DE3234053C2 - Measuring device for the instantaneous value of a current - Google Patents
Measuring device for the instantaneous value of a currentInfo
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Abstract
Der Messer für einen Momentanwert des Stroms enthält einen Stromtransformator (1), dessen sekundäre Steuerwicklung (3) über einen Former (4) von Steuersignalen für Schalter mit den Steuereingängen (5, 6) der Schalter (7, 8) verbunden ist. Ein gemeinsamer Verbindungspunkt (15) der Schalter (7, 8) ist über eine Drossel (17) mit einem Anschluß einer sekundären Ausgangswicklung (16) des Stromtransformators (1) gekoppelt. Der andere Anschluß der Wicklung (16) ist an einen Abgriff (14) einer Speisequelle (13) der Schalter über einen Widerstand (18) gelegt.The meter for an instantaneous value of the current contains a current transformer (1), the secondary control winding (3) of which is connected to the control inputs (5, 6) of the switches (7, 8) via a former (4) of control signals for switches. A common connection point (15) of the switches (7, 8) is coupled via a choke (17) to a connection of a secondary output winding (16) of the current transformer (1). The other connection of the winding (16) is connected to a tap (14) of a supply source (13) of the switch via a resistor (18).
Description
Darüber hinaus entstehen bei großen Änderungsgeschwindigkeiten des zu messenden Stromes in der Sekundärwicklung des Stromtransformators große Spannungen, die einen Wicklungsdurchbruch bewirken. Dies setzt die Zuverlässigkeit der Meßeinrichtung herab.In addition, high rates of change of the current to be measured arise in the secondary winding of the current transformer high voltages, which cause a winding breakdown. this reduces the reliability of the measuring device.
Der genannten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms zu schaffen, in der eine Verringerung von die Schalter durchfließenden Schaltströmen und eine Beseitigung von Oberspannungen in der Schaltung es gestattet, deren Zuverlässigkeit zu erhöhen, deren Abmessungen zu verkleinern und deren Konstruktion zu vereinfachen. The invention is based on the object of a measuring device for the instantaneous value of a To create current, in which a reduction of the switching currents flowing through the switches and an elimination of high voltages in the circuit makes it possible to increase its reliability, its dimensions to downsize and to simplify their construction.
Diese Aufgabe wird mit dem im ersten Patentanspruch angegebenen Mitteln gelöstThis object is achieved with the means specified in the first claim
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous refinements result from the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand konkreter Ausführungsformen unter Bezugsnahme auf Zeichnungen näher erläutert Es zeigtThe invention is explained below on the basis of specific embodiments with reference to drawings explained in more detail It shows
Fig.'. eine Schaltung einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms;Fig. '. a circuit of a measuring device according to the invention for the instantaneous value of a current;
Fig.2 eine Schaltung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms mit einer eine Zusatzwicklung aufweisenden Drossel;2 shows a circuit of a second embodiment of the measuring device according to the invention for the Instantaneous value of a current with a choke having an additional winding;
Fig.3 eine schematische Anordnung von Wicklungen einer Drossel und eines Stromtransformator auf den Kernen gemäß der Erfindung.3 shows a schematic arrangement of windings a choke and a current transformer on the cores according to the invention.
Die Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms enthält einen Stromtransformator 1 (Fig. 1), dessen Primärwicklung 2 im Stromkreis des zu messenden Stroms liegt, während die Anschlüsse einer sekundären Steuerwicklung 3 an die Eingänge eines Formers 4 von Steuersignalen für die Schalter gelegt sind. Die Ausgänge des Formers 4 sind an die Steuereingänge 5,6 zweier in Reihe liegender Schalter 7 und 8 angeschlossen. The measuring device for the instantaneous value of a current contains a current transformer 1 (Fig. 1), whose primary winding 2 is in the circuit of the current to be measured, while the connections of a secondary Control winding 3 are applied to the inputs of a shaper 4 of control signals for the switches. the The outputs of the former 4 are connected to the control inputs 5, 6 of two switches 7 and 8 in series.
Der Schalter 7 enthält ein Schaltungselement 9 mit einer Durchlaßrichtung und eine Diode 10 und der Schalter 8 ein Schaltungselement limit einer Durchlaßrichtung und eine Diode 12. Die Anschlüsse des aus den Schaltern 7,8 zusammengesetzten Stromkreises sind an eine Gleichspannungs-Speisequelle !3 mit einem Abgriff 14 gelegt.The switch 7 includes a circuit element 9 with a forward direction and a diode 10 and the Switch 8 a circuit element limit a forward direction and a diode 12. The connections of the circuit composed of switches 7, 8 are on a DC voltage supply source! 3 with a tap 14 placed.
