DE4023614A1

DE4023614A1 - Messwiderstand bzw. shunt

Info

Publication number: DE4023614A1
Application number: DE19904023614
Authority: DE
Inventors: Carl Spitzenberger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-07-25
Filing date: 1990-07-25
Publication date: 1992-01-30

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Meßwiderstand bzw. Shunt entsprechend dem Oberbegriff Patentanspruch 1 oder 4.

Speziell bezieht sich die Erfindung auf einen Meßwiderstand, der in der Starkstromtechnik verwendbar ist und dort zur Messung hoher Ströme (z. B. in der Größenordnung von 1000 A) geeignet ist.

Zum Messen hoher Ströme sind Meßwiderstände bzw. Shunts bekannt, die zwischen zwei Anschlüssen, über die der zu messende Strom zu- bzw. abgeführt wird, einen von einem gewickelten bzw. gewendelten Widerstand gebildeten Wider standspfad aufweisen. Nachteil ist bei diesen bekannten Meßwiderständen, daß sich durch den konstruktiven Aufbau bedingt ein relativ hoher induktiver Anteil nicht vermeiden läßt, der um so stärker ins Gewicht fällt, je kleiner der reelle Widerstandswert des Meßwiderstandes ist. Die zu messenden Ströme sind vielfach in ihrer Amplitude sich zeitlich ändernde Ströme, das heißt z. B. sinus- oder impulsförmig sich ändernde Ströme und/oder Ströme, denen hochfrequente Anteile überlagert sind, beispielsweise in Form von Stromspitzen, die von einem Ein- oder Ausschalten bzw. von der Steuerung von Verbrauchern herrühren. Durch den induktiven Anteil bekannter Meßwiderstände ergeben sich insbesondere in bezug auf die im zu messenden Strom enthaltenen Anteile höherer Frequenzen eine starke Abhängigkeit der Amplitude der Meßspannung von der Frequenz, d. h. ein Frequenzgang für die Meßspannung, und damit Verfälschung des Meßergebnisses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwiderstand aufzuzeigen, der die vorgenannten Nachteile vermeidet und eine von der Frequenz unabhängige, dem zu messenden Strom proportionale Meßspannung liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Meßwiderstand erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 oder entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 4 ausgebildet.

Mit dem erfindungsgemäßen Meßwiderstand ist es möglich, auch extrem große, eingeprägte Ströme zu messen, und zwar ohne einen Frequenzgang für die Meßspannung.

Der erfindungsgemäße Meßwiderstand ist vielseitig verwendbar. Insbesondere lassen sich mit diesem Meßwiderstand auch einem zu messenden Strom überlagerte, extrem kurze Stromspitzen bzw. -impulse erfassen. Die von dem erfindungsgemäßen Meßwiderstand an den Meßanschlüssen gelieferte Meßspannung wird mit einem geeigneten Meßgerät hinsichtlich ihrer Größe bzw. Amplitude und/oder hinsichtlich ihres zeitlichen Verlaufs in der üblichen Weise erfaßt.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren an zwei Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das elektrische Schaltbild einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßwiderstandes;

Fig. 2 das Schaltbild einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßwiderstandes.

Fig. 1 zeigt einen Shunt bzw. Meßwiderstand 1, der zur Messung großer Ströme I, beispielsweise zur Messung von Strömen bis zu 1000 A dient, und zwar durch Messung des Spannungsabfalls an einem vom zu messenden Strom I durchflossenen Widerstandspfad. Der Meßwiderstand 1 besitzt zwei äußere Anschlüsse 2 und 3 für den zu messenden Strom I, d. h. zum Zuführen und Abführen dieses Stromes I zu bzw. von dem Meßwiderstand 1, sowie zwei Meßanschlüsse 4 und 5 zum Abgreifen einer dem zu messenden Strom I proportionalen Meßspannung Um. Der zu messende Strom I ist beispielsweise ein Gleichstrom, in sehr vielen Fällen aber ein Wechselstrom, wobei sowohl dem zu messenden Strom I als Gleichstrom als auch dem zu messenden Strom I als Wechselstrom vielfach noch weitere hochfrequente Anteile überlagert sind. Diese treten insbesondere auch im Starkstrombereich sehr häufig auf, und zwar beispielsweise beim Ein- und Ausschalten oder bei der Leistungsregelung von Verbrauchern, insbesondere dann, wenn dies mit Thyristoren erfolgt. Die Meßspannung Um soll nicht nur die Größe des zu messenden Stromes I, sondern auch den zeitlichen Verlauf dieses Stromes I wiedergeben, und zwar linear ohne Frequenzgang in dem gesamten Frequenzbereich, den der zu messende Strom I bzw. dessen Anteile umfassen können.

