DE4212461A1 - Direktabbildender Stromsensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen direktabbildenden Strom­ sensor mit einem vom zu messenden Strom beeinflußten Magnetkern und einem den Fluß im Magnetkern erfassenden Magnetfeldsensor, dessen Ausgangssignal einer Auswerte­ schaltung zugeführt wird und als Meßgröße für den zu messenden Strom dient.

Im Unterschied zu Stromsensoren mit Kompensationswick­ lung, bei denen das durch den zu messenden Strom erzeugte Feld in einem Magnetkern durch einen Kompensationsstrom in einer Sekundärwicklung kompensiert wird und der Magnetfeldsensor in einem Luftspalt oder einem Teilluft­ spalt des Magnetkerns dazu dient, den Kompensationsstrom über eine Ansteuerschaltung so zu regeln, daß der Fluß im Magnetkern den Wert Null erreicht, verzichtet man bei direktabbildenden Stromsensoren auf die Kompensations­ wicklung, so daß das durch den Fluß bedingte Ausgangs­ signal des Magnetfeldsensors - zum Beispiel die Ausgangs­ spannung eines Hallgeneratos - als Maß für den zu messen­ den Strom herangezogen wird.

Direktabbildende Stromsensoren sind daher einfacher auf­ gebaut; allerdings müssen dafür einige Nachteile in Kauf genommen werden, wie z. B. die temperatur- und alterungs­ bedingte Änderung im Ausgangssignal des Magnetfeld­ sensors, eine prinzipbedingte geringere Abbildungs­ genauigkeit, da bei endlichen Flüssen der Magnetkern nicht eine vollkommen lineare Kennlinie der Induktion gegenüber der Feldstärke besitzt und vor allem eine schlechtere dynamische Impulswidergabe durch induktive Einkopplungen des Streuflusses des Magnetkerns in den Meßkreis, die vor allem bei sehr hohen Frequenzen wirksam werden.

Zur Vermeidung bzw. Verminderung dieser Nachteile ist es beispielsweise aus der DE-OS 33 03 945 bekannt, bei einem direktabbildenden Stromsensor mit einem Hallgenerator als Magnetfeldsensor in dem Luftspalt eines den den Primär­ strom führenden Leiter umgebenden Magnetkerns erstens die Zuleitungen zum Hallgenerator bifilar zu wickeln, so daß induzierte Spannungen in den Zuleitungen sich weitgehend aufheben, und zweitens einen temperaturabhängigen Tran­ sistor in der Auswerteschaltung vorzusehen, der die Temperaturabhängigkeit des Hallgenerators weitgehend kompensiert.

Für viele Anwendungen, beispielsweise für den Betrieb elektrisch angetriebener Fahrzeuge (Bahn, Elektro-Auto), sind einerseits sehr hohe Ströme zu erfassen und anderer­ seits ist es wünschenswert, einen möglichst kostengünsti­ gen Stromsensor mit noch ausreichender Meßgenauigkeit einzusetzen. Neben den höheren Kosten für den Einsatz eines stromkompensierten Stromsensors ist dieser besonders dann nachteilig, wenn sehr hohe Primärströme abzubilden sind, da dann die Kompensationswicklung eben­ falls eine nennenswerte Leistung erfordert.

Hier ist der Einsatz eines direktabbildenden Stromsensors vorteilhaft, zumal dessen Genauigkeit für die genannten und ähnliche Anwendungen in vielen Fällen ausreichend ist. Allerdings besitzt ein direktabbildender Stromsensor mit einem Magnetfeldsensor im Luftspalt eines Kerns bei sehr schnellen Stromänderungen, wie z. B. im Kurzschluß­ falle, stoßartigen Belastungen sowie allgemein bei hohen Frequenzen, den prinzipiellen Nachteil, daß sich induktive Einkopplungen in den Zuleitungen zum Magnet­ feldsensor den zu messenden Spannungen überlagern und so das Meßergebnis verfälschen. Gerade bei schnellen Strom­ änderungen ist es aber in vielen Fällen erforderlich, durch einen Regler einzugreifen oder Schutzmaßnahmen einzuleiten, so daß gerade hier eine ausreichend genaue Abbildung des Primärstromes wesentlich ist.

