DE4021832A1

DE4021832A1 - Kompensationsstromwandler in magnetischer brueckenschaltung

Info

Publication number: DE4021832A1
Application number: DE19904021832
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Westerfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-01-16
Also published as: DE4021832C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromwandler, der nach dem Kompensationsprinzip für magnetische Felder arbeitet, zur Transformierung von Gleichströmen oder Wechselströmen mit beliebiger Kurvenform in galvanisch getrennte, höhere oder niedrigere Gleichströme oder Wechselströme.

Ein derartiger Kompensationsstromwandler ist aus der Druckschrift PB-151-1, Ausgabe 10/88 der Firma Vacuumschmelze GmbH/ D-6450 Hanau bekannt. Ein offenes magnetisches Joch ist mit einer Meßwicklung und mit einer Kompensationswicklung versehen, wobei im Luftspalt der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Dieser Magnetfeldsensor ist an einen Regelverstärker angeschlossen, der den Ausgangsstrom so lange verändert, bis sich die magnetische Feldstärke im Luftspalt zu O T kompensiert. Auch bei weichmagnetischem Jochmaterial wird durch die Remanenzfeldstärke im Joch der Kompensationsvorgang so ungenau, daß ein derartiger Kompensationsstromwandler nur für relativ hohe Meßstrombereiche ab einer effektiven Nennstromstärke von 100 A brauchbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompensationsstromwandler der eingangs genannten Art zu schaffen, der von der Remanenzfeldstärke im Eisenjoch unbeeinflußt bleibt und somit die Transformierung von kleineren Meßströmen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Durch den symmetrischen Aufbau und die geschlossene Jochkonstruktion bleibt der Kompensationsvorgang von der Remanenzfeldstärke des Jochs unbeeinflußt, so daß auch die Transformierung kleinerer Ströme mit beliebiger Kurvenform möglich ist.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Kompensationsstromwandlers nach Anspruch 1 ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruchs 2 erlauben einen einfachen Vergleich zweier Gleichströme oder Wechselströme mit beliebiger Kurvenform, ohne daß bei der Messung die beiden Meßströme galvanisch miteinander verbunden werden müssen.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Stromkomparators nach Anspruch 2 ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruchs 3 erlauben eine einfache Bildung der Regelabweichung für einen elektronischen Regler, wobei Sollwertstrom, Istwertstrom und Regelabweichungssignal gegeneinander galvanisch getrennt sind und sich infolge der Kennlinie des Magnetfeldsensors eine Begrenzung des Regelabweichungssignals ergibt.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Jochanordnung und Schaltplan eines Kompensationsstromwandlers mit ebenem Joch gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Jochanordnung und Schaltplan eines Stromkomparators mit ebenem Joch gemäß der Erfindung,

Fig. 3 Jochanordnung eines Kompensationsstromwandlers, Stromkomparators oder Regelabweichungsbildners mit räumlich ausgebildetem Joch.

Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Fig. 1 zeigt den geometrischen Aufbau des Jochs, die Anordnung der Wicklungen und des Magnetfeldsensors, sowie die zugehörige Schaltung für den Kompensationsstromwandler gemäß der Erfindung. Ein bezüglich der Symmetrieachsen 1, 2 symmetrisch aufgebautes Eisenjoch 3 trägt zwei gleiche Meßwicklungen 4.1, 4.2 jeweils mit der Windungszahl n_m und zwei gleiche Kompensationswicklungen 5.1, 5.2 jeweils mit der Windungszahl n_k. Im Luftspalt, das heißt im Schnittpunkt der Symmetrieachsen 1, 2 ist der Magnetfeldsensor 6 angebracht. Der Meßstrom I_m durchfließt die in Reihenschaltung geschalteten Meßwicklungen 4.1, 4.2 und ruft am Magnetfeldsensor 6 eine magnetische Feldstärke hervor. Der Magnetfeldsensor 6 mißt die magnetische Feldstärke und gibt diese als elektrisches Signal an den Regelverstärker 7 weiter, der den Kompensationsstrom I_k durch die in Reihenschaltung geschalteten Kompensationswicklungen 5.1, 5.2 derart aussteuert, daß sich am Ort des Magnetfeldsensors 6 die magnetische Feldstärke zu O T kompensiert. Im Kompensationsfall gilt folgende Beziehung:

I_m · n_m = I_k · n_k.