Der zwischen den Anschlüssen 2 und 3 vorgesehene Wider standspfad, der von dem weitaus größten Teil des zu messenden Stromes I durchflossen wird, ist im wesentlichen von dem reellen Widerstand RS gebildet. Dieser Widerstand RS entspricht in seinem Aufbau herkömmlichen Shunts, d. h. der Widerstand RS ist ein gewickelter bzw. gewendelter Widerstand für hohe Leistungen. Durch die Ausbildung des Widerstandes RS weist dieser aber auch einen induktiven Anteil auf, der in der Fig. 1 mit der Induktivität LS berücksichtigt ist, die in Serie mit dem Widerstand RS liegt. Je kleiner der Wert RS* des Widerstandes RS ist, desto stärker macht sich dieser induktive Anteil LS* der Induktivität LS, bezogen auf den Wert RS* des Widerstandes RS, bemerkbar.

Parallel zu der Serienschaltung aus RS und LS liegt die Serienschaltung aus einem Hilfswiderstand R1 und einer Hilfs induktivtät L1. Die an den Meßanschlüssen 4 und 5 anliegende Meßspannung Um wird am Hilfswiderstand R1 abgegriffen.

Um zu erreichen, daß die Meßspannung Um tatsächlich in einem großen Frequenzbereich proportional zum zu messenden Strom I ist, und zwar ohne Frequenzgang, sind die Werte R1* und L1* für den Hilfswiderstand R1 und die Hilfsinduktivität L1 so gewählt, daß diese Werte der folgenden Bedingung entsprechen:

RS*/R1* = LS*/L1*

Das Verhältnis RS*/R1* liegt dabei beispielsweise in der Größenordnung von 1/10³.

Der in der Fig. 2 wiedergegebene Meßwiderstand 1a unterscheidet sich von dem Meßwiderstand 1 lediglich dadurch, daß parallel zu der Serienschaltung aus dem Widerstand RS und der Induktivität LS eine Serienschaltung aus dem Hilfskondensator C2 und dem Hilfswiderstand R2 vorgesehen ist, wobei die Meßanschlüsse 4 und 5 mit den Anschlüssen des Kondensators C2 verbunden sind, d. h. die an den Meßanschlüssen 4 und 5 anliegende Meßspannung Um am Kondensator C2 abgegriffen wird.

Um auch bei dem Meßwiderstand 1a in dem gesamten möglichen Frequenzbereich des zu messenden Stromes I eine frequenzunabhängige, dem Strom I proportionale Meßspannung Um zu erhalten, die auch den zeitlichen Verlauf des Stromes I exakt wiedergibt, sind bei dieser Ausführungsform der Hilfswiderstand R2 sowie der Hilfskondensator C2 in ihrer Größe R2* bzw. C2* so gewählt, daß folgende Bedingung gilt:

RS* · R2* = LS*/C2*

Bei beiden Meßwiderständen 1 und 1a sind der Widerstand RS sowie auch die Serienschaltung aus dem Hilfswiderstand R1 und der Hilfsinduktivität L1 bzw. die Serienschaltung aus dem Hilfswiderstand R2 und dem Hilfskondensator C2 in einem gemeinsamen Gehäuse 6 untergebracht, an welchem dann die Anschlüsse 2 und 3 sowie die Meßanschlüsse 4 und 5 vorgesehen sind.

Die Meßspannung Um wird in einem geeigneten Meßgerät ausgewertet.