Die in den Zuleitungen und in dem Magnetfeldsensor selbst induzierten Spannungen sind von der Änderung des Primär­ stromes bzw. des Flusses im Magnetkern abhängig und steigen daher kontinuierlich mit zunehmender Frequenz, so daß trotz sorgfältiger Verlegung dieser Leitungen der Einsatzbereich derartiger direktabbildender Stromsensoren auf Werte unterhalb einer gewissen Grenzfrequenz beschränkt sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, einen direktabbildenden Stromsensor vorzusehen, der bei sonst weitgehend gleichen Eigenschaften eine ausreichend genaue Abbildung des Primärstroms auch bei sehr hohen Frequenzen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich zum Magnetfeldsensor eine ebenfalls vom Magnetfluß des zu messenden Stroms beeinflußte elek­ trische Spule vorgesehen ist, daß die in dieser Spule induzierte, der Stromänderung des zu messenden Stroms proportionale Spannung ebenfalls der Auswerteschaltung zugeführt wird und daß die Auswerteschaltung Verstärker­ schaltungen enthält, deren frequenzabhängige Verstärker­ kennlinien durch entsprechende Dimensionierung so gewählt sind, daß bei niedrigen Frequenzen vorwiegend das Aus­ gangssignal des Magnetfeldsensors und bei hohen Frequen­ zen vorwiegend die in der Spule induzierte Spannung zur Bildung des Gesamtausgangssignals des Stromsensors beiträgt.

Vorteilhafte Weiterbildungen des direktabbildenden Strom­ sensors nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Im Gegensatz zu einem stromkompensierten Stromsensor wird also die zusätzliche elektrische Spule nicht dazu verwen­ det, den Magnetfluß in dem Magnetkern auf den Wert Null zu kompensieren, vielmehr wird diese Spule dazu ver­ wendet, die bei direktabbildenden Stromsensoren und hohen Frequenzen unvermeidlichen induktiven Einkopplungen definiert zu erfassen und anstelle oder zusätzlich zum Ausgangssignal des Magnetfeldsensors bei hohen Frequenzen zur Abbildung des Stromes heranzuziehen.

Da somit für die zusätzliche elektrische Spule nur wenige Windungen erforderlich sind, um eine ausreichend hohe Spannung bei den höheren Frequenzen zu erzielen, kann man diese Wicklung im Prinzip aus einzelnen Bügeln zusammen­ setzen, die über eine gedruckte Schaltung miteinander zu einer Spule verbunden sind. Dies ist beispielsweise in der DE-PS 12 45 495 beschrieben. Diese Bügel können bei einem hochpermeablen Magnetkern voneinander relativ große Abstände haben, da der Streufluß des Magnetkerns relativ gering ist; sie können daher auch zur Befestigung des Magnetkerns auf einer Unterlage dienen.

Ausführungsbeispiele sind in den Figuren im einzelnen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht auf den Magnetkern und die zusätz­ liche elektrische Spule, deren Windungen hier den Magnetkern umschließen;

Fig. 2 eine ausführliche Schaltung für die Auswerte­ einrichtung, anhand derer das Prinzip erklärt wird;

Fig. 3 eine vereinfachte Form der Auswerteschaltung, bei der die Ausgangssignale von Magnetfeldsensor und Spule einem gemeinsamen Verstärker zugeführt werden;

Fig. 4 eine Anordnung mit nur einer Spulenwindung im Luftspalt des Magnetkerns unter Verwendung eines Hall­ generators als Magnetfeldsensor;

Fig. 5 den Verlauf des Verstärkungsgrades der Verstärker V2 und V3 nach Fig. 2 in dB, abhängig von der Frequenz im Verhältnis zu einer Grenzfrequenz, bei der die Verstär­ kungsfaktoren der beiden Verstärker gleich groß sind;

Fig. 6 die Ausgangsspannung eines direktabbildenden Stromsensors bei schneller Änderung des zu messenden Stromes;

Fig. 7 den Verlauf der Ausgangsspannung bei ebenfalls schneller Änderung des Stromes in vergrößertem Maßstab unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung mit zusätzlicher elektrischer Spule.

