostspielig werden.Form to be measured electrical energy quantity, due to different Loads considerably. If the measurement is to be carried out for billing purposes, there is an essentially linear dependency desired in a general range ranging from 0.5 A to 200 A; i.e. i.e., a current change ratio of approximately 400: 1. With line currents greater than 200 A and less than 1/2 A, some systems experience degradation of the linear dependence. Conventional potential transformer arrangements can accordingly represent practical voltage transducers. In the case of current transformers, the aforementioned significant input changes received, with the ratio on the order of 400: 1, and with low signal output levels Are required, arrangements are necessary, which often involve considerable size and cost. If it is desired, electronic AC energy metering circuitry and to produce devices which are relatively compact and comparable in terms of cost to the aforementioned conventional ones When watt-hour meters are of the induction type, the voltage and current transducers make significant contributions to them the overall size and cost of such facilities. It is known in accurate current transformer converters that the ampere-turns of the primary side and those of the secondary side must be the same, and since the current levels in the primary winding Can generate 400 ampere-turns, the size of the secondary winding becomes quite significant, thus a linear low level Signal output for the current transformers results, making these transformers bulky and quite expensive.

Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung von elektronischen Wechselenergiemeßschaltkreisen, die außerordentlich zuverlässig und genau sind und so ausgeführt sind, daß sie mit einer Standardverbindung mit Leitern in Verbindung gebracht werden, die die zu messende elektrische Energie liefern, wobei insbesondere an den Ort des Verbrauchers für die elektrische Energie gedacht ist, wobei der Strommeßwandler dieser Einrichtungen kompakt sein sollte, als Massenprodukt mittels ökonomischer Herstellungsverfahren herstellbar sein sollte undThe main object of the present invention is to provide electronic alternating energy measuring circuits which are extremely reliable and accurate and are designed so that they are associated with a standard connection with conductors that provide the electrical energy to be measured, where in particular the place of the consumer for the electrical energy is intended, with the current transducer of this Facilities should be compact, should be able to be manufactured as a mass product by means of economical manufacturing processes and

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außerdem so arbeiten sollte, daß er niedrigpegelige Signalausgänge liefert, die genau auf große Änderungen des zu messenden Laststromes reagieren.should also operate to have low signal outputs that react precisely to large changes in the load current to be measured.

Die Erfindung wird gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs ge-' löst.The invention is according to the features of the main claim ' solves.

Die Erfindung besteht somit in einem Wechselstromenergiemeßgerät, das eine elektronische Meßschaltung besitzt, die Analogsignale verarbeitet, welche der Leitungsstrom- und Leitungsspannungskomponente einer elektrischen Wechselstromenergiegröße entspricht, die zur Erzeugung von elektronischen Signalen gemessen werden, welche quantisierte Größen der elektrischen Energie repräsentieren. Erfindungsgemäß besteht das Meßgerät aus einem Spannungsmeßwandler für parallelen Anschluß an die Leitungsspannungskomponente, um eine Spannung zu erzeugen, die auf das analoge Spannungssignal reagiert, das proportional zu der Leitungsspannungskomponente ist. Des weiteren aus einem Strommeßwandler mit großen ersten und zweiten Strommeßwandlerleitungseinrichtungen zum Serienanschluß mit der Leitungsstromkomponente, wobei diese erste und zweite Leitungseinrichtüng einen Primärwicklungsteil zur Erzeugung von magnetischen Flußänderungen umfaßt, die auf Größe und Rate der Änderungen des elektrischen Stromflusses in der Primärwicklung reagieren. Der Strommeßwandler umfaßt ferner sekundäre Wicklungseinrichtungen, die mit dem von dem Primärwicklungsteil erzeugten magnetischen Flußänderungen magnetisch verkoppelt ist, wobei der Fluß durch einen Luftspalt hindurchtreten muß, wobei in den sekundären Wicklungseinrichtungen durch die Magnetflußänderungen eiie auf diese reagierende elektromotorische Kraft erzeugt wird, so daß die Sekundärwicklungseinrichtung einen Strom erzeugt, der auf das analoge Spannungssignal reagiert, welches proportional zu den Summen der Zeitableitungen des Stromflusses von sowohl dem ersten als auch dem zweiten großen Leiter ist, und zwar über das gesamte Verhältnis der Stromänderungen bis zu etwa dem Verhältnis von 400:1, wobei sowohl die spannungs- als auch die stromabhängigen analogen Spannungssignale so ausgeführt sind,The invention thus consists in an ac energy meter having electronic measuring circuitry that processes analog signals which are the line current and line voltage components corresponds to an alternating current electrical energy quantity measured to generate electronic signals which represent quantized quantities of electrical energy. According to the invention, the measuring device consists of a voltage transducer for parallel connection to the line voltage component, to create a voltage responsive to the analog voltage signal proportional to is the line voltage component. Furthermore, a current transducer with large first and second current transducer line devices for series connection with the line current component, these first and second line devices comprises a primary winding part for generating magnetic flux changes, the size and rate of changes in the electrical current flow in the primary winding react. Of the Current transducers also include secondary winding devices, the magnetic flux changes generated by the primary winding part is magnetically coupled, the flux through an air gap must pass through, being in the secondary Winding devices by the changes in magnetic flux eiie this responsive electromotive force is generated so that the secondary winding device generates a current which on the analog voltage signal reacts, which is proportional to the sums of the time derivatives of the flow of current from both that first and second large conductors, namely over the total ratio of the current changes up to about the ratio of 400: 1, with both the voltage and the current-dependent analog voltage signals are designed in such a way that

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daß sie an Eingänge der elektronischen Meßschaltung angeschlossen werden können, die eine hohe Impedanz aufweisen und einen niedrigen Signalpegel benötigen.that they can be connected to inputs of the electronic measuring circuit, which have a high impedance and a need low signal levels.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind.The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments which are shown in the drawings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 in einer Diagrammansicht, die ein elektrisches Schaltungsbild einschließt, einen elektrischen Wechselstromenergiemesser mit einem Gegeninduktanzstrommeßwandler gemäß der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a diagrammatic view showing an electrical circuit diagram includes an AC electrical energy meter with a mutual inductance current transducer according to the present invention;

Fig. 2 in einer Seitenansicht mit weggebrochenen Teilen das in Fig. 1 dargestellte Wechselstromenergiemeßgerät;FIG. 2 shows, in a side view with parts broken away, the alternating current energy measuring device shown in FIG. 1; FIG.

Fig. 3 eine Querschnittsansicht von vorne bezüglich Fig. 2 längs der Achse III-III bei Blickrichtung in Richtung der Pfeile;3 shows a cross-sectional view from the front with respect to FIG. 2 along the axis III-III when looking in the direction of arrows;

Fig. 4 eine Frontansicht einer anderen Ausführungsform des in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Strommeßwandlers, einschließlich einem elektrischen Schaltkreisdiagramm zum Anschluß an eine darin enthaltene Kompensationsanordnung ;Fig. 4 is a front view of another embodiment of the The current transducer illustrated in Figures 1, 2 and 3 including an electrical circuit diagram for connection to a compensation arrangement contained therein;

Fig. 5 eine Vorderansicht eines weiteren alternativen Gegeninduktanzstrommeßwandlers der Luftkernbauart, um den in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Wandler zu ersetzen; Figure 5 is a front view of another alternative mutual inductance current transducer the air core type to replace the transducer shown in Figures 1, 2 and 3;

Fig. 6 eine Vorderansicht mit teilweise weggebrochenen Teilen einer anderen Ausführungsform eines erfindungsgemäß aufgebauten Wechselstromenergiemeßgerätes mit einem gegenüber der Fig. 1 abgewandelten Gegeninduktanzstrommeßwandler; Fig. 6 is a front view with partially broken away parts of another embodiment of one according to the invention constructed alternating current energy measuring device with a opposite inductance current transducer modified compared to FIG. 1;

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Fig. 7 eine perspektivische Ansicht — wobei Teile entfernt wurden - von zwei getrennten Einheiten von Gegeninduktanzstrommeßwandlern/ die in Fig. 6 dargestellt sind und die außerdem eine Abschirmanordnung umfassen; undFigure 7 is a perspective view with parts removed - from two separate units of mutual inductance current transducers / which are shown in Figure 6 and which also include a shielding arrangement; and

Fig. 8 ein elektrisches Schemadiagramm des in Fig. 6 dargestellten Meßgerätes. FIG. 8 is an electrical schematic diagram of the meter shown in FIG.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung umfaßt ein elektronischer Wattstundenmeßschaltkreis einen Gegeninduktanzstrommeßwandler, der sekundäre Wicklungseinrichtungen aufweist, die mit primären Wicklungseinrichtungen induktiv verkoppelt sind, welche eine Stromkomponente der zu messenden elektrischen Energie führen. Der Wandler reagiert auf weite Verhältnisse von Stromveränderungen und erzeugt am Sekundärausgang Analogsignale für die Wechselstromenergiemessung, die proportional zu den Zeitableitungen des Stromes sind. Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform wird der Wandler von einem geschichteten magnetisch permeablen Kern gebildet, wobei in dem Weg des Magnetflusses, der die Primärwicklung mit der Sekundärwicklung verbindet, ein Luftspalt vorgesehen ist. Leiter, die hohe Ströme führen, bilden jeweils eine Primärwicklung mit einer Windung, die in enger induktiver Kopplung mit dem Kern angeordnet ist. Durch den in den großen Leitern fließenden und zu messenden Stromfluß wird ein Magnetfluß im Kern und durch den Luftspalt hindurch erzeugt. Eine Sekundärwicklung ist in enger induktiver Beziehung zu dem Kern angeordnet, um eine induzierte Spannung e^ = M · di/dt zu erzeugen, wobei-M die Gegeninduktanz zwischen dem Primär- und dem Sekundärkreis und di/dt die Zeitableitung des Primärstroms ist. Gemäß der obigen Gleichung stellt das Sekundärsignal e^ die Zeitableitung des Primärstromes dar, wenn Primär- und Sekundärwicklung mit oder ohne Magnetkern miteinander verkoppelt sind. Es ist eine wichtige Eigenschaft, daß ein im wesentlichen sehr niedriger Strom in der Sekundärwicklung fließt, wenn diese an die elektronische Schaltung mit hoher Impedanz angeschlossen ist. Somit repräsentiert das induzierte Spannungssignal e_i dieIn accordance with the present disclosure, an electronic watt-hour measuring circuit includes a mutual inductance current transducer having secondary winding devices that are inductively coupled to primary winding devices that carry a current component of the electrical energy to be measured. The converter reacts to wide ratios of current changes and generates analog signals at the secondary output for AC energy measurement, which are proportional to the time derivatives of the current. According to a preferred embodiment, the transducer is formed by a layered magnetically permeable core, an air gap being provided in the path of the magnetic flux that connects the primary winding to the secondary winding. Conductors that carry high currents each form a primary winding with one turn, which is arranged in close inductive coupling with the core. The current flowing in the large conductors and to be measured generates a magnetic flux in the core and through the air gap. A secondary winding is placed in close inductive relationship with the core to produce an induced voltage e ^ = M * di / dt, where-M is the mutual inductance between the primary and secondary circuits and di / dt is the time derivative of the primary current. According to the above equation, the secondary signal e ^ represents the time derivative of the primary current when the primary and secondary windings with or without a magnetic core are coupled to one another. It is an important property that a substantially very low current flows in the secondary winding when it is connected to the high impedance electronic circuit. Thus, the induced voltage signal e _{i represents} the

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Zeitableitung der Leitungss troitikomponente der zu messenden elektrischen Energiegröße und liefert wirksam das stromabhängige analoge Eingangssignal für einen elektronischen Wechselenergiemeßschaltkreis, der auch ein spannungsabhängiges analoges Eingangssignal e aufnimmt. Das Signal e. wird in dem Wechselstromenergiemeßschaltkreis zusammen mit dem Signal e , das die Leitungsspannungskomponente der zu messenden Energie repräsentiert, verarbeitet, um ein für den Verbrauch an Wechselstromenergie repräsentatives Signal zu erzeugen. Der Schaltkreis leitet das Zeitintegral des Produktes aus Spannungs- und Stromkomponente einer elektrischen Energiegröße über ein vorbestimmtes Zeitintervall her, um eine Energiemessung in Wattstunden zu liefern.Time derivative of the line troitic component of the electrical to be measured Energy quantity and effectively supplies the current-dependent analog input signal for an electronic alternating energy measuring circuit, which also picks up a voltage-dependent analog input signal e. The signal e. is in the AC power measuring circuit together with the signal e, which represents the line voltage component of the energy to be measured, processed to produce a signal representative of AC power consumption. The circuit directs that Time integral of the product of the voltage and current components of an electrical energy quantity over a predetermined time interval to provide an energy measurement in watt hours.