Ein gemeinsame; Verbindungspinkt 15 der Schalter 7, 8 ist mit einem Anschluß einer sekundären Ausgangswicklung 16 des Stromtransformators 1 über eine Drossel 17 verbunden. Der andere Anschluß der Wicklung 16 ist über einen Widerstand 18 an den Abgriff 14 der Speisequelle 13 geführt.A common; Link pin 15 the switch 7, 8 is connected to a connection of a secondary output winding 16 of the current transformer 1 via a choke 17 connected. The other connection of the winding 16 is via a resistor 18 to the tap 14 of the Feed source 13 out.
Parallel zum Widerstand 18 liegt ein Voltmeter 19, dessen Spannung dem Momentanwert des Meßstroms entspricht.A voltmeter 19, the voltage of which corresponds to the instantaneous value of the measuring current, is located parallel to the resistor 18 is equivalent to.
Der Former 4 von Steuersignalen für die Schalter enthält eine Reihenschaltung aus einem Differenzicrglied 20 und einem Schwcllenelement 21, dessen Ausgänge als Ausgänge des Formers 4 auftreten.The former 4 of control signals for the switches contains a series connection of a differential element 20 and a Schwcllenelement 21, the outputs of which appear as outputs of the former 4.
Bei einer anderen Ausführungsform der Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms bekannt, umschließt die Primärwicklung 2 (F i g. 2) des Stromtransformators 1 den Kern 22 der Drossel 17 wobei, als Zusatzwicklung (Abschnitt 23 in Fig. 2) der Drossel 17 dient. Hierbei entfällt ein Ausgleich der Verzögerung im Stromkreis, weshalb der Former 4 von Steuersignalen für die Schalter in Form eines Proportionalelementes ausgeführt wird.In another embodiment of the measuring device known for the instantaneous value of a current, encloses the primary winding 2 (Fig. 2) of the current transformer 1 the core 22 of the choke 17 with the choke 17 as an additional winding (section 23 in FIG. 2) serves. This eliminates the need to compensate for the delay in the circuit, which is why the shaper 4 of control signals for the switch is designed in the form of a proportional element.
Als Hauptwicklung (Abschnitt 24 in F i g. 2) der Drossel 17 dient die sekundäre Ausgangswicklung 16 des Stromtransformators 1, die die Kerne 22 (F i g. 3), 25 der Drossel 17 bzw. des Stromtransformators 1 umschließt.The secondary output winding 16 of the is used as the main winding (section 24 in FIG. 2) of the choke 17 Current transformer 1, which encloses the cores 22 (FIG. 3), 25 of the choke 17 or of the current transformer 1.
Die Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms arbeitet wie folgt:The measuring device for the instantaneous value of a current works as follows:
Der Meßstrom /1 durchfließt die Primärwicklung (2) (Fig. 1) des Stromtransformators 1. Die Schalter 7, 8 bilden samt dem Stromtransformator 1 und der Drossel 17 einen Multivibrator, in dem die Schalter 7, 8 dank dem Vorhandensein einer Rückführung für den Sekundärstrom /2 umgesteuert werden und dessen Stromkreis über Drossel 17, sekundäre Ausgangswicklung 16, sekundäre Steuerwicklung 3 des Stromtransformators 1 und Former 4 von Steuersignalen für die Schalter in sich schließtThe measuring current / 1 flows through the primary winding (2) (Fig. 1) of the current transformer 1. The switches 7, 8 form together with the current transformer 1 and the choke 17 a multivibrator in which the switches 7, 8 thanks to the presence of a return for the secondary current / 2 are reversed and its circuit via choke 17, secondary output winding 16, secondary Control winding 3 of the current transformer 1 and shaper 4 of control signals for the switch in itself closes
Die Schwingungsfrequenz des genannten Multivibrators wird hoch gewählt und hängt vom Induktivitätsvfert der Drossel 17, vom Wert der Zeitkonstante des Differenziergliedes 20 und von der Breite einer Hystereseschleife des in Form eines Schmitt-Triggers ausgeführten Schwellenelementes 21 ab. T.' :i Messungen von sich mit Frequenzen von ö bis i5ö Hz ändernden Strömen wird die Schaltfrequenz der Schalter 7, 8 in Grenzen von einigen zehn kHz, beispielsweise 50 kHz, gewählt The oscillation frequency of said multivibrator is selected to be high and depends on the inductance value of the choke 17, the value of the time constant of the differentiating element 20 and the width of a hysteresis loop of the threshold element 21 in the form of a Schmitt trigger. T. ' : i measurements of currents changing with frequencies from δ to 15 Hz, the switching frequency of the switches 7, 8 is selected within the limits of a few tens of kHz, for example 50 kHz
Bei d r Arbeit des Multivibrators erfolgt eine ununterbrochene Ummagnetisierung des Kernes des Stromtransformators 1, und es wird eine Transformation sowohl eines Gleich- als auch eines Wechselstroms i\ aus dem Meßkreis in die sekundäre Ausgnngswicklung 16 ermöglicht. Die Umwandlung des Meßstroms i\ in den Sekundärstrom h geschieht auf Grund der Gleichheit der Amperewindungszahlen der Primärwicklung 2 und der sekundären Ausgangswicklung 16 des Stromtransformators 1.In dr work of the multivibrator a continuous magnetic reversal takes place of the core of the current transformer 1, and also makes it possible a transformation of both a DC and an alternating current i \ of the measuring circuit in the secondary Ausgnngswicklung sixteenth The conversion of the measuring current i \ into the secondary current h takes place on the basis of the equality of the number of ampere turns of the primary winding 2 and the secondary output winding 16 of the current transformer 1.
