DE4021832C2

DE4021832C2 -

Info

Publication number: DE4021832C2
Application number: DE19904021832
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. 6360 Friedberg De Westerfeld
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-09
Filing date: 1990-07-09
Publication date: 1992-11-19
Also published as: DE4021832A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Stromkomparator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Stromkomparator, ausgeführt als Kompensationsstromsensor ist aus der Druckschrift PB-151-1, Ausgabe 10/88 der Firma Vaccumschmelze GmbH/W-6450 Hanau bekannt. Dort ist ein offener Magnetkreis mit einer Meßwirkung und einer Kompen sationswicklung versehen, wobei im Luftspalt ein Magnetfeldsensor angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ist ein Maß für die Differenz zwischen dem zu messenden Strom und mit dem zu messenden Strom zu vergleichenden Strom. Der Magnetfeldsensor ist an einen Regelverstärker angeschlossen, der seinen Aus gangsstrom so lange verändert, bis sich die magnetische Feldstärke im Luftspalt zu Null Tesla kompensiert. Auch bei weichmagnetischem Magnetkreismaterial ist der durch die Remanenzfeldstärke hervorgerufene Fehler groß, so daß die Anordnung nur für relativ hohe Meßstrombereiche ab einer effektiven Nennstromstärke von 100 A geeignet ist.

Ein weiterer Stromkomparator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE-OS 26 01 252 bekannt. Dieser Stromkomparator ist als Meßeinrichtung zur Messung von Gleichströmen mit galvanischer Trennung ausgeführt. Ein offener Magnet kreis ist mit einer Meßwicklung und einer Kompensationswicklung versehen, wobei im Luftspalt des Magnetkreises ein als Magnetfeldsensor dienender Hallgenerator angeordnet ist. Dieser Hallgenerator beaufschlagt eine Steuerungseinheit mit einer variablen Stromquelle, die den Kompensationsstrom von großen negativen Werten, durch Null gehend, bis zu großen positiven Werten verändert. Ist der durch die Kompensations wicklung fließende Strom gleich dem zu messenden Strom, gibt der Hallgenerator die Spannung Null ab, und der Kompensationsstrom wird als Maß für den zu messenden Strom zur Anzeige gebracht. Auch bei weichmagnetischem Magnetkreismaterial wird bei dieser Anordnung der durch die Remanenzfeldstärke hervorgerufene Fehler im Nulldurchgang relativ groß sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromkomparator der eingangs genannten Art zu schaffen, der von der Remanenzfeldstärke des Magnetkreises unbeeinflußt bleibt und somit den fehlerfreien Vergleich von zwei Meßströmen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem Kennzeichen des Anspruchs 1 an gegebenen Merkmale gelöst.

Aus der GB-PS 12 20 759 ist ein Transformator mit einer Magnetkreisanordnung in der Form einer 8 bekannt. Zur Justierung von induktiven Bauelementen wird die magnetische Kopplung zwischen Primär- und Sekundärwicklung durch teilweise oder vollständige Entfernung des Mittelsteges mit Hilfe von abrasiver Luft verändert. Diese Anordnung dient nicht zur Aufnahme eines Magnetfeldsensors und ist nicht als Stromkomparator geeignet oder vorgesehen.

Bei dem Stromkomparator nach Anspruch 1 bleibt durch den symmetrischen Aufbau und die geschlossene Magnetkreiskonstruktion der Vergleich von der Remanenzfeldstärke des Magnetkreises unbeeinflußt, so daß auch der Vergleich kleiner Ströme mit belie biger Kurvenform möglich ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Stromkomparators nach Anspruch 1 ist im Anspruch 2 gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruchs 2 erlauben einen platzsparenden Aufbau des Stromkomparators und das geradlinige Durchstecken eines einzelnen mit dem Meß strom beaufschlagten Leiters durch den räumlich ausgebildeten Magnetkreis.

Eine erste vorteilhafte Anwendung des Stromkomparators nach den Ansprüchen 1 und 2 ist im Anspruch 3 gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruchs 3 erlauben eine einfache Bildung der Regelabweichung für einen elektronischen Regler, wobei Sollwert strom, Istwertstrom und Regelabweichungssignal gegeneinander galvanisch getrennt sind und sich infolge der Kennlinie des Magnetfeldsensors eine Begrenzung des Regelab weichungssignals ergibt.