Fig. 1 zeigt auf einer Platte 1 einen ringförmigen Magnetkern 2, der einen Stromleiter 3 umgibt. In dem Stromleiter fließt der Strom i1, der durch den erfin­ dungsgemäßen Stromsensor gemessen werden soll. Der Magnetkern 2 besteht aus einem nicht magnetischen Halte­ ring 4 und einem Ringkern 5, in dem sich ein Luftspalt 6 befindet. Innerhalb des Luftspaltes 6 ist ein Magnet­ feldsensor 7 angeordnet, der zur Erfassung des Flusses im Magnetkern 2 dient. Der Magnetkern 2 ist mit Bügeln 8 bis 11 an der Platte 1 befestigt. Die Bügel 8 bis 11 bestehen aus leitendem Material und sind durch Leiterbahnen 12 mit den Anschlüssen 13 und 14 zu einer Spule 15 verbunden.

Da der Ringkern 5 aus hochpermeablem, weichmagnetischem Material besteht, kann man den Streufluß vernachlässigen, so daß die Bügel 8 bis 11 trotz ihres Abstandes vonein­ ander zusammen mit den Leiterbahnen 12 wie eine "Rogowskispule" wirken, die normalerweise aus um einen Torus dichtgewickelten Windungen besteht, die einen Stromleiter umgeben und eine der Stromänderungsgeschwin­ digkeit des Stromes i1 im Stromleiter 3 proportionale Spannung liefern. Hier wird also der Magnetkern 2 ausge­ nutzt um zu gewährleisten, daß durch alle Bügel 8 bis 11 der gleiche Fluß hindurchtritt. Andererseits werden die Bügel 8 bis 11 ausgenutzt, um den Magnetkern 2 auf der Platte 1 zusätzlich zu fixieren.

Es bleibt aber anzumerken, daß der der Erfindung zugrundeliegende Effekt auch mit einer Ringspule erzielt werden kann, die getrennt vom Magnetkern 2 angeordnet ist. Voraussetzung dafür, daß tatsächlich die Spannung an den Anschlüssen 13 und 14 der Stromänderung proportional ist, ist eine solche Dimensionierung des Ringkerns 5, daß dieser bei den vorkommenden Strömen nicht in Sättigung gelangt. Es kann daher vorteilhaft sein, anstelle des einen Luftspaltes 6, mehrere am Umfang des Ringkerns 5 verteilte Luftspalte vorzusehen und - um die Wirkung der Streuflüsse im Bereich der Luftspalte möglichst auszu­ schalten - die Bügel 8 bis 11 in Bereichen des Ringkerns 5 ohne Luftspalt anzuordnen.

Fig. 2 zeigt nun eine Schaltung, mit der aus den Ausgangssignalen (Spannungen) des Magnetfeldsensors 7 und der Spule 15 eine Gesamtausgangsspannung Ua gewonnen werden kann, die ein Abbild des Stromes i1 im Stromleiter 3 auch bei Stromimpulsen und schnellen Stromänderungen liefert. Als Magnetfeldsensor 7 dient hier ein Hall­ generator, dessen Steuerstrom mit iST bezeichnet ist und der in Verbindung mit dem Magnetfeld des Magnetkerns 2 eine Spannung Uh liefert, die an der rechten Seite des Magnetfeldsensors 7 abgegriffen wird, während die linke Seite mit Erde E verbunden ist. Die Spannung Uh dient nun als Eingangsspannung für einen Verstärker V1, der diese Spannung auf einen Wert vergrößert, der zur Ansteuerung von Widerständen und weiteren Verstärkern geeignet ist.

Der Ausgang des Verstärkers V1 ist über einen Widerstand Rx mit einem Eingang eines Verstärkers V2 verbunden, dessen zweiter Eingang ebenfalls an Erde angeschlossen ist. Der Ausgang des Verstärkers V2 ist über die Parallelschaltung eines Widerstandes Rz1 und eines Kondensators C1 auf seinen Eingang EV2 zurückgeführt.