Die Benutzung eines Magnetkerns erhöht die induktive Kopplung zwischen der primären und sekundären Wicklung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, jedoch kann die nichtlineare magnetische Eigenschaft des Kernes zu einer gegebenen Änderung im Strom führen, wodurch eine präzise proportionale Änderung des Flusses in dem magnetischen Material der Spule nicht erzeugt wird. Eine Kompensationsanordnung ist gemäß einer Ausführungsform dadurch vorgesehen, daß geschichtete Nebenschlußstege den Luftspaltraum des Kernes überbrücken. Die Kompensationsnebenschlußstege sättigen sich bei hohen Flußdichten, um Nichtlinearitäten bei niedrigen Flußdichten innerhalb des Kernes zu kompensieren, die zumindest teilweise durch die nichtlineare Änderung der Permeabilität mit der magnetischen Induktion in dem magnetischen Material, das den Kern bildet, entstehen. Auf diese Weise wird eine stärker lineare Antwort des Ausgangssignals e. bei niedrigeren gemessenen Stromwerten erzeugt. Die Effekte der nichtlinearen Antwort des Magnetkernmaterials wird weiter dadurch verkleinert, daß große Luftspaltabstände benutzt und Materialien mit hoher Anfangspermeabilität verwendet werden.Using a magnetic core increases the inductive coupling between the primary and secondary windings in accordance with one embodiment of the invention, however, the nonlinear magnetic property of the core can lead to a given change in Conduct current, thereby creating a precisely proportional change in flux in the magnetic material of the coil will. According to one embodiment, a compensation arrangement is provided in that layered shunt webs Bridge the air gap of the core. At high flux densities, the compensation shunts become saturated with non-linearities at low flux densities within the core to compensate, at least in part, by the non-linear change the permeability arise with the magnetic induction in the magnetic material that forms the core. To this Way, a more linear response of the output signal e. generated at lower measured current values. The effects the non-linear response of the magnetic core material is further reduced by using large air gap distances and Materials with high initial permeability can be used.

Eine weitere Kompensationsanordnung umfaßt eine kompensierende Flußaufnahmespule, die angrenzend zum Luftspalt angeordnet ist. Rand- oder Streuflußdichten an dem Luftspalt erzeugen proportional größere Flußdichten bei niedrigeren Flußwerten, als esAnother compensation arrangement includes a compensating flux receiving coil which is disposed adjacent to the air gap. Edge or leakage flux densities at the air gap produce proportionally greater flux densities at lower flux values than it

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bei höheren Flußwerten der Fall ist. Die Ausgänge der Kompensationsaufnahmespule und der Sekundärwicklung werden beide einem Summierverstärker zugeführt. Der Summierverstärkerausgang liefert eine induzierte Spannung e., die proportional zur Zeitableitung des Primärstromes (di/dt) ist, welcher mehr linear auf niedrige Flußdichten im Kern reagiert. Die Kompensationsanordnungen mögen nicht vollständig eine konstante lineare Magnetantwort erreichen, jedoch ist eine weitere Kompensation in den elektrischen Energiemeßschaltkreisen durch deren Modifikation möglich, so daß in den Meßschaltkreisen zu den nichtlinearen Wandlerausgangscharakteristika entgegengesetzte Antwortcharakteristika entstehen, so daß sich insgesamt ein linearer Ausgang bezüglich des Wandlereingangsstromes ergibt. is the case at higher flow values. The outputs of the compensation pickup coil and the secondary winding are both fed to a summing amplifier. The summing amplifier output delivers an induced voltage e. which is proportional to the time derivative of the primary current (di / dt), which is more linear to low Flux densities in the core reacts. The compensation arrangements may not completely achieve a constant linear magnetic response, however, there is further compensation in the electrical energy metering circuitry possible by their modification, so that in the measuring circuits to the non-linear converter output characteristics opposite response characteristics arise, so that overall a linear output with respect to the converter input current results.

Gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Anordnung sind Teile des Induktionswattstundenmeßgerätes mit einer modifizierten Form sowohl für den Spannungselektromagnetabsehnitt als auch für den Stromelektrömagnetabschnitt versehen, wobei die gleiche Spannungs- und Stromwicklung und die zugehörigen Magnetkerne verwendet werden, wie bei einem elektromechanisch arbeitenden Zähler mit magnetisch angetriebener Scheibe. Eine sekundäre Wicklung ist in dem Spannungsabschnitt vorgesehen, um ein auf die Leitungsspannung reagierendes Analogsignal e zu erzeugen, das proportional zur Spannungskomponente einer elektrischen Energiegröße ist. Eine Sekundärwicklung ist auf dem Stromkern des Wattstundenzählers vorgesehen, um ein auf den Leitungsstrom reagierendes analoges Signal e. zu erzeugen. Die Elektromagnetabschnitte des Induktionsmeßgerätes sind in herkömmlicher Weise auf eine Wattstundenzählerbasis montiert, die Blattanschlüsse zur Montage von dazu passenden Sockelanschlüssen in einer Zählermontagebox trägt. Eine Primärwicklung des Spannungsabschnittes ist über zwei Netzleitungen angeschlossen und zwei Primärwicklungen mit schwerem Leiter für den Stromabschnitt sind mit den Netzleitungen in Serie geschaltet, indem diese an die Blattanschlüsse angeschlossen sind. Die Sekundärwicklungen des Spannungsund Stromabschnittes erzeugen zur Spannung und zum Strom analoge Signale aufgrund der in den Netzleitungen fließenden elektrischenAccording to one embodiment of the present arrangement are Parts of the induction watt hour meter with a modified one Shape for both the voltage electromagnet section and provided for the current electric magnet section, with the same voltage and current winding and the associated magnetic cores can be used, as in an electromechanical counter with a magnetically driven disk. A secondary one Winding is provided in the voltage section to an on to generate the line voltage responsive analog signal e proportional to the voltage component of an electrical Energy quantity is. A secondary winding is provided on the power core of the watt-hour meter to provide a line current responsive analog signal e. to create. The solenoid sections of the induction meter are conventional Mounted on a watt-hour meter base, the blade connections for mounting matching socket connections in a meter mounting box wearing. A primary winding of the voltage section is connected via two power lines and two primary windings with a heavy conductor for the current section are with the Power lines connected in series by connecting them to the blade terminals. The secondary windings of the voltage and Current sections generate signals analogous to voltage and current due to the electrical flowing in the power lines

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Energiegröße. Die Spannungs- und Stromanalogsignale werden einem zugehörigen Wechselstromenergiemeßschaltkreis zugeführt, der auf dem Zählerrahmen montiert ist. Der Rahmen trägt auch die Elektromagnetabschnitte des Meßgerätes, so daß die vollständige Wattstundenmeßeinrichtung ein herkömmliches Meßgehäuse einschließlich einer becherförmigen Abdeckung umfaßt, die auf die Meßgerätbasis montiert sind.Energy size. The voltage and current analog signals are applied to an associated AC energy measuring circuit, the is mounted on the meter frame. The frame also supports the electromagnet sections of the meter so that the complete Watt-hour meter comprises a conventional meter housing including a cup-shaped cover that extends onto the meter base are mounted.

Gemäß einer anderen Ausführungsform des mit Magnetkern versehenen Strommeßwandlers wird dieser Kern in Schichtkonfiguration gebildet, wobei die Schichten aus Streifen von magnetisch permeablem Material gebildet sind, die an im Abstand zueinander liegenden Stellen um die Longitudinalachse herum gebogen sind, so daß die Enden davon im Abstand zueinander liegen, um einen vorbestimmten magnetischen Luftspalt zu bilden. Das Kernmaterial ist aus orientiertem Magnetstahl mit höherer Anfangspermeabilität hergestellt. Zwei Primärwicklungen des Kerns sind für Serienanschluß mit zwei Leitungsstromleitungen gebildet. Eine Sekundärwicklung ist darauf angeordnet, um niedrigpegelige Signalausgänge zu liefern, die auf die Laststromänderungen linear reagieren, wobei typischerweise ein Verhältnis von 1:400 verwirklicht ist. Die geschichtete Kernkonstruktion ist vorzugsweise durch Blechstreifen gebildet, die von Blech geschnitten werden, das aus orientiertem Magnetstahlmaterial mit hoher Anfangspermeabilität besteht.According to another embodiment of the provided with a magnetic core Current transducer, this core is formed in a layered configuration, the layers of strips of magnetically permeable Material are formed which are bent around the longitudinal axis at points at a distance from one another, so that the ends thereof are spaced from each other to form a predetermined magnetic air gap. The core material is made of oriented magnetic steel with higher initial permeability. There are two primary windings of the core Formed for series connection with two power lines. A secondary winding is arranged thereon to provide low level signal outputs that are linear to changes in load current react, with a ratio of 1: 400 typically being achieved. The layered core construction is preferred formed by sheet metal strips cut from sheet metal made from oriented magnetic steel material with high initial permeability consists.

Eine weitere Ausführungsform umfaßt einen Strommeßwandler des Luftspalttyps mit Gegeninduktanz, der eine Sekundärwicklung aufweist, die von einer nichtmagnetischen Spulenform getragen wird, sowie ein Paar von Primärwicklungen, die im wesentlichen symmetrisch zueinander und zu der Sekundärwicklung angeordnet sind. Die Primärwicklungen sind in Serie mit den zwei Leitungsleitern schaltbar, die einen weiten Bereich von Leituugsstromänderungen besitzen. Die Sekundärwicklung ist über einen Luftspalt mit dem Magnetfluß der Primärwicklungen induktiv verkoppelt, um einen auf den Strom reagierenden Analogsignalausgang zu erzeugen, der proportional zur Summe der Zeitableitung der Lei-Another embodiment comprises a current transducer of the Mutual inductance air gap type having a secondary winding carried by a non-magnetic coil shape is, as well as a pair of primary windings, which are arranged substantially symmetrically to each other and to the secondary winding are. The primary windings can be connected in series with the two line conductors, which allow a wide range of changes in the line current own. The secondary winding is inductively coupled to the magnetic flux of the primary windings via an air gap, to generate an analog signal output that reacts to the current and that is proportional to the sum of the time derivative of the line

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tungsströme ist.flow is.