Der Sekundärstrom h fließt über den Widerstand 18, an dem die Spannung dem Morncntanwert des zu messenden Stroms /1 entspricht. Der Spannungsabfall am Widerstand 18 wird klein gegenüber der Spannung der Speisequelle 13 gewählt.The secondary current h flows through the resistor 18, at which the voltage corresponds to the Morncntanwert of the current to be measured / 1. The voltage drop across the resistor 18 is selected to be small compared to the voltage of the supply source 13.
Es möge der betragsmäßig konstante Meßstrom i\ (durch einen Pfeil in Fig. 1 angedeutet) über die Primärwicklung 2 des Stromtransformators 1 fließen, der Sekundärstrom h wird eine durch einen Pfeil '2 gezeigte Richtung haben. 1st der Schalter 7 offen, so fließt der Strom /2 = ki\, worin k ein Proportionalitätsfaktor ist, über das Schaltungselement 9, die sekundäre Ausgangswicklung 16 und den Widerstand 18 unter der Wirkung einer positiven Spannung der Speisequelle 13. Unter der Wirkung dieser Spannung erfolgt eine Ummagnetisierung des Kerns 25 des Stromtransformators 1 in Richtung positiver Induktionswerte. Zu irgendeinem Zeitpunkt tritt eine Sättigung dieses Kernes 25 ein, wobei d ;r S..'cm /2 zunimmt.Let the absolute measured current i \ (indicated by an arrow in FIG. 1) flow through the primary winding 2 of the current transformer 1, the secondary current h will have a direction shown by an arrow 2. If the switch 7 is open, the current / 2 = ki \, where k is a proportionality factor, flows via the circuit element 9, the secondary output winding 16 and the resistor 18 under the action of a positive voltage from the supply source 13. Under the action of this voltage a reversal of magnetization of the core 25 of the current transformer 1 takes place in the direction of positive induction values. At some point in time, this core 25 becomes saturated, with d; r S .. 'cm / 2 increasing.
Durch das Vorhandensein der Drossel 17 erweist sich die Änderungsgesv/nwindigkeit des Stroms /2 als begrenzt, und beim Einsetzen der Sättigung des Stromtransformators 1 wird die Spannung an der Drossel 17Due to the presence of the throttle 17, the rate of change of the current / 2 proves to be limited, and at the onset of saturation of the current transformer 1, the voltage across the choke 17
und der Wicklung 16 in der Weise umverteilt, daß die Spannung an der Drossel 17 ansteigt und an den Wicklungen 16 und 3 abfällt. Bei der Abnahme der Spannung an der Wicklung 3 wird am Ausgang des Differenziergliedes 19 eine alternierende Spannung erzeugt, bei deren Nulldurchgang -das Schwellenelement 20 ein Sperrsignal an das Schaltungselement 9 gibt.and the winding 16 redistributed in such a way that the voltage on the choke 17 and on the windings increases 16 and 3 falls away. When the voltage across the winding 3 decreases, the output of the differentiating element 19 generates an alternating voltage, at the zero crossing of which the threshold element 20 generates a blocking signal to the circuit element 9 there.