In ähnlicher Weise ist die Schaltung für die Spule 15 aufgebaut. Der Anschluß 14 der Spule 15 ist mit Erde E verbunden und der Anschluß 13, an dem die Spannung Usp der Spule abgegriffen werden kann, ist über den Wider­ stand Ry an den Eingang EV3 des Verstärkers V3 ange­ schlossen. Der zweite Eingang des Verstärkers V3 ist wiederum mit Erde E verbunden. Der Ausgang des Verstär­ kers V3 ist über einen Widerstand R2 und einen Konden­ sator C2 in Parallelschaltung wiederum auf den Eingang EV3 zurückgeführt. Außerdem sind die Ausgänge der Ver­ stärker V2 und V3, an denen die Spannungen Ua2 und Ua3 anstehen, mit einem Summenpunkt Su verbunden, der aus diesen Spannungen die Summe bildet, die die Gesamt­ ausgangsspannung Ua darstellt.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung nach Fig. 2 ist nun folgende: Die im Verstärker V1 verstärkte Spannung Uh ist proportional dem Strom i1 im Stromleiter 3 (Fig. 1) und liegt über den Widerstand Rx am Verstärkereingang EV2 des Verstärkers V2 an. Durch die sehr hohe Verstärkung des Verstärkers V2 wird jetzt die Spannung am Ausgang dieses Verstärkers Ua2 soweit geändert, daß - bedingt durch den Spannungsabfall an dem Widerstand Rx einerseits und an der Parallelschaltung des Widerstands Rz1 und des Konden­ sators C1 andererseits - der Eingang EV2 des Verstärkers wieder annähernd auf Erdpotential liegt. Für niedrige Frequenzen ist der Widerstand des Kondensators C1 sehr hoch, so daß er in dieser Parallelschaltung vernach­ lässigt werden kann. Man erhält also eine proportionale Verstärkung, so daß in diesem Bereich die Spannung Ua2 proportional der Spannung Uh und damit proportional dem Strom i1 im Stromleiter 3 ist. Bei hohen Frequenzen ist jedoch der Widerstand der Parallelschaltung im wesent­ lichen durch den Widerstand des Kondensators C1 bestimmt. Dieser Widerstand nimmt mit der Frequenz ab, so daß der Verstärkungsfaktor des Verstärkers V2 mit höher werdender Frequenz kontinuierlich zurückgeht. Oberhalb eines Grenz­ bereiches der Frequenz ist die Spannung Ua2 dann nicht mehr proportional zu dem zu messenden Strom, sondern wird gegenüber der von der Spule 15 über den Verstärker V3 gelieferten Spannung Ua3 praktisch vernachlässigbar.

Anders verhält es sich mit der Spannung Usp, die in der Spule 15 erzeugt wird. Auch der Verstärker V3 hat eine sehr hohe Verstärkung, so daß bedingt durch die Rück­ kopplung über die Parallelschaltung des Widerstandes Rz2 und des Kondensators C2, der Eingang EV3 des Verstärkers V3 wiederum nahezu auf Erdpotential gehalten wird. Im Gegensatz zur Spannung Uh ist allerdings die Spannung Usp nicht proportional zu dem Strom i1 im Stromleiter 3, sondern ist bei niedriger Frequenz gleich Null und steigt proportional mit der Frequenz (und natürlich auch mit dem Strom i1) an. Dies hat zur Folge, daß die Spannung Ua3 am Ausgang des Verstärkers V3 bei konstantem Strom i1 und bei steigender Frequenz dieses Stromes kontinuierlich ansteigt; jedoch zunächst gegenüber der Spannung Ua2 vernachlässigbar klein ist.

Die Dimensionierung der Widerstände und Kondensatoren ist nun so vorzunehmen, daß in dem gleichen Grenzfrequenz­ bereich, in dem die Spannung Ua2 nicht mehr proportional zur Spannung Uh ist, auch die Spannung Ua3 nicht mehr proportional zur Spannung Usp wächst. Weiterhin wird hierdurch erreicht, daß bei steigender Frequenz (und immer noch gleichem Strom i1) die Verstärkung des Verstärkers V3 gerade so abnimmt, wie die Spannung Usp mit der Frequenz ansteigt. Dies ergibt sich, da die Spannung Usp mit der Stromänderungsgeschwindigkeit gerade so zunimmt, wie der Widerstand des Kondensators C2 ab­ nimmt. Man erhält also eine Spannung Ua3, die bei hohen Frequenzen dem Strom i1 im Stromleiter 3 wiederum pro­ portional ist. Bei sehr hohen Frequenzen ist die Spannung Ua2 soweit abgefallen, daß sie jetzt gegenüber der Spannung Ua3 vernachlässigbar ist, so daß die aus der Summe der Spannungen Ua2 und Ua3 gebildete Gesamt­ ausgangsspannung Ua im gesamten Frequenzbereich sich nur mit der Größe des Stromes i1, aber nicht mit dessen Frequenz ändert.