Gemäß einer noch anderen Ausführungsform sind schwere Stromleiter des Meßgerätes jeweils in Serie mit getrennten Leitungsleitern verbindbar. Gerade Teile der Leiter bilden eine wirksame Einzelwindung für den Primärwicklungsteil, welche von einer toroidalen Sekundärwicklung umgeben ist, die auf einem nichtmagnetischen Kern getragen wird, der auf einen zugehörigen Stromleiter montiert ist. Die Sekundärwicklungen sind in Serie geschaltet, um ein stromabhängiges Signal zu erzeugen, das proportional zur Summe der Zeitableitungen der Leitungsströme ist.According to yet another embodiment, there are heavy current conductors of the measuring device in series with separate line conductors connectable. Straight parts of the conductors form an effective single turn for the primary winding part, which is a toroidal one Secondary winding is surrounded, which is carried on a non-magnetic core which is mounted on an associated current conductor is. The secondary windings are connected in series, to generate a current-dependent signal that is proportional to the sum of the time derivatives of the line currents.

Entsprechend erzeugt der erfindungsgemäße Strommeßwandler mit Gegeninduktanz ein Ausgangssignal, das auf die Zeitableitung einer Stromkomponente einer zu messenden elektrischen Energiegröße reagiert, welches Ausgangssignal auf Stromänderungen über einen weiten Bereich reagiert, wie sie z. B. durch Änderungen des Stroms entstehen, der einem Verbraucher von einem Kraftwerk geliefert wird. Derartige Stromänderungen liegen typischerweise im Bereich von 400:1. Der Strommeßwandler ist in bequemer Weise gemäß einer Ausführungsform als modifizierte Form eines elektromagnetischen Stromabschnittes eines Induktionswattstundenmeßgerätes ausgeführt, um so auf einen Wattstundenmeßrahmen und -meßgehäuse montierbar zu sein. Der Strommeßwandler ist günstigerweise gemäß einer anderen Ausführungsform mit einer toroidför— migen Sekundärwicklung versehen, die induktiv über einen Luftspalt mit separaten oder kombinierten schweren Leitern verkoppelt ist, die effektiv Primärwicklungen mit nur einer Windung bilden. Die toroidförmigen Sekundärwicklungen sind in Serie geschaltet, um ein auf den Strom reagierendes analoges Spannungssignal zu erzeugen, wenn die Leitungsströme getrennt gemessen werden. Ein Spannungsmeßwandler ist ebenfalls auf dem Meßgeräterahmen montiert, so daß beide Wandler mit den Blattanschlüssen für herkömmliche Anbringung an passende Sockel von vorhandenen Meßgeräten angeschlossen sind. Der Strommeßwandler liefert ein Ausgangssignal, das dem stromempfindlichen Eingang eines Niedrigsignalpegelelektronikmeßschaltkreises zugeführt werden kann,Correspondingly, the current transducer according to the invention also generates Mutual inductance an output signal that is based on the time derivative a current component of an electrical energy variable to be measured, which output signal reacts to changes in current reacts over a wide range, such as. B. caused by changes in the electricity that a consumer from a power plant is delivered. Such current changes are typically in the range of 400: 1. The current transducer is convenient according to one embodiment as a modified form of an electromagnetic Current section of an induction watt hour meter running so as to a watt hour meter and -Measuring housing to be mountable. The current transducer is convenient according to another embodiment with a toroidal Migen secondary winding is provided, which is inductive via an air gap is coupled with separate or combined heavy conductors which effectively form primary windings with only one turn. The toroidal secondary windings are connected in series to provide an analog voltage signal responsive to the current to be generated if the line currents are measured separately. A voltage transducer is also mounted on the meter frame so that both transducers are connected to the blade connections for conventional attachment are connected to suitable bases of existing measuring devices. The current transducer delivers a Output signal to the current sensitive input of a low signal level electronic measuring circuit can be supplied,

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und der Wandler ist so angeordnet, daß er von Hause aus im wesentlichen unempfindlich gegenüber magnetischen Streuflüssen ist, oder es ist eine zusätzliche Abschirmung vorgesehen, um den Wandler von Magnetflüssen zu isolieren, die die Genauigkeit der auf den Strom reagierenden Signale negativ beeinflussen oder verändern, welche dem zugehörigen Wechselstromenergiemeßschaltkreis zugeführt werden.and the transducer is arranged to be essentially inherent is insensitive to magnetic leakage flux, or additional shielding is provided around the To isolate transducers from magnetic fluxes that negatively affect the accuracy of the signals responding to the current or change which are supplied to the associated AC energy measuring circuit.

In den Figuren, insbesondere in der Fig. 1, ist ein Wechselstromenergiemeßgerät oder Wattstundenzähler 10 dargestellt, der einen Gegeninduktanzstrommeßwandler 12 gemäß der Erfindung aufweist. Das dargestellte Meßgerät 10 stellt ein Ausführungsbeispiel dar und ist an eine Quelle 14 für elektrische Wechselstromenergie und an eine elektrische Wechselstromlast 16 angeordnet, wobei die Frequenz des Wechselstromes z. B. 50 oder 60 Hz betragen kann. Die Messung des Verbrauchs an elektrischer Energie durch die Last 16 erfolgt durch das Meßgerät 10. In bekannter Weise wird die elektrische Energiegröße, die in Kilowattstunden gemessen wird, aus einem Zeitintegral des Produktes der beiden Komponenten der elektrischen Energiegröße, Leitungsspannung V und Leitungsstrom I, berechnet. Das Meßgerät 10 soll einen Induktionswattstundenzähler ersetzen, der typischerweise von den Versorgungsunternehmen am Verbrauchsort aufgestellt wird. Netzseitige heiße Drahtleiter 20 und 21 eines dreidrähtigen Spannungsversorungsnetzes von z. B. 240/120 V oder auch entsprechender anderer Spannung verbindet die Spannung und den Strom der Quelle 14, die beispielsweise durch einen Polkopfverteilungstransformator dargestellt wird, mit den Meßgerätesockelanschlüssen 23 und 24 einer Meßgerätemontagebox, die nicht dargestellt ist. Die Lastseite der heißen Drahtleiter 26 und 27 verbinden die anderen Sockelanschlüsse 29 bzw. 30 mit der Wechselstromlast 16, die typischerweise Gebrauchseinrichtungen für elektrische Energie mit Spannungen von ebenfalls beispielsweise 120 und 240 V sind. Ein geerdeter neutraler Leiter wird üblicherweise mit den Leitern 20 und 21 bzw. 26 und 27 verknüpft, wenn die Leiter und 21 Betriebsleiter umfassen, die mit einem Vertexlungstransformator verbunden sind, der einen dreidrähtigen 240/120 V Sekun-In the figures, particularly in FIG. 1, there is an alternating current energy meter or watt-hour meter 10 is shown having a mutual inductance current transducer 12 according to the invention. The illustrated measuring device 10 represents an exemplary embodiment and is connected to a source 14 for electrical alternating current energy and placed on an alternating current electrical load 16, the frequency of the alternating current e.g. B. 50 or 60 Hz can. The measurement of the consumption of electrical energy by the load 16 is carried out by the measuring device 10 in a known manner the electrical energy quantity, which is measured in kilowatt hours, is a time integral of the product of the two Components of electrical energy quantity, line voltage V and line current I calculated. The measuring device 10 is intended to be an induction watt hour meter which is typically installed by the utility company at the point of use. Network-side hot wire conductors 20 and 21 of a three-wire power supply network from Z. B. 240/120 V or a corresponding other voltage connects the voltage and current of the Source 14, for example through a pole head distribution transformer is shown, with the meter socket connections 23 and 24 of a meter mounting box, which is not shown is. The load side of the hot wire conductors 26 and 27 connect the other socket terminals 29 and 30, respectively, to the AC load 16, which are typically utility facilities for electrical Energy with voltages of also for example 120 and 240 V are. A grounded neutral conductor is usually with the conductors 20 and 21 or 26 and 27 linked if the conductors and 21 include operations managers with a vertex transformer connected to a three-wire 240/120 V second

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därausgang besitzt. Die vier Sockelanschlüsse sind von herkömmlicher Klemmbauart, die auf der Meßgerätemontagebox vorgesehen sind, um einen Induktionswattstundenzähler aufzunehmen und zwischen Quelle 14 und Last 16 anzuschließen. därausgang owns. The four socket connections are of the conventional clamp type, which are provided on the meter mounting box are to accommodate an induction watt-hour meter and connect between source 14 and load 16.

Das Meßgerät 10 umfaßt ein Gehäuse 31, das in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Dieses Gehäuse wird üblicherweise für Wattstundenmeßgeräte verwendet. Zumindest vier Blattanschlüsse 32, 33, 34 und 35 werden von dem Gehäuse 31 getragen, um mit Sockelanschlüssen 23, 24, 29 bzw. 30 in Passung zu treten. Große stromführende Leiter 36 und 37 des Meßgerätes 10 liefern Serienanschlüsse zwischen den separaten Paaren von Anschlüssen 32 und bzw, 33 und 35, wie in Fig. 1 dargestellt, um die Quelle 14 mit der Last 16 zu verbinden. Diese Anschlüsse werden für eine herkömmliche dreidrähtige einphasige Belieferung von einem typischen Energxeverteilungsnetz geliefert, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Leitungs- und Lastschart-kreise begrenzt, wie sie hier als Beispiel beschrieben werden, sondern in gleicher Weise verwendbar für zweidrähtige Belieferung, wo nur ein heißer Leitungsdraht statt deren zwei gemessen wird. Die Spannung V kann, auch hier nur als Beispiel genannt, die herkömmlichh Höhe von 120 V (für die USA) für die zweidrähtige Messung oder auch 240 V (für USA) für die dreidrähtige Messung besitzen. Da bei einem dreidrähtigen System 120 V-Lasten der Last 16 zwischen einer heißen Leitung und einer geerdeten neutralen Leitung sowie 240 V-Lasten der Last 16 über zwei Leitungen und 21 angeschlossen sind, läuft der Strom der 120 V-Last einmal durch eine der zwei Meßleitungen 36 oder 37 und der Strom der 240 V-Last durch beide Leiter 36 und 37. Die Wattstundenenergieberechnung in dem Meßkreis ist durchweg proportional, da ein Spannungswandler, der weiter unten beschrieben wird, die Spannung von 240 V über den Leitern 20 und 21 mißt. Die Strom I durch jeden der Meßleiter 36 und 37 besitzt typische Variationsbreiten, die linear gemessen werden und zwischen 1/2 A und 200 A liegen, wenn Lasten 16 mit unterschiedlichen Lastimpedanzwerten angelegt werden, um Stromvariationen zu erzeugen. Das Meßgerät 10 liefert eine Energiemessung ohne Änderung der Meßgerätemontagebox, umThe measuring device 10 comprises a housing 31, which is shown in FIGS is shown. This housing is commonly used for watt-hour meters. At least four blade connections 32, 33, 34 and 35 are carried by housing 31 to mate with socket terminals 23, 24, 29 and 30, respectively. Great live Conductors 36 and 37 of the meter 10 provide series connections between the separate pairs of connections 32 and 33 and 35, as shown in FIG. 1, to the source 14 to connect to the load 16. These connections are for a conventional three-wire single-phase supply of a typical Energy distribution network supplied, however, the present invention is not limited to specific line and load chart circuits limited, as described here as an example, but can be used in the same way for two-wire delivery, where only one hot lead wire is measured instead of two. The voltage V can, also only mentioned here as an example, the conventional level of 120 V (for the USA) for the two-wire Measurement or 240 V (for USA) for the three-wire measurement own. Since in a three-wire system 120 V loads of the Load 16 between a hot line and a grounded neutral line and 240 V loads of load 16 across two lines and 21 are connected, the current of the 120 V load runs once through either of the two test leads 36 or 37 and the current of the 240 volt load through both conductors 36 and 37. The watt-hour energy calculation in the measuring circuit is always proportional, as a voltage converter, which is described below, the voltage of 240 V across conductors 20 and 21. The current I through each of the measuring conductors 36 and 37 has typical ranges of variation, which are measured linearly and are between 1/2 A and 200 A, when loads 16 with different load impedance values are applied to create current variations. The measuring device 10 delivers an energy measurement without changing the meter mounting box to

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so mit den Netz- und Lastleitern in einer Weise verbunden zu werden, die dem Anschluß eines einphasigen, zwei/dreidrähtigen Induktionswattstundenzählers entspricht.so to be connected to the mains and load conductors in a way that allows for the connection of a single-phase, two / three-wire Induction watt hour counter.