Der durch geeignete Wahl der Windungszahlen n_m und n_k erzeugte Kompensationsstrom I_k wird dann zur weiteren Darstellung oder Verarbeitung einem Meßumformer 8 mit nachgeschalteter Meßkette zugeführt. Für den Kompensationsstrom I_k gilt folgende Beziehung:

Die Fig. 2 zeigt den geometrischen Aufbau des Jochs, die Anordnung der Wicklungen und des Magnetfeldsensors, sowie die zugehörige Schaltung für den Stromkomparator gemäß der Erfindung. Ein bezüglich der Symmetrieachsen 1, 2 symmetrisch aufgebautes Eisenjoch 3 trägt für den Meßstrom I_m1 zwei Meßwicklungen 4.1, 4.2 und für den Meßstrom I_m2 zwei Meßwicklungen 5.1, 5.2. Alle Meßwicklungen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 haben jeweils die gleiche Windungszahl n. Im Luftspalt, das heißt im Schnittpunkt der Symmetrieachse 1, 2 ist der Magnetfeldsensor 6 angebracht. Der Meßstrom I_m1 durchfließt die in Reihenschaltung geschalteten Meßwicklungen 4.1, 4.2, während der Meßstrom I_m2 die in Reihenschaltung geschalteten Meßwicklungen 5.1, 5.2 durchfließt. Bei Gleichheit der Ströme, das heißt bei

I_m1 = I_m2

kompensieren sich die durch die Meßströme I_m1 und I_m2 hervorgerufenen magnetischen Feldstärken am Magnetfeldsensor 6 zu O T. Der Magnetfeldsensor 6 steuert einen Meßverstärker 7 an, von dem der Nullindikator 9 betrieben wird.

Fig. 3 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die räumliche Ausgestaltung des Jochs, die Anordnung der Wicklungen und des Magnetfeldsensors gemäß der Erfindung. Senkrecht zu den Symmetrieachsen 1, 2 sind hier Symmetrieebenen bei der Jochkonstruktion zugrunde gelegt.

Claims

1. Kompensationsstromwandler in magnetischer Brückenschaltung, dadurch gekennzeichnet

- daß sich auf einem zu zwei zueinander senkrecht stehenden Symmetrieachsen (1, 2) symmetrisch ausgebildetem Eisenjoch (3) zwei Meßwicklungen (4.1, 4.2) mit jeweils gleicher Windungszahl n_m und zwei Kompensationswicklungen (4.1, 4.2) mit jeweils gleicher Windungszahl n_k befinden, wobei die Meßwicklungen (4.1, 4.2) in Reihenschaltung von Meßstrom I_m und die Kompensationswicklungen (5.1, 5.2) in Reihenschaltung von Kompensationsstrom I_k durchflossen werden,
- daß im Schnittpunkt der Symmetrieachsen (1, 2) ein Magnetfeldsensor (6) im Luftspalt angebracht ist, dessen elektrisches Meßsignal in einem Regelverstärker (7) so verarbeitet wird, daß dessen Ausgangsstrom I_k so lange verändert wird, bis im Luftspalt am Magnetfeldsensor (6) die magnetische Feldstärke zu O T kompensiert wird,
- daß der Kompensationsstrom I_k über einen Meßumformer (8) einer Meßkette zur Darstellung des Meßwertes oder zur weiteren Verarbeitung des Meßwertes zugeführt wird.

2. Gleiche Joch- und Wicklungsanordnung wie Anspruch 1, angewendet als Stromkomparator, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Wicklungen (4.1, 4.2) als Meßwicklungen für den einen Meßstrom I_m1 verwendet werden,
- daß die Wicklungen (5.1, 5.2) als Meßwicklungen für den anderen Meßstrom I_m2 verwendet werden,
- daß im Schnittpunkt der Symmetrieachsen (1, 2) ein Magnetfeldsensor (6) angebracht ist, dessen elektrisches Meßsignal einem Meßverstärker (7) zugeführt wird, der einen Nullindikator (9) ansteuert.

3. Gleiche Joch- und Wicklungsanordnung wie Anspruch 2, angewendet zur Bildung der Regelabweichung in elektronischen Reglern, dadurch gekennzeichnet

- daß die Wicklungen (4.1, 4.2) von einem dem Sollwert proportionalen Strom in Reihenschaltung durchflossen werden,
- daß die Wicklungen (5.1, 5.2) von einem dem Istwert proportionalen Strom in Reihenschaltung durchflossen werden,
- daß das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (6) zur Darstellung der Regelabweichung dient und in einem nachgeschalteten Regelverstärker (7) weiterverarbeitet wird.