Die auch in dieser Schaltung bei hohen Frequenzen sich bemerkbar machenden induktiven Einkoppelungen in den Zuleitungen zum Magnetfeldsensor und in der übrigen Schaltung, die bei bekannten direktabbildenden Strom­ sensoren die Abbildungsspannung (hier Spannung Ua2) stark beeinflussen, haben hier keinen Einfluß mehr auf die Gesamtausgangsspannung Ua, da in diesen Frequenzbereichen ohnehin die Spannung Ua2 gegenüber der Spannung Ua3 vernachlässigbar ist.

Fig. 3 zeigt nun eine vereinfachte Ausführungsform der Schaltung. Der Stromleiter 3 wird wiederum von einem Magnetkern 2 umgeben, der hier vier Luftspalte aufweist mit mindestens einem Magnetfeldsensor 7 in einem Luft­ spalt 6 und einem Steuerstrom iST, wenn als Magnet­ feldsensor wiederum ein Hallelement verwendet wird. Die Ausgangsspannung Uh ist wieder an einen Verstärker V1 an­ geschlossen. Anstelle der Verstärker V2 und V3 in Fig. 2 ist jetzt nur ein Verstärker V4 vorgesehen (Fig. 3).

Die Anpassung der Kennlinien an den Grenzfrequenzbereich, an dem praktisch die Ablösung der Spannung Ua2 von der Spannung Ua3 in Fig. 2 erreicht wird, geschieht hier durch die Dimensionierung der wiederum vorhandenen Wider­ stände Rx und Ry, während nur noch eine Parallelschaltung aus dem Widerstand Rz4 und dem Kondensator C4 zum Ver­ stärker V4 genügt, um bei zunehmender Frequenz die Ver­ stärkung des Widerstandes V4 soweit zu vermindern, daß die Gesamtausgangsspannung A wiederum nur dem Strom i1, nicht aber dessen Frequenz proportional ist.

Die Grenzfrequenz wird hier für die Spannungen des Magnetfeldsensors 7 und der Spule 15 von denselben Bauelementen (Widerstand Rz4 und Kondensator C4) bestimmt. Dies hat den Vorteil, daß es nur eine Grenz­ frequenz gibt, unabhängig von Schwankungen der Wider­ stands- oder Kapazitätswerten und auch temperatur­ unabhängig.

Während die Spule 15 in den Fig. 1 und 3 mit je vier Wicklungen ausgeführt wurde, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 diese Spule dadurch gebildet, daß die Meß­ leitungen 16 und 17, die zu den Meßanschlüssen 18 und 19 eines Hallelementes 20 führen, so verlegt, daß sie eine Windung bilden, die von dem Magnetfeld des Magnetkerns 2 durchsetzt wird. Hier muß die von den Meßleitungen 16 und 17 eingeschlossene Fläche und der durch die Steuer­ leitungen 21 und 22 des Hallelementes fließende Strom so aufeinander abgestimmt werden, daß sich die gewünschte Ausgangsspannung proportional zum Strom i1 im Stromleiter 3 bildet. Anstelle der Dimensionierung der Widerstände Rx und Ry in den Fig. 2 und 3 tritt hier also die Auswahl der Größe des Steuerstromes im Zusammenhang mit der von den Meßleitungen 16 und 17 eingeschlossenen Fläche. Bei der Anordnung nach Fig. 4 wird also die in der Spule 15 induzierte Spannung unmittelbar zu der Meßspannung Uh des Hallelementes addiert und dann einer entsprechend dimen­ sionierten Auswerteschaltung zugeführt.