Der Strommeßwandler 12, der weiter unten noch beschrieben wird, umfaßt einschleifige oder Spulenleiterteile 38 und 39 der Leiter 36 bzw. 37, welche teilweise einen magnetisch permeablen Kern umringen. Die Leiterteile 38 und 39 wirken effektiv als Primärwicklung des Wandlers 12 mit einer Windung, die mit dem Kern 40 induktiv verkoppelt sind, so daß sich ändernde Magnetflüsse durch den Kern fließen, wenn Ströme durch die Leiter 3 6 und 37 fließen. Der Magnetkern 40 ist offen und besitzt einen wesentlichen Luftraum oder Luftspalt, der in dem Magnetflußweg, der durch den Kern und dessen Enden hindurchfließt, eingeschlossen ist. Eine sekundäre Ausgangswicklung 41 wird durch eine Einzelspule gebildet, die in enger induktiver Kopplung zum Kern 40 gewickelt ist, um ein auf den gemessenen Strom reagierendes Analogsignal e. zu erzeugen. Die induzierte elektromotorische Kraft liefert ein Signal e. , das proportional zur Änderungsrate des Leitungsstromes oder proportional zur Ableitung bezüglich der Zeit des Leitungsstromes I (d. h. di/dt) durch beide Leiter 36 und 37 ist. Somit wird in dem Wandler 12 das Signal e. durch die elektromotorischen Kräfte erzeugt, die in der Wicklung 41 durch die Magnetflüsse induziert werden, die von den zwei Leitungsströmen erzeugt werden, welche an die Primärwicklungsteile 38 und 39 angelegt sind.The current transducer 12, to be described further below, includes single loop or coil conductor portions 38 and 39 of the conductors 36 and 37, which partially surround a magnetically permeable core. The conductor parts 38 and 39 effectively act as a primary winding of the transducer 12 with one turn, which are inductively coupled to the core 40, so that changing magnetic fluxes flow through the core when currents flow through conductors 36 and 37. The magnetic core 40 is open and has a substantial Air space or air gap enclosed in the magnetic flux path flowing through the core and its ends is. A secondary output winding 41 is formed by a single coil that is in close inductive coupling to core 40 is wound to an analog signal responsive to the measured current e. to create. The induced electromotive Force delivers a signal e. that is proportional to the rate of change of the line current or proportional to the derivative with respect to is the time of line current I (i.e. di / dt) through both conductors 36 and 37. Thus, in the converter 12, the signal e. by generates the electromotive forces induced in the winding 41 by the magnetic fluxes generated by the two line currents which are applied to the primary winding parts 38 and 39.

Ein elektronischer Wechselstromenergiemeßschaltkreis 43 empfängt das Signal ej_ wie auch ein auf die Spannung reagierendes Analogsignal e_v von einem spannungsmessenden Wandler 45, Ein Potentialtransformator bildet den Wandler 45, bei dem eine Primärwicklung 46 um einen laminierten Magnetkern 48 gewickelt und über den Blattanschlüssen 32 und 33 angeschlossen ist, um auf die Leitungsspannung V über diesen Anschlüssen zu reagieren. Der laminierte Kern 48 umfaßt auch eine Sekundärwicklung 49, die mit der Primärwicklung 46 induktiv verkoppelt ist, um ein auf die Spannung reagierendes analoges Signal e an den Meßschalt-An electronic AC energy measuring circuit 43 receives the signal ej_ as well as a voltage-responsive analog signal e _v from a voltage-measuring transducer 45. A potential transformer forms the transducer 45, in which a primary winding 46 is wound around a laminated magnetic core 48 and connected via the blade connections 32 and 33 is to respond to the line voltage V across these terminals. The laminated core 48 also includes a secondary winding 49 which is inductively coupled to the primary winding 46 to provide a voltage responsive analog signal e to the sensing circuit.

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kreis 43 zu liefern. Das analoge Signal e. ist bekannterweise von gleicher Frequenz wie der Leitungsstrom I und besitzt eine zu diesem Leitungsstrom I proportionale Amplitude, jedoch besteht eine Phasenverschiebung von 90 elektrischen Graden aufgrund der mathematischen Ableitungsfunktion/ die in der Gegeninduktanzeigenschaft des Gegeninduktanzwandlers- 12 enthalten ist. Der Ausgang e des Spannungswandlers 45 ist bezüglich der Amplitude proportional und bezüglich der Frequenz und der Phasenbeziehung gleich der Leitungsspannung V. Somit stellen die Signale e_v und e. Repräsentationen der Spannungs- bzw. Stromkomponente der von dem Meßgerät 10 zu messenden Wechselstromenergie dar.district 43 to deliver. The analog signal e. is known to be of the same frequency as the line current I and has an amplitude proportional to this line current I, but there is a phase shift of 90 electrical degrees due to the mathematical derivative function / which is contained in the mutual inductance property of the mutual inductance converter-12. The output e of the voltage converter 45 is proportional to the amplitude and is equal to the line voltage V with regard to the frequency and the phase relationship. Thus, the signals e _v and e. Represent representations of the voltage or current component of the alternating current energy to be measured by the measuring device 10.

Die Wechselstromenergiemeßschaltung 43 liefert wirksam ein auf die elektrische Energie reagierendes Impulsratensignal, wie es in der US-Patentanmeldung 923,530 offenbart wird. Pulssignale 44 des Schaltkreises 43 sind jeweils repräsentativ für eine quantisierte Größe der von der Wechselstromlast 16 verbrauchten Wechselstromenergie. Die Impulswerte werden aufsummiert, um eine kumulative Ablesung für den elektrischen Energieverbrauch in Wattstunden zu liefern.The AC energy measuring circuit 43 effectively provides an electrical energy responsive pulse rate signal such as it is disclosed in U.S. Patent Application 923,530. Pulse signals 44 of the circuit 43 are each representative of one quantized amount of AC power consumed by AC load 16. The pulse values are summed up to provide a cumulative reading of electrical energy consumption in watt hours.

Das auf den Strom reagierende analoge Signal e., das auf di/dt reagiert, liefert ein Signal, das besonders nützlich für den in der vorgenannten US-Patentanmeldung 923,530 offenbarten Wechselstromenergiemeßschaltkreis ist. Beim Betrieb leitet ein gemeinsamer Integrationsschaltkreis in dem Kreis 43 das vom Strom abhängige analoge Signal e/, das proportional zur Stromkomponente ist, und ein Modulationssignal ab, um ein impulsbreitenmoduliertes Signal zu erzeugen, dessen Arbeitszyklus proportional zum gemessenen Strom ist. Das impulsbreitenmodulierte Signal wird einem Zeitteilungsmultiplikatorschaltkreis zugeführt, welcher auch das auf die Spannungskomponente reagierende analoge Signal e aufnimmt, um Impulse zu erzeugen, die quantisierte Werte der gemessenen elektrischen Energie in Wattstunden besitzen. Das analoge Signal e. kann auch einem elektronischen Integrationsschaltkreis zugeführt werden, um ein analoges Signal direkt The analog signal e. Reacting to the current, which reacts to di / dt responds, provides a signal that is particularly useful for the AC energy measurement circuit disclosed in the aforesaid U.S. Patent Application 923,530 is. In operation, a common integration circuit in circuit 43 conducts that from the current dependent analog signal e / that is proportional to the current component is, and a modulation signal to a pulse width modulated Generate signal whose duty cycle is proportional to the measured current. The pulse width modulated signal is fed to a time division multiplier circuit, which also includes the analog that is responsive to the voltage component Signal e picks up to generate pulses that are quantized Have measured electrical energy values in watt hours. The analog signal e. can also be fed to an electronic integration circuit to direct an analog signal

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proportional zu und in Phase mit dem Strom zu erhalten, statt daß eine Zeitableitung davon direkt verwendet wird, um dieses Signal in anderen bekannten Zeitteilungsmultiplikatoreinrichtungen, Quadrantenquadriereinrichtungen, Digitalverarbeitungseinrichtungen mit Analog-Digitalumsetzung oder noch anderen Arten bekannter elektrischer Energiemeßeinrichtungen zu verwenden. Auch können die Impulssignale des Kreises 43 einem programmierbaren Tageszeitmeßschaltkreis 51 von elektronischer Bauart zugeführt werden, wie er in den britischen Patentschriften 79 08 9 und 79 08 574 offenbart wird. Wie in den vorgenannten Anmeldungen liefert eine elektronische, digitale Auslesedarstellung 53 numerische Darstellungen der zeitbezogenen Parameter einer zu messenden elektrischen Energiegröße.proportional to and in phase with the current, rather than using a time derivative thereof directly to get this Signal in other known time division multipliers, quadrant squarers, digital processing devices with analog-to-digital conversion or still other types of known electrical energy meters. Also, the pulse signals of the circuit 43 can be fed to a programmable time of day measuring circuit 51 of an electronic type as disclosed in UK Patents 79 08 9 and 79 08 574. As in the aforementioned registrations An electronic, digital readout display 53 supplies numerical displays of the time-related parameters of a to be measured electrical energy quantity.

Fig. 2 und 3 erläutern ein Wattstundenmeßgerätgehäuse 31 der Bauart, die für Induktionswattstundenzähler verwendet wird, mit einer Basis 56, in Fig. 2 dargestellt, die Blattanschlüsse 32, 33, 34 und 35 trägt, so daß diese sich vom Hinterende weg erstrecken. Eine becherförmige Wattstundenmeßgeräteabdeckung 58 wird von der äußeren Peripherie der Basis 56 getragen und liefert einen geschützten umschlossenen Raum 60 vor dem Vorderteil der Basis 56. Ein Meßgeräterahmen 61, der auf dem Vorderteil der Basis 56 getragen wird, ist vorgesehen, um die Meßteile des Meßgerätes 10 zu tragen. Der Strommeßwandler 12 und der Spannungsmeßwandler 45 werden von dem Rahmen im wesentlichen in der gleichen Weise gehalten, wie die entsprechenden Induktionswatts tundenmeßelektromagnets tr omabschnitte und -spannungsabschnitte. Die Strom- und Spannungsmeßwandler 12 und 45 sind mit den Blattanschlüssen 32, 33, 34 und 35 verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben und auch in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Eine Mehrzahl von Schaltkreistafeln 63, 64, 65 und 66, dargestellt in Fig. 2, tragen die elektronischen Bauteile der Schaltkreise 43 und 51 und tragen auch die digitale Auslesedarstellung 53 und eine optische Abschirmung 68, die Teil einer optischen Verbindung bildet, die mit dem Schaltkreis 51 verbunden ist, wie in der vorgenannten britischen Patentschrift 79 08 beschrieben. Drei sekundäre Ausgangsleitungen 70, 71 und 72Figs. 2 and 3 illustrate a watt-hour meter housing 31 of the Type used for induction watt hour meters, with a base 56, shown in Fig. 2, which carries blade fittings 32, 33, 34 and 35 so that they extend away from the rear end. A cup-shaped watt-hour meter cover 58 is carried by the outer periphery of the base 56 and provides a protected enclosed space 60 in front of the front portion of the base 56. A meter frame 61 mounted on the front portion of the Base 56 is provided to support the measuring parts of the meter 10. The current transducer 12 and the voltage transducer 45 are supported by the frame in essentially the same manner as the corresponding induction watts Hour measuring electromagnet tr om sections and voltage sections. The current and voltage transducers 12 and 45 are with the Blade connections 32, 33, 34 and 35 connected as shown and described in FIG. 1 and also shown in FIGS. 2 and 3. A plurality of circuit boards 63, 64, 65 and 66, shown in Fig. 2, carry the electronic components of the Circuits 43 and 51 and also carry the digital readout display 53 and an optical shield 68 which forms part of an optical link connected to the circuit 51 is as described in the aforementioned British Patent 79 08. Three secondary output lines 70, 71 and 72

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von der Sekundärwicklung 48 des Spannungstransformators 45 liefern das auf die Spannung reagierende analoge Signal e für den Wechselstromenergiemeßschaltkreis 43. Zwei Leiter können das Ausgangssignal e_v liefern, abhängig von den Anforderungen des Eingangskreises. Die sekundären Ausgangsleiter 74 und 75 von der sekundären Wicklung 41 des Stromwandlers 12 liefern das auf den Strom reagierende Analogsignal e. an den Meßschaltkreis 43.from the secondary winding 48 of the voltage transformer 45 provide the voltage-responsive analog signal e for the AC _{energy measuring circuit 43. Two conductors can provide the output signal e v} , depending on the requirements of the input circuit. The secondary output conductors 74 and 75 from the secondary winding 41 of the current transformer 12 provide the current responsive analog signal e. to the measuring circuit 43.