Eine weitere vorteilhafte Anwendung des Stromkomparators nach den Ansprüchen 1 und 2 ist im Anspruch 4 gekennzeichnet. Die Merkmale des Anspruchs 4 erlauben als Kompensationsstromwandler die Wandlung eines Gleichstroms oder eines Wechselstroms mit beliebiger Kurvenform in einen leicht zu verarbeitenden Ausgangsstrom.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzelheiten an Hand der Zeichnungen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Magnetkreisanordnung und Schaltplan eines Stromkomparators mit ebenem Magnetkreis gemäß der Erfindung,

Fig. 2 Magnetkreisanordnung eines Stromkomparators, Regelabweichungsbildners oder Kompensationsstromwandlers mit räumlich ausgebildetem Magnetkreis gemäß der Erfindung,

Fig. 3 Magnetkreisanordnung und Schaltplan eines Kompensationsstromwandlers mit ebenem Magnetkreis gemäß der Erfindung.

Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugzeichen versehen. Gleiche elektrische Größen sind gleich bezeichnet.

Die Fig. 1 zeigt den geometrischen Aufbau des Magnetkreises, die Anordnung der Wick lungen und des Magnetfeldsensors, sowie die zugehörige Schaltung für den Stromkom parator gemäß der Erfindung. Ein bezüglich der Symmetrieachsen 1, 2 symmetrisch auf gebauter Magnetkreis 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. Im Luftspalt, das heißt im Schnitt punkt der Symmetrieachsen 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 magneti schen Feldstärken am Magnetfeldsensor 6 zu Null Tesla. Der Magnetfeldsensor 6 steuert mit seinem ±Signal einen Meßverstärker 7 an, der mit seinem Ausgangssignal einen Nullindikator 9 beaufschlagt.

Die Fig. 2 zeigt als weiteres Ausführungsbeispiel die räumliche Ausgestaltung des Magnetkreises 3, die Anordnung der Wicklungen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 und des Magnet feldsensors 6 gemäß der Erfindung. Senkrecht zu den Symmetrieachsen 1, 2 sind hier Symmetrieebenen bei der Magnetkreiskonstruktion zugrunde gelegt.

Die Fig. 3 zeigt den geometrischen Aufbau des Magnetkreises 3, die Anordnung der Wicklungen 4.1, 4.2, 5.1, 5.2 und des Magnetfeldsensors 6, sowie die zugehörige Schaltung in Anwendung als Kompensationsstromwandler gemäß der Erfindung. Ein bezüg lich der Symmetrieachsen 1, 2 symmetrisch aufgebauter Magnetkreis 3 trägt zwei gleiche Meßwicklungen 4.1, 4.2 jeweils mit der Windungszahl n₁ und zwei gleiche Kompensationswicklungen 5.1, 5.2 jeweils mit der Windungszahl n₂. Im Luftspalt, das heißt im Schnittpunkt der Symmetrieachsen 1, 2 ist der Magnetfeldsensor 6 ange bracht. Der Meßstrom I_m1 durchfließt die in Reihenschaltung geschalteten Meß wicklungen 4.1, 4.2 und ruft am Magnetfeldsensor 6 eine magnetische Feldstärke her vor. Der Magnetfeldsensor 6 mißt die magnetische Feldstärke und gibt diese als elektrisches ±Signal an den Regelverstärker 7 weiter, der den Kompensationsstrom I_m2 durch die in Reihenschaltung geschalteten Kompensationswicklungen 5.1, 5.2 derart aussteutert, daß sich am Ort des Magnetfeldsensors 6 die magnetische Feld stärke zu Null Tesla kompensiert. Im Kompensationsfall gilt dann folgende Beziehung:

I_m1 · n₁ = I_m2 · n₂

Der durch geeignete Wahl der Windungszahlen n₁ und n₂ erzeugte Kompensations strom I_m2 wird dann zur weiteren Darstellung oder Verarbeitung einem Meßumformer 8 mit nachgeschalteter Meßkette zugeführt. Für den Kompensationsstrom I_m2 gilt folgende Beziehung:

Claims

1. Stromkomparator mit

- einem einen Luftspalt enthaltenden Magnetkreis,
- einem Magnetfeldsensor in dem Luftspalt des Magnetkreises,
- mindestens einer ersten auf dem Magnetkreis angeordneten Wicklung für den zu messenden Strom sowie
- mindestens einer zweiten auf dem Magnetkreis angeordneten Wicklung für den mit dem zu messenden Strom zu vergleichenden Strom, wobei das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors ein Maß für die Differenz zwischen dem zu messenden Strom und dem mit dem zu messenden Strom zu vergleichenden Strom ist,

dadurch gekennzeichnet,

- daß der Magnetkreis (3) in sich geschlossen ist,
- daß der Magnetkreis (3) aus einem M-förmigen Abschnitt (3.1) und einem W-förmigen Abschnitt (3.2) besteht,
- daß die äußeren Schenkel (3.1.1 und 3.1.2) des M-förmigen Abschnitts (3.1) mit den entsprechenden äußeren Schenkeln (3.2.1 bzw. 3.2.2) des W-förmigen Abschnitts (3.2) derart verbunden sind, daß sich zwei zueinander senkrecht stehende Symmetrieachsen (1, 2) ergeben,
- daß sich die Mittelteile (3.1.3, 3.1.4 bzw. 3.2.3, 3.2.4) des M-förmigen Abschnitts (3.1) und des W-förmigen Abschnitts (3.2) unter Bildung des Luft spaltes (6.1) im Schnittpunkt der Symmetrieachsen (1, 2) zur Aufnahme des Magnet feldsensors (6) gegenüberliegen,
- daß der Magnetkreis vier zu den Symmetrieachsen (1, 2) symmetrisch angeordnete Wicklungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) aufweist, von denen jeweils zwei diagonal ge genüberliegende Wicklungen (4.1 und 4.2 bzw. 5.1 und 5.2) in Reihe geschaltet sind, wobei der zu messende Strom (I_m1) über die erste Reihenschaltung (4.1, 4.2) und der zu vergleichende Strom (I_m2) über die zweite Reihenschaltung (5.1, 5.2) fließt.

2. Stromkomparator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß der Magnetkreis (3) räumlich auf aneinander grenzenden Ebenen (Flächen) wie denen eines Quaders angeordnet ist,
- daß die Mittelteile des W- und M-förmigen Abschnitts (3.1 bzw. 3.2) auf einer Ebene liegen und
- daß die die Wicklungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) tragenden Schenkel des M- und W-förmigen Abschnitts (3.1 bzw. 3.2) in zueinander parallelen Ebenen liegen, wobei die die Wicklungen (4.1, 4.2, 5.1, 5.2) tragenden Schenkel rechtwinklig zur Ebene der Mittelteile (3.1.3, 3.1.4, 3.2.3, 3.2.4) der M- und W-förmigen Abschnitte (3.1 bzw. 3.2) angeordnet sind.

3. Verwendung des Stromkomparators nach Anspruch 1 oder 2 zur Bildung der Regelabweichung für einen Regler, dadurch gekennzeichnet,

- daß der zu messende Strom (I_m1) als Sollwert dient,
- daß der zu vergleichende Strom (I_m2) als Istwert dient und
- daß das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (6) dem Regler als Regelabweichung zugeführt ist.

4. Verwendung des Stromkomparators nach Anspruch 1 oder 2 zur galva nischen Stromtrennung mit einem Regelverstärker, dessen Eingang das Ausgangs signal des Magnetfeldsensors zugeführt ist und der den mit dem zu messenden Strom zu vergleichenden Strom derart aussteuert, daß die magnetische Feldstärke im Luftspalt zu Null gemacht wird, dadurch gekennzeichnet,

- daß der zu messende Strom (I_m1) der ersten Reihenschaltung (4.1, 4.2) zuge führt ist,
- daß der Ausgangsstrom (I_m2) des Regelverstärkers (7) als mit dem zu messenden Strom zu vergleichender Strom der zweiten Reihenschaltung (5.1, 5.2) zugeführt ist und
- daß der Ausgangsstrom (I_m2) des Regelverstärkers (7) über einen Meßumformer (8) einer Meßkette zur weiteren Verarbeitung zugeführt ist.