Claims

1. Meßwiderstand für die Strommessung, insbesondere zur Verwendung in der Starkstromtechnik, mit einem zwischen zwei Anschlüssen (2, 3) zum Zuführen und Abführen des zu messenden Stromes (I) vorgesehenen und von dem zu messenden Strom durchflossenen Widerstandspfad, der neben einem reellen Widerstand (RS) auch einen induktiven Anteil aufweist, und zwar in Form einer in Serie mit dem reellen Widerstand (RS) liegenden Induktivität (LS), sowie mit zwei Meßanschlüssen (4, 5) zum Abgreifen einer dem zu messenden Strom (I) proportionalen Meßspannung (Um), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem vom zu messenden Strom (I) durchflossenen Widerstandspfad eine Serienschaltung, bestehend aus einer von wenigstens einem Hilfswiderstand (R1) gebildeten Hilfswiderstandanordnung und einer Hilfsinduktivität (L1), vorgesehen ist, daß die beiden Meßanschlüsse (4, 5) mit der Hilfswiderstand anordnung derart verbunden sind, so daß die Meßspannung (Um) an dem wenigstens einen Hilfswiderstand (R1) abgegriffen wird, und daß der Hilfswiderstand (R1) sowie die Hilfsinduktivität (L1) entsprechend der nachfolgenden Beziehung gewählt sind: RS*/R1* = LS*/L1*,wobei
RS* der Wert des reellen Widerstandes (RS) des Widerstandspfades,
R1* der Wert des Hilfswiderstandes (R1),
LS* der Wert der Induktivität (LS) des Widerstandspfades und
L1* der Wert der Hilfsinduktivität (L1) sind.

2. Meßwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswiderstandanordnung von einem einzigen Hilfswiderstand (R1) gebildet ist.

3. Meßwiderstand nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswiderstandanordnung von einer Serienschaltung mehrerer Hilfswiderstände gebildet ist und daß die Meßspannung (Um) an wenigstens einem dieser Hilfswiderstände abgegriffen wird.

4. Meßwiderstand für die Strommessung, insbesondere zur Verwendung in der Starkstromtechnik, mit einem zwischen zwei Anschlüssen (2, 3) zum Zuführen und Abführen des zu messenden Stromes (I) vorgesehenen und von dem zu messenden Strom durchflossenen Widerstandspfad, der neben einem reellen Widerstand (RS) auch einen induktiven Anteil aufweist, und zwar in Form einer in Serie mit dem reellen Widerstand (RS) liegenden Induktivität (LS), sowie mit zwei Meßanschlüssen (4, 5) zum Abgreifen einer dem zu messenden Strom (I) proportionalen Meßspannung (Um), dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem vom zu messenden Strom (I) durchflossenen Widerstandspfad eine Serienschaltung, bestehend aus wenigstens einer Hilfs kondensatoranordnung (C2) und einem Widerstand (R2), vorgesehen ist, daß die Meßanschlüsse (4, 5) mit der Hilfskondensatoranordnung derart verbunden sind, so daß die Meßspannung (Um) an dem wenigstens einen Hilfskondensator (C2) der Hilfskondensatoranordnung abgegriffen wird, und daß der Wert (C2*) der Hilfskondensatoranordnung (C2) und der Wert (R2*) des Hilfswiderstandes (R2) entsprechend der nachfolgenden Beziehung gewählt sind: RS* · R2* = LS*/C2*,wobei
RS* der Wert des reellen Widerstandes (RS) des Widerstandspfades,
R2* der Wert des Hilfswiderstandes (R2),
LS* der Wert der Induktivität (LS) des Widerstandspfades und
C2* der Wert bzw. die Größe der Kapazität der Hilfskondensatoranordnung sind.

5. Meßwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskondensatoranordnung von einem einzigen Hilfskondensator (C2) gebildet ist.

6. Meßwiderstand nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfskondensatoranordnung von wenigstens zwei in Serie angeordneten Hilfskondensatoren gebildet ist und daß die Meßspannung (Um) an wenigstens einem Hilfskondensator abgegriffen wird.