Es sei nun auf den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Gegeninduktanzstrommeßwandler 12 gemäß der vorliegenden Erfindung in größeren Einzelheiten eingegangen. Der geschichtete magnetisch permeable Kern 40 ist im wesentlichen U-förmig und ähnlich dem, der bei der elektromagnetischen Stromanordnung eines Induktionswattstundenzählers vom Typ D4S verwendet wird, der bei der Firma Westinghouse Electric Corp. sowie bei der Firma "Meter and Low Voltage Instrument Transformer Division", Raleigh, NC, USA, erhältlich ist. Die großen Leiter 36 und 37 und die Primärwicklungsteile 3& und 39 davon sind ebenfalls gleich dem des vorgenannten elektromagnetischen Meßabschnittes. Die massiven Kupferleiter 36 besitzen einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,58 cm und haben bekanntlich eine nur sehr geringe Impejidanz in der Größenordnung von wenigen 100 Mikroohm oder weniger.Let us now turn to the mutual inductance current transducer shown in FIGS 12 in accordance with the present invention has been discussed in greater detail. The layered magnetically permeable Core 40 is substantially U-shaped and similar to that used in the electromagnetic power assembly of an induction watt hour meter of the type D4S is used, which is available from Westinghouse Electric Corp. as well as at the company "Meter and Low Voltage Instrument Transformer Division ", Raleigh, NC, USA. The large conductors 36 and 37 and the primary winding parts 3 & 39 of them are also the same as the one mentioned above electromagnetic measuring section. The solid copper conductors 36 have a diameter on the order of 0.58 cm and are known to have only a very low impedance on the order of a few hundred microohms or less.

Magnetische NebenschlußStege 76 sind über einem Luftspaltraum zwischen den Enden des Kerns 40 montiert, wobei die Stege sich längs beider Seiten des Kerns 40 erstrecken. Die Nebenschlußstege werden von mehreren magnetischen Streifen gebildet die durch nichtmagnetische Abstandsstreifen getrennt werden, um eine Kompensationsanordnung zu liefern, die die lineare Antwort des Wandlers 12 bei niedrigen Werten des Leitungsstromes verbessert. Die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Nebenschlußstege 76 sind derartig, daß sie sich bei höheren magnetischen Flußwerten, die bei höheren Leitungsströmen vorkommen, sättigen, während sie Flußwege mit niedriger Reluktanz über dem Luftspalt 78 bei niedrigen Werten für den von den niedrigen Werten der Leitungsströme erzeugten niedrigen Werten des magne-Magnetic bypass bars 76 are over an air gap space mounted between the ends of the core 40 with the webs extending along both sides of the core 40. The shunt bars are formed by several magnetic strips separated by non-magnetic spacer strips to provide a compensating arrangement that provides the linear response of the converter 12 is improved at low values of the line current. The magnetic properties of the magnetic shunt bars 76 are such that they differ at higher magnetic Flux values that occur at higher line currents saturate, while they overflow paths with low reluctance the air gap 78 at low values for the low values of the magnetic

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tischen Flusses liefern. Die Nebenschlußstege 76 besitzen bezüglich Luft eine hohe Permeabilität bei niedrigen Magnetflußwerten, haben jedoch noch erheblich geringere Permeablität als der Kern 40. Die im wesentlichen konstanten hohen Reluktanzeffekte des Luftspaltes 78 werden bei niedrigen Flußdichten reduziert, die bei niedrigen Leitungsstromwerten auftreten, und zwar durch die Nebenschlüsse 76. Die Nebenschlüsse verändern effektiv die Reluktanz des Luftspaltes umgekehrt proportional zu der nichtlinearen Permeabilitätscharakteristik des Kernes 40. Der Luftspalteffekt bleibt über dem gesamten gemessenen Leitungsstrombereich erhalten, so daß der Kern 40 sich magnetisch nicht sättigt. Es wird angenommen, daß die Anfangspermeabilitätscharakteristik und die nichtlineare Charakteristik der Permeabilität bei niedrigem Magnetflußpegel in den Magnetisierungs- oder Sättigungskurven des Magnetmaterials des Kerns 40 im wesentlichen für die Nichtlinearität verantwortlich sind, die bei ansteigend induziertem Fluß entsteht, welcher von erhöhtem Leitungsstrom erzeugt wird. Die Nebenschlußstege 76 kompensieren diese Nichtlinearität, indem sie bei niedrigem Magnetfluß und niedrigen Stromwerten im nichtgesättigten Bereich arbeiten, während sie bei höheren Flußwerten sich sättigen, wenn die Kernpermeabilitätseigenschaften stärker linear sind. Somit bewirken die Nebenschlüsse 76 bei niedrigen Stromwerten eine Erhöhung der magnetischen Verkopplung im Luftspalt zwischen den Kernenden, indem die Reluktanz des Luftspaltes 78 magnetisch verringert wird oder indem die effektive Länge des Luftspaltes verringert wird.the flow of the river. The shunt webs 76 have with respect to Air has a high permeability at low magnetic flux values, but still has considerably lower permeability than the core 40. The essentially constant high reluctance effects of the air gap 78 are reduced at the low flux densities that occur at low conduction current levels, by the shunts 76. The shunts effectively change the reluctance of the air gap in inverse proportion to the nonlinear permeability characteristic of the core 40. The air gap effect is maintained over the entire measured conduction current range, so that the core 40 does not magnetically saturate. It is believed that the initial permeability characteristic and the non-linear characteristic of permeability at low Magnetic flux levels in the magnetization or saturation curves of the magnetic material of the core 40 essentially for the non-linearity are responsible, which arises with increasing induced flux, which is generated by increased line current. The shunt webs 76 compensate for this non-linearity, by operating at low magnetic flux and low current values in the unsaturated region, while at higher Flux values saturate when the core permeability properties are more linear. Thus, the shunts 76 operate at low current values an increase in the magnetic coupling in the air gap between the core ends by magnetically reducing the reluctance of the air gap 78 or by the effective length of the air gap is reduced.

Die Sekundärwicklung 41 des Wandlers 12 umfaßt größenordnungsmäßig 300 Windungen eines Drahtes mit kleinem Durchmesser, der gemäß einer Ausführungsform ein Draht mit der Nummer 36 ist, welcher Draht um das Zentralbein des Kerns 40 gegenüberliegend zum Luftspalt 78 gewickelt ist, um so eine niedrige Spannung zu erzeugen, nämlich das spannungsabhängige Analogsignal e , das so beschaffen ist, daß es Festkörperelektronikkomponenten des Meßschaltkreises 43 zugeführt werden kann. Der Gegeninduktanzstromwandler gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine Sekundärwicklung, die sehr niedrige Strompegel schafft, wenn sieThe secondary winding 41 of the converter 12 is of the order of magnitude 300 turns of a small diameter wire, which in one embodiment is a number 36 wire, which wire is wound around the central leg of the core 40 opposite the air gap 78 so as to have a low tension to generate, namely the voltage-dependent analog signal e, which is such that it is solid-state electronic components of the measuring circuit 43 can be supplied. The mutual inductance current transformer according to the present invention has a secondary winding that creates very low levels of current when it

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in Serie mit der Sekundärwicklung 41 an einen Schaltkreiseingang mit sehr hoher Impedanz angeschlossen wird. Im Gegensatz dazu besitzen herkömmliche Instrumentenstromtransformatoren geschlossene oder ununterbrochene Magnetkerne mit einem minimalen oder vernachlässigbaren Luftspalt darin. An die Instrumentenstromtransformatoren müssen Sekundärlasten mit sehr niedriger Impedanz angeschlossen werden und die Sekundärausgänge sind Stromsignale, die proportional und in Phase mit einem Primärstrom sind. Das stromabhängige Analogsignal e. besitzt einen typischen Maximalwert in der Größenordnung von 5 V, während die minimale Spannung in der Größenordnung von 0,010 V liegt, entsprechend Lextungsstromvarxatxonen, die gleichzeitig in den Meßgeräteleitern 36 und 37 auftreten und die zwischen 200 A und 0,5 A liegen. Das Ausgangssignal e. von den Anschlußleitern 74 und 75 der Sekundärwicklung ist mit einer verhältnismäßig hohen Impedanz verbindbar, die von dem Eingang eines Meßschaltkreises geliefert wird, wobei als Impedanzwerte nur beispielsweise 50.000 bis 100.000 0hm oder höher genannt seien, da der Stromwandler 12 von der Gegeninduktanzbauart ist.is connected in series with the secondary winding 41 to a very high impedance circuit input. In contrast conventional instrument transformers for this purpose closed or uninterrupted magnetic cores with a minimal or negligible air gap in them. To the instrument power transformers secondary loads must be connected with very low impedance and the secondary outputs are Current signals that are proportional and in phase with a primary current. The current-dependent analog signal e. owns one typical maximum value of the order of 5 V, while the minimum voltage is of the order of 0.010 V, corresponding to lextungsstromvarxatxonen, which occur simultaneously in the measuring device conductors 36 and 37 and between 200 A. and 0.5 A. The output signal e. of the leads 74 and 75 of the secondary winding is relative to one high impedance connectable to the input of a measuring circuit is supplied, with only 50,000 to 100,000 ohms or higher being mentioned as impedance values, for example, since the Current transformer 12 is of the mutual inductance type.