Ist das Element 9 gesperrt, beginnt der Strom /2 über die Diode 12 des Schalters 8 zu fließen. An die WicklungIf the element 9 is blocked, the current / 2 begins over the diode 12 of the switch 8 to flow. To the winding
16 des Siromtransformators 1 wird von diesem Zeitmoment an eine negative Spannung angelegt, und der Kern 25 fängt damit an, sich in Richtung negativer Induktionswerte umzumagnetisieren. Nach einiger Zeit setzt eine Sättigung des Kerns 25 des Stromtransformators 1 im Bereich der negativen Induktion ein. Hierbei beginnt die Spannung an der Drossel 17 anzuwachsen und an der Wicklung3 abzufallen. Mit Hilfe des Differenziergliedes 20 und des Schwellenelementes 21 wird ein Steuersignal formiert, das das Element 9 öffnet, und der Vorgang wiederholt sich.16 of the Sirom transformer 1 is from this moment of time is applied to a negative voltage, and the core 25 begins to re-magnetize in the direction of negative induction values. After a while, a Saturation of the core 25 of the current transformer 1 in the area of negative induction. This is where the The voltage at the choke 17 will increase and at the winding 3 it will decrease. With the help of the differentiator 20 and the threshold element 21, a control signal is formed which opens the element 9, and the process repeated.
Dadurch, daß die Induktivität der Drossel 17, die Zeitkonstante des Differenziergliedes 20 und die Breite der Hystereseschleife des Schwellenelementes 21 in einem vorgegebenen Verhältnis gewählt sind, wird eine Betriebsart des Stromtransformators 1 ohne Sättigung gesichert. Es fehlen also Pulsationen des über den Widerstand 18 fließenden Stroms h. Because the inductance of the choke 17, the time constant of the differentiating element 20 and the width of the hysteresis loop of the threshold element 21 are selected in a predetermined ratio, an operating mode of the current transformer 1 without saturation is ensured. There are therefore no pulsations in the current h flowing through the resistor 18.
Die Arbeit der Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms mit dem Stromtransformator 1 und der Drossel 17, die gerätetechnisch vereinigt sind, geht folgenderweist vor sich:The work of the measuring device for the instantaneous value of a current with the current transformer 1 and the throttle 17, which are technically combined, proceeds as follows:
Die Schalter 7 (Fig.2), 8 bilden samt dem Stromtransformator t und der Drossel 17 gleichfalls einen Multivibrator, der für eine ständige Ummagnetisierung des Kernes 25 des Stromtransformators 1 sorgt und eine Transformation des Stroms /Ί aus dem Meß- in den Sekundärkreis mit dem Strom /2 ermöglicht. Der Kern 22 der Drossel 17 weist keinen Luftspalt, dafür aber eine größere Induktionssättigung als der Kern 25 des Stromtransformators 1 durch Anwendung verschiedener Magnetwerkstoffe auf.The switches 7 (Fig.2), 8 form together with the current transformer t and the throttle 17 also have a multivibrator, which is responsible for a constant reversal of magnetization of the core 25 of the current transformer 1 and a transformation of the current / Ί from the measuring circuit to the secondary circuit with the current / 2 made possible. The core 22 of the throttle 17 does not have an air gap, but one greater induction saturation than the core 25 of the current transformer 1 due to the use of different magnetic materials on.
Es sei angenommen, daß die Ströme i·, und /2, wie in F i g. 2 durch die Pfeile angedeutet ist, fließen und das Element 9 leitet. Unter Einwirkung der positiven Spannung der Speisequelle 13 werden die Kerne 22, 25 der Drossel 17 bzw. des Stromtransformators i in Richtung positivier Induktion ummagnetisiert, und zu irgendeinem Zeitpunkt geschieht eine Sättigung des Kernes 25 des Strom transformators 1. Der Kern 22 wird nicht gesättigt, weil er einen größeren Wert der Sättigungsinduktion als der Stromtransformator 1 besitzt. Der Strom /2 nimmt daher im Augenblick der Sättigung des Stromtransformators 1 nicht zu und wird dem Strom /, entsprechen, die Spannung an dessen Wicklung 3 fällt auf Null ab und wird dann nach einer Vorzeichenumkehr ansteigen. Dementsprechend wird sich die Spannung am Ausgang des in Form eines Maßstabselementes ausgeführten Formers 4 ändern, und das Element 9 wird gesperrt Hierbei wird an die Wicklung 16 eine negative Spannung von der Quelle 13 angelegt, und es tritt eine Ummagnetisierung der Kerne 22,25 der Drossel 17 bzw. des Stromtransformators 1 in Richtung negativer Induktion ein.It is assumed that the currents i ·, and / 2, as in FIG. 2 is indicated by the arrows, flow and the element 9 conducts. Under the action of the positive voltage of the supply source 13, the cores 22, 25 of the choke 17 or the current transformer i are remagnetized in the direction of positive induction, and at any point in time the core 25 of the current transformer 1 is saturated. The core 22 is not saturated, because it has a larger value of saturation induction than the current transformer 1. The current / 2 therefore does not increase at the moment of saturation of the current transformer 1 and will correspond to the current /, the voltage at its winding 3 drops to zero and will then increase after a sign reversal. Accordingly, the voltage at the output of the former 4 executed in the form of a scale element will change, and the element 9 is locked This is applied to the winding 16, a negative voltage from the source 13, and there occurs a reversal of magnetization of the Ke r ne 22,25 the choke 17 or the current transformer 1 in the direction of negative induction.