Fig. 5 zeigt den durch alle beschriebenen Schaltungsarten erreichbaren Verstärkungsverlauf der durch Kondensatoren und Widerstände beschalteten Verstärker. Die gestrichelt dargestellte Kurve KVB zeigt die Verstärkung eines eingangs beschriebenen bekannten Stromsensors mit über den gesamten Frequenzbereich konstantem Verstärkungs­ faktor. In der Darstellung nach Fig. 5 teilt sich diese Kurve in sternförmig auseinandergehende Strahlen auf. Hiermit wird angedeutet, daß sich bei diesen Frequenzen induktive Einkoppungen bemerkbar machen, die vom Aufbau der Auswerteschaltung und vom Verlauf der Zuleitungen zum Magnetfeldsensor abhängen, dadurch nicht voraussagbar sind und die Abbildung des tatsächlich fließenden Stromes i1 verfälschen.

Nach der in Fig. 2 beschriebenen Schaltung entspricht der Verlauf der als ausgezogene Linie dargestellten Kurve KV2 der Verstärkung des Verstärkers V2, (bzw. dessen Aus­ gangsspannung für den Fall eines als konstant angenom­ menen Stromes i1). Der Grenzfrequenzbereich liegt bei Frequenzen in der Nähe der Grenzfrequenz fg. Diese wird durch die Dimensionierung der Parallelschaltung von bspw. Widerstand Rz1 und Kondensator C1 bestimmt und ist erreicht, wenn deren Wechselstromwiderstände gleich groß sind.

Da oberhalb des Bereiches um die Grenzfrequenz fg im wesentlichen der Rückkopplungswiderstand des Verstärkers V2 durch den Kondensator C1 bestimmt wird, sinkt in diesem Bereich der Verstärkungsfaktor (Kurve KV2) schnell ab und beträgt bei 10 * fg (Wert = -20 dB) nur noch 1/10 des Anfangswertes. Oberhalb von etwa 20 * fg teilt sich die Kurve dann wieder - wie beim bekannten Stromsensor - auf, da auch hier die induktiven Ein­ kopplungen nicht vermieden werden. Allerdings liegt die Verstärkung hier schon unter -20 dB, so daß diese induktiven Einkopplungen praktisch nichts mehr zur Ausgangsspannung Ua in Fig. 2 beitragen, die von der Summe der Verstärkungsfaktoren der Verstärker V2 und V3 gebildet wird.

Die strichpunktiert dargestellte Kurve KV3 stellt nun die Verstärkung des Verstärkers V3 dar, der ja von der induzierten Spannung in der Spule 15 beaufschlagt wird. Die Parallelschaltung von Widerstand Rz2 und Kondensator C2 ist auf die gleiche Grenzfrequenz fg wie der Ver­ stärker V2 eingestellt. Dadurch steigt die Verstärkung unterhalb von fg mit der stetig anwachsenden Eingangs­ spannung an und wird - wie beim Verstärker V2 - oberhalb von fg durch den dort dominierenden Einfluß des Konden­ sators C2 abgeschwächt. Bei diesen höheren Frequenzen hält sich dann die Abschwächung durch den Kondensator C2 die Waage mit dem Anstieg der induzierten Spannung in der Spule 15, so daß sich eine konstante Verstärkung ergibt. Der Einfluß induktiver Einkopplungen oberhalb von etwa 20 * fg ist damit vernachlässigbar, so daß das Frequenz- bzw. das Impulsverhalten des erfindungsgemäßen Strom­ sensors gegenüber bekannten direktabbildenden Stromsen­ soren stark verbessert ist.

Fig. 6 zeigt nun für eine plötzliche Änderung des Stromes i1 die Gesamtausgangsspannung Ua eines direktabbildenden Stromsensors ohne zusätzliche elektrische Spule, bei­ spielsweise mit einer Auswerteschaltung entsprechend der oberen Hälfte in Fig. 2 zur Bildung der Spannung Ua2, wenn diese - um über einen möglichst großen Bereich eine proportionale Spannung zum Strom i1 zu erhalten - ohne den Kondensator C1 ausgeführt wäre (Kurve KVB in Fig. 5).

Der Verlauf der gestrichelt dargestellten Spannungskurve Ua zeigt nun, daß zwar eine gute Anpassung an den geänderten Wert von i1 sich einstellt, daß dies aber unmittelbar nach der plötzlichen Änderung von i1 nicht der Fall ist.