Zum Zwecke der Erläuterung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, daß das Analogsignal e. gleich der Konstanten der Gegeninduktanz M zwischen dem Schaltkreis der leitenden Teile 38 und 39 der Primärwicklung und der Sekundärwicklung 41 ist, multipliziert mit der Ableitung nach der Zeit des Leitungsstromes durch die Primärwicklungen. Somit ist e. = M • di/dt oder porportional zu di/dt. Es sei angemerkt, daß der hier benutzte Ausdruck di/dt gleich der Summe der Ableitungen nach der Zeit für die zwei Leitungsstromkomponenten ist, oder di/dt ist gleich di^dt plus di₂/dt oder d(i₁ + i₂)/dt, wobei i- und i₂ die zwei Stromwerte der Stromkomponente I der elektrischen Energie sind, die berechnet wird und in den Meßgeräteleitungen 36 bzw. 37 fließt. Es ist bekannt, daß eine elektromotorische Kraft e in einem Schaltkreis (sekundär) durch die Stromänderung in dem anderen Schaltkreis (primär) induziert wird, wenn die zwei Schaltkreise nahe beieinander liegen. Der Koeffizient oder die Konstante der Gegeninduktanz M zwischenFor the purpose of explaining the principles of the present invention, it should be noted that the analog signal e. is equal to the constant of the mutual inductance M between the circuit of the conductive parts 38 and 39 of the primary winding and the secondary winding 41, multiplied by the time derivative of the conduction current through the primary windings. Thus, e. = M • di / dt or proportional to di / dt. It should be noted that the term di / dt used here is equal to the sum of the derivatives with respect to time for the two line current components, or di / dt is equal to di ^ dt plus di ₂ / dt or d (i ₁ + i ₂ ) / dt, where i- and i _{2 are} the two current values of the current component I of the electrical energy which is calculated and flows in meter lines 36 and 37, respectively. It is known that an electromotive force e is induced in one circuit (secondary) by the change in current in the other circuit (primary) when the two circuits are close to each other. The coefficient or constant of mutual inductance M between

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den Schaltkreisen ist abhängig von der magnetischen Kopplung zwischen dem primären Windungskreis und dem sekundären Windungskreis und diese Eigenschaften werden von Erich Hausmann und E. P. Slack in dem Buch "Physics" beschrieben, das von D. Van Nostrand Co., Inc., New York, N. Y., beschrieben wird, zweite Ausgabe 1939, Seiten 435 bis 439. Wie auf Seite 438 beschrieben wird, beträgt die Gegeninduktanz M von zwei benachbarten Spulen, die Einzelinduktanzen L- und L~ besitzen, M = k . L.. χ L„, wobei K ein Maß für die Engheit der Kopplung ist und k gleich ist, wenn eine vollständige Flußkopplung und keine Leckage vorhanden ist. Die Gegeninduktanz wird stark erhöht, wenn die Spulen auf einem gemeinsamen magnetisch permeablen Kern gesetzt werden, wie beispielsweise den Magnetkern 40. Jedoch ist die Gegeninduktanz nicht stets ein konstanter Wert, aus Gründen, die noch erläutert werden, wodurch sich leicht Änderungen in der Proportionalität des magnetischen Flusses in dem Kern für eine gegebene Stromänderung ergeben.the circuits depends on the magnetic coupling between the primary winding circuit and the secondary winding circuit and these properties are described by Erich Hausmann and E. P. Slack in the book "Physics" described by D. Van Nostrand Co., Inc., New York, N.Y., second 1939 edition, pages 435 to 439. As described on page 438, the mutual inductance M of two adjacent coils is have the individual inductances L- and L ~, M = k. L .. χ L ", where K is a measure of the tightness of the coupling and k is the same when there is complete flow coupling and no leakage is. The mutual inductance is greatly increased when the coils are placed on a common magnetically permeable core such as the magnetic core 40. However, the mutual inductance is not always a constant value, for reasons which will be explained, which can easily result in changes in the proportionality of the magnetic flux in the core for result in a given change in current.

Allgemein kann gesagt werden, daß dann, wenn zwei Spulenwicklungen eines Gegeninduktanzwandlers über einen Luftspalt miteinander verkoppelt werden, der die Wicklungen gegenseitig umgibt/ so daß sie einen sogenannten Luftkerntyp ergeben, wie im folgenden noch näher bezüglich der Fig. 5 bis 8 beschrieben wird, der Koeffizient der Gegeninduktanz M abhängig von der Anzahl der Windungen in der Primärwicklung und der Sekundärwicklung wird, außerdem von der Fläche und der Form der Wicklungen und der relativen Stellung der Wicklungen. In dem hier beschriebenen Wandler gibt es entweder eine Primärwicklung oder zwei primäre Wicklungen, die gleiche oder unterschiedliche Sekundärwicklungen miteinander verbinden, so daß die in der Sekundärwicklung erzeugte Spannung entweder proportional zu dem einen Fluß oder zu der Summe der Flüsse der zwei Primärströme ist, oder di^/dt + di₂/dt, wie oben bereits angeführt. Die Einzelsekundärwicklung oder die zwei sekundären Wicklungen eines jeden hier beschriebenen Wandlers erzeugen ein Signal e., das proportional zu entweder dem einen dem Wandler zugeführten Leitungsstrom ist oder zu der Summe der zugeführten Leitungsströme. In general, it can be said that when two coil windings of a mutual inductance converter are coupled to one another via an air gap which surrounds the windings mutually so that they result in a so-called air core type, as will be described in more detail below with reference to FIGS Coefficient of mutual inductance M depends on the number of turns in the primary winding and the secondary winding, also on the area and shape of the windings and the relative position of the windings. In the converter described here there is either one primary winding or two primary windings which connect the same or different secondary windings together, so that the voltage generated in the secondary winding is either proportional to the one flux or to the sum of the fluxes of the two primary currents, or di ^ / dt + di ₂ / dt, as mentioned above. The single secondary winding or the two secondary windings of each converter described here generate a signal e. Which is proportional to either the one line current supplied to the converter or to the sum of the line currents supplied.

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Die Verwendung eines weichen Magneteisenkerns,wie beispielsweise des Kerns 40, liefert einen eingegrenzten und verbesserten Flußkopplungsweg für die Flußverbindungskopplung der Wicklungen, so daß die relative Anordnung der Wicklungen weniger kritisch ist, jedoch ist die Gegeninduktanz von den Eigenschaften des Magnetkerns abhängig.The use of a soft magnetic iron core such as of the core 40, provides a more narrowed and improved Flux coupling path for the flux link coupling of the windings so that the relative arrangement of the windings is less critical is, however, the mutual inductance depends on the properties of the magnetic core.

Eine magnetische oder elektrostatische Abschirmung ist oft wünschenswert für Luftkerngegeninduktanzwandler, wie sie im folgenden noch näher beschrieben werden. Magnetische und elektrostatische Abschirmung ist notwendig, um die Effekte von störenden Magnetfeldern und 60 Hz oder höherfrequenten Signalen zu vermeiden. Eine derartige Abschirmung ist im allgemeinen nicht erforderlich für Wandler mit Magnetkern, wie beispielsweise den Wandler 12, jedoch ist diese Art von Wandler abhängig von der Permeabilität des herkömmlicherweise zur Verfügung stehenden Magnetmaterials und von den Effekten des Luftspaltraumes, insbesondere dann, wenn die Magnetflüsse des Leitungsstromes sich über weite Bereiche ändern, wie beispielsweise bei einem Verhältnis von 1:400. Die Benutzung der vorgenannten Nebenschlußstege 76 helfen bei der Kompensation von Nichtlineäritäten bei niedrigen Stromwerten, wie es weiter oben bereits erwähnt wurde. Eine andere Verbesserung bezüglich der Kompensation von nichtlinearen Eigenschaften von Gegeninduktanzwandlern mit Magnetkern wird weiter unten in Verbindung mit der Beschreibung der Fig. 4 gegeben. Die oben erwähnte US-Patentanmeldung 923,530 beschreibt ein Schaltkreisverfahren zur weiteren Kompensation von Nichtlinearitäten in dem Ausgangs signal e.^ unter Verwendung von elektronischen Schaltverfahren.Magnetic or electrostatic shielding is often desirable for air core mutual inductance converters, as described below to be described in more detail. Magnetic and electrostatic shielding is necessary to avoid the effects of disruptive effects Avoid magnetic fields and 60 Hz or higher frequency signals. Such a shield is generally not required for transducers with a magnetic core, such as transducer 12, but this type of transducer is dependent on the permeability of the conventionally available magnetic material and the effects of the air gap space, in particular then when the magnetic fluxes of the line current are Change over a wide range, such as a ratio of 1: 400. The use of the aforementioned shunt bridges 76 help to compensate for non-linearities low current values, as already mentioned above. Another improvement regarding the compensation of non-linear properties of mutual inductance converters with magnetic cores will be discussed below in connection with the description of the Fig. 4 given. U.S. Patent Application 923,530 mentioned above describes a circuit method for further compensation of non-linearities in the output signal e. ^ using of electronic switching processes.

In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform eines Gegeninduktanzstrommeßwandlers 80 dargestellt, welcher die in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Wandler 12 ersetzen soll. Der Wandler 80 wird von einem geschichteten Kern 82 gebildet, der Streifen aus permeablern magnetischen Material verwendet, vorzugsweise orientiertes magnetisches Stahlmaterial mit einem hohen Anfangspermeabilitätskoeffizienten, um die lineare Antwort eines der-In Fig. 4 is another embodiment of a mutual inductance current transducer 80, which is intended to replace the converter 12 shown in FIGS. 1, 2 and 3. The converter 80 is formed by a layered core 82, the strip made of permeable magnetic material used, preferably oriented magnetic steel material with a high initial permeability coefficient, to find the linear response of one of the

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artigen Strommeßwandlers bei durch niedrigen Strom erzeugten Magnetflüssen zu verbessern. Das laminierte Magnetmaterial von Induktionswattstundenzählerstromkernen/ wie beispielsweise in Fig. 2 und 3 dargestellt, ist ein weniger aufwendiges Material, da es ein nichtorientiertes Magnetmaterial ist. Die Schichten des Kerns 82 sind über die Längsachse oder Longitudinalachse des Kerns herumgebogen, um die allgemeine C-förmige Konfiguration zu bilden, die in Fig. 4 dargestellt ist und einen Luftspalt 84 bildet. Stromleiter 86 und 87 besitzen einstückige Teile, die vorzugsweise eine Einwindungsschleifenkonfiguration bilden, um Primärwicklungen 89 und 90 entsprechend der Art zu bilden, in der die Leiter 36 und 37 mit den zugehörigen, eine Windung aufweisenden Primärwicklungsteilen gebildet sind, die weiter oben bezüglich des Wandlers 12 beschrieben wurden. Die Sekundärwicklung 92 entspricht der Wicklung 41 in der Form, daß sie Sekundärausgangsanschlußleiter 94 und 95 zur Erzeugung eines auf Strom reagierenden Analogsignals e„ besitzt.like current transducer to improve magnetic fluxes generated by low current. The laminated magnetic material from Induction watt hour meter current cores / as shown for example in Fig. 2 and 3, is a less expensive material, since it is a non-oriented magnetic material. The layers of core 82 are about the longitudinal axis or longitudinal axis of the core is bent over to form the general C-shaped configuration shown in Figure 4 and an air gap 84 forms. Conductors 86 and 87 are integral parts that are preferably in a single-turn loop configuration form to form primary windings 89 and 90 according to the manner in which the conductors 36 and 37 with the associated one Primary winding parts having turns are formed, which have been described above with respect to the converter 12. the Secondary winding 92 corresponds to winding 41 in that it uses secondary output terminal conductors 94 and 95 for generation an analog signal e "that reacts to current.