Nach Ablauf einiger Zeit wird der Kern 25 des Stromtransformators 1 gesättigt, die Spannung an der Wicklung 3 und am Ausgang des Formers 4 wird das Vorzeichen ändern, und der Schalter 7 wird wieder leitend. Hierbei wird die Sättigung des Stromiransformators 1 im Bereich der negativen Induktion von keiner Stromänderung begleitet, da der Kern 22 der Drossel 17 ungesättigt bleibt.After some time, the core 25 of the current transformer 1 is saturated, the voltage on the winding 3 and at the output of the former 4 will change the sign, and the switch 7 will be conductive again. The saturation of the current transformer is 1 in the region of the negative induction there is no change in current, since the core 22 of the choke 17 is unsaturated remain.
Im Strommesser wird also die Erzeugung eines Signals am Widerstand 18 gewährleistet, das dem Meßstrom proportional ist und keine durch die Sättigung des Kemes 25 des Stromtransfonnators 1 hervorgerufenen Schwankungen aufweistSo in the ammeter there is the generation of a signal at the resistor 18 ensures that the measuring current is proportional and none by the saturation of the Kemes 25 of the current transformer 1 caused Has fluctuations
Die vorliegende Erfindung gestattet es also, die Konstruktion der Meßeinrichtung für den Momentanwert eines Stroms dadurch zu vereinfachen, daß ein Ausgangssignals mit einer geringen Welligkeit ohne Anwendung eines konstruktiv komplizierten und wenig zuverlässigen Luftspalt-Stromtransformators im Stromkreis des zu messenden Stroms und eines /?C-Filters mit einer großen Zeitkonstante erhalten wird.The present invention thus allows the construction to simplify the measuring device for the instantaneous value of a current in that an output signal with a low ripple without using a structurally complicated and unreliable one Air-gap current transformer in the circuit of the current to be measured and a /? C filter with a large time constant is obtained.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
Das ÄC-Filter sorgt für eine geringe Welligkeit amίο The current transformer and the output of the push-pull magnetic amplifier are connected to the RC filter, the output of which is used as the output of the meter for an instantaneous value of the current
The ÄC filter ensures a low ripple on the
Im genannten Strommesser erweist sich der Stromtransformator zur Schaltzeit der Transistorschalter als gesättigt, und über die Transistorschalter fließen Sättigungströme, die die berechneten Betriebswerte wesentlich überschreiten. Dies führt zu einer Erhöhung der Welligkeit des Ausgangssignals, zu zusätzlichen Leistungsverlusten in den Schaltern und zu einer Verringerung der Arbeitszuverlässigkeit der Strommeßeinrichtung. The measuring device also contains a measuring block for the derivation of the current which is made up of an air gap current transformer, the primary winding of which is in series with the primary winding of the current transformer, while the secondary winding and resistor are connected to an AC filter. The switches are made up of transistors.
In the ammeter mentioned, the current transformer proves to be saturated at the switching time of the transistor switches, and saturation currents flow through the transistor switches which significantly exceed the calculated operating values. This leads to an increase in the ripple of the output signal, to additional power losses in the switches and to a reduction in the operational reliability of the current measuring device.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19823234053 DE3234053C2 (en) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | Measuring device for the instantaneous value of a current |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE19823234053 DE3234053C2 (en) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | Measuring device for the instantaneous value of a current |
Publications (2)
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| DE3234053A1 DE3234053A1 (en) | 1984-03-15 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19823234053 Expired DE3234053C2 (en) | 1982-09-14 | 1982-09-14 | Measuring device for the instantaneous value of a current |
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Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1982
- 1982-09-14 DE DE19823234053 patent/DE3234053C2/en not_active Expired
Also Published As
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| DE3234053A1 (en) | 1984-03-15 |
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