Die entsprechenden Kurven sind in Fig. 7 für den Fall dargestellt, daß eine Anordnung nach der Erfindung vorgenommen wird. Hier sieht man - im vergrößerten Maßstab - daß die gestrichelt dargestellte Kurve Ua unmittelbar der Änderung des Stromes i1 (durchgezogene Kurve) folgt. Das dynamische Verhalten des erfindungs­ gemäßen direktabbildenden Stromsensors also wesentlich verbessert ist.

Claims (9)

1. Direktabbildender Stromsensor mit einem vom zu messenden Strom (i1) beeinflußten Magnetkern (2) und einem den Fluß im Magnetkern (2) erfassenden Magnet­ feldsensor (7), dessen Ausgangssignal einer Auswerte­ schaltung zugeführt wird und als Meßgröße für den zu messenden Strom (i1) dient, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Stromabbildung bei schnellen Stromänderungen und hohen Frequenzen zusätzlich zum Magnetfeldsensor (7) eine ebenfalls vom Magnetfluß des zu messenden Stroms (i1) beeinflußte elektrische Spule (15) vorgesehen ist, daß die in dieser Spule (15) induzierte, der Stromänderung des zu messenden Stroms proportionale Spannung (Usp) ebenfalls der Auswerteschaltung zugeführt wird und daß die Auswerteschaltung Verstärkerschaltungen enthält, deren frequenzabhängige Verstärkerkennlinien durch entsprechende Dimensionierung so gewählt sind, daß bei niedrigen Frequenzen vorwiegend das Ausgangssignal des Magnetfeldsensors (7) und bei hohen Frequenzen vorwiegend die in der Spule induzierte Spannung (Usp) zur Bildung des Gesamtausgangssignals des Stromsensors beiträgt.

2. Direktabbildender Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche, vom Magnetfluß des zu messenden Stromes (i1) beeinflußte elektrische Spule aus Windungen besteht, die den Magnetkern (2) mit dem Magnetfeldsensor (7) umschließen.

3. Direktabbildender Stromsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spule aus Bügeln (8-11) besteht, die den Magnetkern auf einer Unterlage fest­ halten und daß die Bügel durch eine gedruckte Schaltung in der Unterlage zu einer Spule miteinander verbunden sind.

4. Direktabbildender Stromsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern einen Luftspalt (6) aufweist, in dem sich der Magnetfeldsensor (7) befindet und daß die Zuleitungen zu dem Magnetfeldsensor so geführt sind, daß sie eine Windung bilden, die mindestens von einem Teil des Flusses des Magnetkerns durchsetzt wird, so daß sich die vom Magnetfeldsensor erzeugte Spannung zu derjenigen Spannung adddiert, die in den die Windung bildenden Zuleitungen induziert wird.

5. Direktabbildender Stromsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale des Magnetfeldsensors und der Spule über Verstärkerschal­ tungen verstärkt werden, die bis zu einem Grenzfrequenz­ bereich ein weitgehend proportionales Verstärkungs­ verhalten aufweisen und deren Verstärkungsfaktor sich bei höheren Frequenzen mit zunehmender Frequenz vermindert.

6. Direktabbildender Stromsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungsverminderung oberhalb des Grenzfrequenzbereiches bei der der Spule nachgeschal­ teten Verstärkerschaltung so gewählt ist, daß der Anstieg der induzierten Spannung in der Spule bei gleichbleiben­ dem zu messenden Strom (i1) mit steigender Frequenz durch die damit verbundene Verringerung der Verstärkung kompensiert wird.

7. Direktabbildender Stromsensor nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Gesamtausgangssignals die Ausgangssignale des Magnetfeldsensors und der Spule zueinander addiert werden.

8. Direktabbildender Stromsensor nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetfeldsensor ein Hallgenerator (20) vorgesehen ist, dessen Ausgangsspannung gegebenenfalls nach Verstärkung über eine Spannungsteilerschaltung (Widerstände Rx und Ry) dem Eingang eines gemeinsamen Verstärkers (V4) mit abhängig von einem Grenzfrequenzbereich zunächst propor­ tionalen und dann abnehmenden Verstärkung zugeführt ist.

9. Direktabbildender Stromsensor nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Frequenzganges mit abnehmender Verstärkung oberhalb eines Grenzfrequenzbereiches der Ausgang eines Verstärkers über die Parallelschaltung eines Kondensators (C4) mit einem Widerstand (Rz4) an den Eingang rück­ gekoppelt ist.