Der Wandler 80 umfaßt weiterhin eine andere Kompensationsanordnung, die auch bei dem Wandler 12 anwendbar wäre, um die lineare Antwort bei durch niedrigen Strom erzeugten Flußpegeln zu verbessern. Eine Aufnahmemagnetspule 97, vorzugsweise in Form einer Induktionsspule, ist angrenzend zum Luftspaltraum 84 angeordnet, um so auf mit dem Luftspalt verbundene Streuflüsse zu reagieren. Ein derartiger Luftspaltstreumagnetfluß ist oftmals in nichtlinearer Weise abhängig von den Pegeln des durch den Kern 82 und den Luftspalt 84 hindurchtretenden Hauptflusses und daher auch nicht linear proportional zum Strom in der Primärwicklung. Der Streu- oder Leckfluß ist proportional höher bezüglich des Hauptkernflusses bei niedrigen Stromwerten verglichen mit höheren Stromwerten. Dies liefert eine induzierte elektromotorische Kraft und eine Ausgangsspannung von der Aufnahmespule 97, die stärker proportional abhängig ist bei niedrigen Magnetflußpegeln des Stroms, als es bei höheren Pegeln der Fall ist. Da die in der Sekundärwicklung 92 erzeugte Spannung bei niedrigen Strömen oder Flußpegeln geringer abhängig ist und die in der Spule 97 erzeugte Spannung proportional stärker abhängig ist, werdenThe transducer 80 further includes another compensation arrangement, which would also be applicable to the converter 12 to the linear Improve response at low current generated flux levels. A take-up solenoid 97, preferably in the form of a Induction coil, is arranged adjacent to the air gap space 84 so as to respond to leakage fluxes associated with the air gap. Such air gap leakage magnetic flux is often nonlinearly dependent on the levels of flux through core 82 and the main flux passing through the air gap 84 and therefore also not linearly proportional to the current in the primary winding. The leakage or leakage flux is proportionally higher with respect to the main core flux at low current values compared to higher ones Current values. This provides an induced electromotive force and an output voltage from the take-up coil 97, the is more proportionally dependent on the current at low levels of magnetic flux than it is at higher levels. Since the in The voltage generated in the secondary winding 92 at low currents or flux levels is less dependent and that in the coil 97 generated voltage is proportionally more dependent

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der Ausgang e der Spule 97 und der Ausgang e der Wicklung 92 beide einem Summierverstärkerschaltkreis 99 in Kompensatiönsbeziehung zueinander zugeführt. Der Ausgang des Verstärkers 99 erzeugt ein kompensiertes und stärker linear proportionales vom Strom abhängiges Analogsignal e., das proportional zur Zeitableitung der Summe der Leitungsströme ist, oder proportional zu di/dt. Der Ausgang des Verstärkers 99 kann einem elektrischen Energiemeßschaltkreis zugeführt werden, wie beispielsweise dem Kreis 43, um das vom Strom abhängige Signal e. zu erzeugen und dieses bei der Berechnung der zu messenden elektrischen Energiegröße zu verwenden, wie bereits bezüglich dem Ausgang der Wicklung 41 weiter oben beschrieben wurde.the output e of the coil 97 and the output e of the winding 92 both to a summing amplifier circuit 99 in compensation relationship fed to each other. The output of amplifier 99 produces a compensated and more linear proportional one Analog signal e. dependent on the current, which is proportional to the time derivative of the sum of the line currents, or proportional to di / dt. The output of amplifier 99 can be an electrical Energy measuring circuit are supplied, such as the circuit 43 to the current dependent signal e. to generate and to use this in the calculation of the electrical energy quantity to be measured, as already with regard to the output of the winding 41 was described above.

Bezüglich der weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung illustrieren die Fig. 5, 6, 7 und 8 Gegeninduktanzstrommeßwandler, bei denen die induktive Kopplung zwischen den Wandlern ausschließlich durch einen Luftspalt oder Luftraum geliefert wird, der die äquivalente Permeabilität von Luft besitzt und als Luftkernbauart bezeichnet wird. Fig. 5 erläutert einen Luftkerngegeninduktanzstrommeßwandler 106, der nicht maßstäblich dargestellt ist und die vorliegende Erfindung verkörpert. Fig. 6, 7 und 8 erläutern weitere Luftkerngegeninduktanzstrommeßwandler 107, die ebenfalls erfindungsgemäß ausgeführt sind.Regarding the further embodiments of the present invention Figures 5, 6, 7 and 8 illustrate mutual inductance current transducers, where the inductive coupling between the transducers is supplied exclusively through an air gap or air space which has the equivalent permeability of air and is referred to as air core design. Figure 5 illustrates an air core mutual inductance current transducer 106, not to scale, which embodies the present invention. Fig. 6, 7 and 8 explain further air-core mutual inductance current transducers 107, which are also designed according to the invention.

In Fig. 5 sind zwei Erimärstromleiter 108 und 110 in dem Wandler 106 eingeschlossen, entsprechend den Stromleitern 36 und 37 des Wandlers 12, der in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist. Symmetrische flußaddierende Einzelwindüngsprimärwicklungsleiterteile 112 und 114 sind in den Leitern 108 bzw. 110 enthalten. Eine Sekundärwicklung 116 besitzt Ausgangsanschlußleitungen 118 und 119, die den Anschlußleitungen 74 und 75 der Wicklung 41 entsprechen. Die Sekundärwicklung ist um eine nichtmagnetische Kernform 120 herumgewickelt, der eine Permeabilität aufweist, die im wesentlichen der von Luft entspricht. Das analoge Signal e^, proportional zur Zeitableitung der Summe der Leitungsströme, wie weiter oben beschrieben, wird an den Leitern 118 und 119 erzeugt. Es ist besonders wünschenswert, daß die PrimärwicklungIn FIG. 5, two primary current conductors 108 and 110 are included in the converter 106, corresponding to the current conductors 36 and 37 of the converter 12 shown in FIGS. 1 and 3. Symmetrical flux adding single turn primary winding conductor portions 112 and 114 are included in conductors 108 and 110, respectively. A secondary winding 116 has output leads 118 and 119 which correspond to the leads 74 and 75 of the winding 41. The secondary winding is wrapped around a non-magnetic core form 120 which has a permeability substantially equal to that of air. The analog signal e ^, proportional to the time derivative of the sum of the line currents, as described above, is generated on the conductors 118 and 119. It is particularly desirable that the primary winding

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oder die Spulenleiterteile 112 und 114 spiegelbildliche Symmetriebeziehungen zueinander und zu der Sekundärwicklung 116 besitzen. Die primären Wicklungen 112 und 114 erstrecken sich vorzugsweise bis zum Zentrum des Ringes, der von der Sekundärwicklung 116 gebildet wird, so daß die Wicklung 116 sich durch das Zentrum der Wicklungen 112 und 114 erstreckt. Die Sekundärwicklung 116 ist symmetrisch und gleichmäßig um die Spulenform 120 herum angeordnet. Die vorgenannte symmetrische Ausrichtung der Wicklungen ist wesentlich unempfindlicher gegenüber äußeren oder störenden magnetischen Feldern, deren Einflüsse durch die symmetrische Anordnung beseitigt werden.or the coil conductor parts 112 and 114 mirror-image symmetry relationships to each other and to the secondary winding 116 have. The primary windings 112 and 114 preferably extend to the center of the ring which is formed by the secondary winding 116, so that the winding 116 extends through the center of windings 112 and 114 extends. The secondary winding 116 is arranged symmetrically and uniformly around the coil form 120. The aforementioned symmetrical alignment of the windings is much less sensitive to external or disruptive magnetic fields, the influences of which are due to the symmetrical Arrangement can be eliminated.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform des Wandlers 106 besitzt die Sekundärwicklung 92 1950 Windungen oder fast 2000 Windungen, einen Durchmesser von ungefähr 5,1 cm, wobei jede äußere Wicklung eine Abmessung von ungefähr 0,64 χ 1,27 cm besitzt und und ein Signal e. von 403 Millivolt für einen Leitungsstrom I von 200 A und 1,05 Millivolt für einen Leitungsstrom I von 0,5 A liefert.According to a preferred embodiment of the converter 106 has the secondary winding 92 1950 turns or nearly 2000 turns, approximately 5.1 cm in diameter, each outer Winding has a dimension of approximately 0.64 χ 1.27 cm and and a signal e. of 403 millivolts for a line current I. of 200 A and 1.05 millivolts for a line current I of 0.5 A.

Es sei nun auf den in Fig. 7 dargestellten Gegeninduktanzstromwandler 107 eingegangen, der aus zwei im wesentlichen identischen Wandlereinheiten 126 und 128 besteht, die in einem Meßgerät 10a im wesentlichen identisch zum Meßgerät 10 montiert sind, mit der Ausnahme, daß der Wandler 107 den Wandler 12 ersetzt. Die Wandler 126 und 128 sind in Fig. 7 ohne Abschirmanordnungen dargestellt, die vorgesehen sein können, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt und weiter unten beschrieben. Ein Paar gerader schwerer Leiter 130 und 132 ersetzen die Leiter 36 bzw. 37 und sind in ähnlicher Weise in Serie zwischen Meßgeräteblattanschlussen 32 und 34 bzw. 33 und 35 angeordnet. Die Leiter 130 und 132 sind aus dem gleichen schweren Leitermaterial mit hoher Stromführungskapazität hergestellt und besitzen Abmessungen von etwa einem Durchmesser von 0,64 cm, wie die Leiter 36 und 37. Jede der Wandlereinheiten 126 und 128 umfaßt identische zylindrische toroidspulenförmige Sekundärwicklungen 134 und 136 und arbeiten als unabhängige Wandlerelemente, um separat die Ströme der LeiterLet us now refer to the mutual inductance current transformer shown in FIG 107 received, which consists of two essentially identical converter units 126 and 128, which are in a measuring device 10a are mounted essentially identically to the measuring device 10, with the exception that the transducer 107 replaces the transducer 12. the Transducers 126 and 128 are shown in FIG. 7 without shielding arrangements which may be provided as in FIGS. 7 and 8 and described below. A pair of straight heavy conductors 130 and 132 replace conductors 36 and 37, respectively, and are similarly arranged in series between meter blade terminals 32 and 34 and 33 and 35, respectively. The conductors 130 and 132 are made of the same heavy conductor material with high current carrying capacity manufactured and have dimensions of about 0.64 cm in diameter, like conductors 36 and 37. Each of the Converter units 126 and 128 include identical cylindrical toroidal coiled secondary windings 134 and 136 and operate as independent transducer elements to separate the currents of the conductors

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130 und 132 zu messen. Eine perspektivische Darstellung der Anordnung der Wandlereinheit 126 mit der toroidförmigen Wicklung 134 ist in Fig. 7 dargestellt, wobei Teile weggebrochen sind. Die Wicklungen 134 und 136 sind auf einer nichtmagnetischen, aus Plastikmaterial bestehenden hohlen Zylinderspulenform aufgewickelt, teilweise in Fig. 7 bei 140 gezeigt, welche Spulen wirksam die gleiche Permeabilität wie Luft aufweisen. Die Wicklungen 134 und 136 umfassen jeweils ungefähr 1500 Windungen Draht mit einem Durchmesser von größenordnungsmäßig 0,01 cm. Die Durchschnittsgröße einer jeden Spulenwindung, da sie parallel zu den Leitern 130 und 132 in den Wicklungen 134 und 136 gewickelt ist, beträgt etwa 2,54 cm χ 0,64 cm.130 and 132 measure. A perspective view of the The arrangement of the transducer unit 126 with the toroidal winding 134 is shown in FIG. 7, with parts broken away are. The windings 134 and 136 are on a non-magnetic, made of plastic material hollow solenoid form wound, partially shown in Fig. 7 at 140, which coils effectively have the same permeability as air. The windings 134 and 136 are approximately 1500 turns each Wire with a diameter of the order of 0.01 cm. The average size of each coil turn as they are parallel wound to conductors 130 and 132 in windings 134 and 136 is approximately 2.54 cm 0.64 cm.

Die Anschlußleitungen 142 und 143 von Wicklung 134 und der Leiter 144 und 145 der Wicklung 136 sind in Serie geschaltet, wie in Fig. 6 dargestellt, um die Spannung zu summieren. Die Anschlußleiter 142 und 144 erzeugen das vom Strom abhängige Analogsignal e., das dem Ausgang der Anschlußleiter 74 und von Wicklung 41 entspricht. Der innere Durchmesser der Wicklungen 134 und 136 wird von KunststoffZylinderbuchsen 148 und 150 getragen, die auf den Leiter 130 bzw. 132 montiert sind. Somit umringen die Wicklungen 134 und 136 die Leiter 130 und 132_r von welchen Leitungen Teile effektiv Primärwicklungen mit einer Einzelwindung bilden. Die von in den Leitern 130 und 132 fließenden Ströme erzeugten Magnetflüsse laufen durch die wirksamen Luftkernräume hindurch, die gegenseitig den Leiter 130 und die Wicklung 134 sowie den Leiter 132 und die Wicklung 136 umfassen und hindurchlaufende elektromagnetische Flüsse erzeugen Spannungen, die proportional zur Änderungsrate der Ströme in den Leitern 130 und 132 sind.The leads 142 and 143 of winding 134 and conductors 144 and 145 of winding 136 are connected in series as shown in FIG. 6 to sum the voltage. The connecting conductors 142 and 144 generate the current-dependent analog signal e., Which corresponds to the output of the connecting conductors 74 and of winding 41. The inner diameter of windings 134 and 136 are supported by plastic cylinder sleeves 148 and 150 which are mounted on conductors 130 and 132, respectively. Thus, the windings 134 and 136 surround the conductor 130 and 132 _r of which lines parts effectively form a single turn primary windings. The magnetic fluxes generated by the currents flowing in the conductors 130 and 132 pass through the effective air-core spaces, which mutually comprise the conductor 130 and the winding 134 and the conductor 132 and the winding 136, and electromagnetic fluxes passing through generate voltages which are proportional to the rate of change of the currents are in ladders 130 and 132.

Elektrostatische und magnetische Abschirmungen werden vorzugsweise für jeden der Wandlerabschnitte 126 und 128 vorgesehen, wie in Fig. 7 für die Wicklung 134 sowie in der schematischen Schaltung der Fig. 8 dargestellt. Andere magnetische und elektrostatische Abschirmanordnungen 151 und 152 sowie innere elektrostatische Abschirmungen 153 und 154, die auch als Faraday-KäfigeElectrostatic and magnetic shields are preferred provided for each of the transducer sections 126 and 128, as shown in FIG. 7 for the winding 134 and in the schematic circuit of FIG. Other magnetic and electrostatic Shielding arrangements 151 and 152 and internal electrostatic Shields 153 and 154, also called Faraday cages

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bezeichnet werden, sind schematisch in Fig. 8 dargestellt. Die Abschirmungen 153 und 154 können durch ein leitfähiges Schichtmaterial gebildet werden, das den inneren Durchmesser der Wicklung 132 umgibt, um einen geerdeten Weg für störende Hochfrequenz oder andere Signale zu liefern, um so zu verhindern, daß sie mit den Sekundärwicklungen 132 und 134 verkoppelt werden, ohne daß die Abschirmung die magnetische Flußkopplung zwischen dem zugehörigen Leiter und der Sekundärwicklung beeinflußt. Die kombinierte magnetische und elektrostatische Abschirmungsanordnung 151 wird gemäß Fig. 7 durch zwei becherförmige laminierte oder zweiteilige Glieder 158 und 160 gebildet, die Zentralbohrungen besitzen, die über den zugehörigen Leiter wie den Leiter 130 geschoben sind und die außerdem passende offene Enden besitzen, die aneinander anliegen und sich magnetisch und elektrisch berühren, so daß die Glieder 158 und 160 im wesentlichen vollständig die Wicklung 134 umschließen. Die äußere Schale oder der Becherteil, wie der Becherteil 160-1, eines jeden der Glieder 158 und 160, ist aus Weichmagnetmaterial hergestellt. Eine innere Schale oder Becherteil, wie das Teil 160-2, ist aus einem leitfähigen Material ähnlich dem Material 153 hergestellt, um den Rest der vollständigen elektrostatischen Abschirmung zu bilden. Die Teile 158 und 160 und die Schicht 153 bilden die vollständige Abschirmungsanordnung für die Wicklung 134. Somit können externe Signale oder störende Magnetflußfelder, wie sie beispielsweise von dem Spannungswandler 45 oder anderen Magnetflußquellen herrühren, nicht mit der Wicklung 134 verkoppelt werden und so keine fehlerhaften auf Strom empfindliche Analogsignale erzeugen. Wenn die Glieder 158 und 160 für die Anordnung 152 vorgesehen werden und die leitende Abschirmung 154 wie bei 153 geformt ist, ist die Wicklung 136 in ähnlicher Weise geschützt.are shown schematically in FIG. The shields 153 and 154 can be made of a conductive sheet material surrounding the inner diameter of the winding 132 to provide a grounded path for interfering radio frequency or to provide other signals so as to prevent them from being coupled to the secondary windings 132 and 134, without the shield affecting the magnetic flux coupling between the associated conductor and the secondary winding. The combined magnetic and electrostatic shield assembly 151 is laminated by two cup-shaped ones as shown in FIG or two-part members 158 and 160 are formed, the central bores which are slid over the associated conductor such as conductor 130 and which also have matching open ends have, which abut and magnetically and electrically contact each other, so that the members 158 and 160 substantially completely enclose the winding 134. The outer shell or cup part, such as cup part 160-1, of each of the Links 158 and 160 are made of soft magnetic material. An inner cup or cup part such as part 160-2 is made of a conductive material similar to material 153 to provide the rest of the full electrostatic shielding to build. The parts 158 and 160 and the layer 153 form the complete shield arrangement for winding 134. External signals or interfering magnetic flux fields, as they come from the voltage converter 45 or other magnetic flux sources, for example, not coupled to the winding 134 and thus do not generate faulty analog signals that are sensitive to electricity. When members 158 and 160 for the arrangement 152 and the conductive shield 154 as shaped at 153, winding 136 is similarly protected.

Das in Fig. 8 dargestellte elektrische Schemadiagramm erläutert die elektrischen Verbindungen des Spannungsmeßwandlers 45 und des Strommeßwandlers 107 des Meßgerätes 10a der Fig. 6. Die magnetischen und elektrostatischen Abschirmungen 151, 152, 153 und 154 liefern die Abschirmung für die Wicklungen 134 und 136,The electrical schematic diagram shown in Figure 8 illustrates the electrical connections of voltage transducers 45 and 45 of the current transducer 107 of the measuring device 10a of FIG. 6. The magnetic and electrostatic shields 151, 152, 153 and 154 provide the shielding for windings 134 and 136,

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wie weiter oben beschrieben, Der Ausgang e_v des Wandlers 45 und der Ausgang e. der zwei Wandlerabschnitte 126 und 128 werden dem elektronischen Wechselstromenergiemeßschaltkreis 53 zugeführt, wie für das Meßgerät 10 bereit.beschrieben, das in Fig. 1 dargestellt ist.As described above, the output e _{v of} the converter 45 and the output e. of the two transducer sections 126 and 128 are fed to the AC power meter electronic circuit 53 as described for the meter 10 shown in FIG.

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Claims

drying. Ernst Stratmann - PATENT Attorney ^ Q 7 7 * i A ft D-4OOO DÜSSELDORF 1 · SCHADOWPLATZ 9 "'" Düsseldorf, July 4, 1979 47,785-1 7941 Westinghouse Electric Corporation Pittsburgh, Pa., V. St. A. Patent Claims;

1. \ AC electrical energy meter having an electronic measurement circuit for processing analog signals responsive to the line current and voltage components of an AC electrical energy quantity to be measured to generate electronic signals representing quantized quantities of electrical energy, the meter having a voltage transducer for parallel connection to the line voltage component for generating an analog voltage signal (e _v ) proportional to the line voltage component and a current transducer, characterized in that the current transducer comprises first and second large conductor devices (36, 37 in FIGS. 1, 3; 86, 87 in FIG 4; 108, 110 in Fig. 5; 130, 132 in Figs. 6 to 8) for series connection with the line current component, each of the first and second line devices having a primary winding portion for generating magnetic flux variations due to changes in the size and rate of the therein flowing current has that the current transducer also has a secondary winding device (41 in Fig. 1 to 3; 92 in Figure 4; 116 in Figure 5; 134, 136 in FIGS. 6 to 8), which is magnetically coupled to the changes in the magnetic flux generated by the primary winding parts, so as to through an air gap

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pass through, the secondary winding devices generate an electromotive force in the secondary winding, which reacts to the changes in the magnetic flux in such a way that that the secondary winding device on the current responsive analog voltage signal that is proportional to the sums of the time derivatives of the current flow in the first and second large conductors over a range of current changes ranging up to 400: 1, both on voltage and current responsive analog voltage signal is suitable to the inputs requiring high impedance and low signal level to be connected to the electronic measuring device.

2. Energy measuring device according to claim 1, characterized in that the measuring device has at least four blade connections (32 to 35) for detachable mounting of the meter, the current component in series with separate pairs of the four blade terminals is connected and the voltage component across a blade terminal of each of the separated Pairs of blade connections is connected.

3. Energy measuring device according to claim 1 or 2, characterized by a magnetically permeable core (40 in FIG. 1 to 3; 82 in Figure 4; 120 in Figure 5; 140 in Fig. 7), which has both the primary winding parts of the first and second Line devices as well as the secondary winding, which is coupled to the primary winding, and that the magnetically permeable core includes a predetermined air gap.

4. Energy measuring device according to claim 3, characterized in that the current transducer has a C-shaped magnetically permeable core (40 in Figs. 1 to 3; 82 in Fig. 4) and two large conductor coils (39, 38 in Figs. 1 to 3; 82, 90 in Fig. 4) of an induction watt hour meter current electromagnet section, which has a primary, a wind

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Forming comprehensive winding part for the current transducer.

5. Energy measuring device according to claim 3 or 4, characterized in that that magnetically saturable shunt bar members (76 in Fig. 3) are opposed to each other Ends of the magnetically permeable core extend to conduct magnetic flux in the core only at low core flux levels.

6. Energy measuring device according to claim 3, 4 or 5, characterized by a take-up coil (97 in Fig. 4), which is arranged adjacent to the air gap space, so as to with its leakage magnetic flux to be inductively coupled, and that further a signal summing circuit means (43 in Figs. 1,8 and 99 in Fig. 4) is provided which respond to both the output and the secondary winding so that the summing circuit means a compensated current-sensitive analog voltage signal (e.) which is proportional to the time derivative of the line current component of the electrical energy quantity to be measured.

7. Energy measuring device according to claim 1 or 2, wherein the Secondary winding means have first and second cylindrical toroidal turns (134, 136 in Figures 6-8) which are wound around non-magnetic cores (148, 150) and circle effective primary winding parts of the first and second large conductor means, and that the output conductor means are serially connected parts of the output connection lines (142 to 145) of each of the first and second toroidal windings to provide the current dependent analog Generate voltage signal.

8. Energy measuring device according to claim 7, characterized in that the first and second large conduit means are each substantially straight and that the first and second toroidal windings are each non-magnetic

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Bushing part (148, 150) comprise on the primary winding parts is mounted to support the non-magnetic cores with an electrostatic shielding device (153, 154), which is arranged between the toroidal windings and the associated conductor device.

9. Energy measuring device according to claim 7 or 8, characterized in that that each of the toroidal windings comprise many turns wound in a direction that is substantially are parallel to the associated first and second large conduit means.

10. Energy measuring device according to claim 9, characterized by magnetic shielding devices (158, 160) for the im substantial complete enclosure of both the first and the second toroidal winding.

11. Energy measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that that the secondary winding means comprise a one-piece toroidal winding (116 in Fig. 5), which is wound around a non-magnetic core (120), and in that the first and second large conductor means each comprise single-loop primary winding portions (112, 114), each of which is divided by the individual toroidal

. ment extend and the toroidal winding in substantially enclose symmetrical identical and mirror image relationship.

12. Energy measuring device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the voltage transducer has an E-shaped core (45) and a potential measuring winding (48) of the voltage solenoid portion of an induction watt-hour meter.

13. Energy measuring device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the line current component has a variable magnitude that is between about 0.5

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and 200 A varies, and that this current component through each of the first and second large conduit means and the associated primary winding parts flows.

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