DE4230939A1 - Schaltungsanordnung zum Ändern oder Kompensieren elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers mit Magnetfeldkompensation - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Ändern oder Kompensieren elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers mit MagnetfeldkompensationInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ändern
oder Prüfen elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers
mit Magnetfeldkompensation zur Messung von Gleich- und
Wechselströmen.
Herkömmliche Strommeßeinrichtungen dieser Art, wie sie
beispielweise in einem in der Offenlegungsschrift
DE 26 01 252 A1 beschriebenen Verfahren verwendet werden,
beinhalten unter anderem eine Primärwicklung, die auf einem
ferromagnetischen Kern aufgebracht ist und durch die der zu
messende Strom fließt. Des weiteren ist eine Sekundärwicklung
auf dem Kern vorgesehen, die von einem einstellbaren
Kompensationsstrom durchflossen wird, der das vom Primärstrom
erzeugte Magnetfeld kompensieren kann. In einem Luftspalt des
Kerns ist gemäß dieser Lösung ein Hallgenerator
untergebracht, der das Magnetfeld detektieren kann. Mit Hilfe
der Hallspannung kann eine Kompensationsstromquelle so
gesteuert werden, daß der resultierende Magnetfluß im Kern
verschwindet. Der Kompensationstrom wird laufend von einer
Meßeinrichtung erfaßt, so daß aus Richtung und Betrag des
Kompensationstromes unter Berücksichtigung des Verhältnisses
der Windungszahlen in Primär- und Sekundärwicklung Richtung
und Betrag des zu messenden Stromes resultieren. Derartige
Stromwandler weisen einen Null-Offset-Strom auf, der bei
Temperaturänderungen, bei Schwankungen der
Versorgungsspannung oder in Folge Alterung driftet. Es ist
bekannt, diese Drifterscheinungen durch schaltungstechnische
Maßnahmen zu kompensieren, indem beispielweise aus der
Kenntnis des Zusammenhangs zwischen Temperatur und Drift ein
der Drifterscheinung entgegenwirkender Kompensationsstrom in
der Kompensationsstromquelle erzeugt wird oder indem die
Meßeinrichtung um den Betrag der Driftgrößen korrigiert wird.
In DE 37 08 892 A1 werden die Drifterscheinungen beliebiger
Störeinflüsse bei einem berührungslos arbeitenden Stromsensor
dadurch kompensiert, daß mittels einer Schaltungsanordnung
aus symmetrischen Anteilen des Meßstromes eine Nullpunktdrift
bestimmt und ausgeregelt wird. Nachteilig hierbei ist , daß
Drifterscheinungen nur erkannt und ausgeregelt werden können,
wenn der zu messende Strom symmetrische Wechselstromanteile
aufweist, deren positiven und negativen Amplituden keine
größeren Differenzen zueinander aufweisen. Das stellt eine
Einschränkung des Anwendungbereiches derartiger Stromsensoren
dar. Des weiteren beinhaltet die Schaltungsanordnung eine
Anzahl von Schaltelementen, die einen gewissen Aufwand
darstellen, wobei die Schaltelemente selbst wiederum
Drifterscheinungen unterliegen können. Störeinflüsse die auf
der Strecke zwischen dem berührungslosen Sensor und der
Schaltungsanordnung selbst liegen, werden nicht ausgeglichen.
In der Offenlegungsschrift DE 39 05 060 A1 ist eine
Einrichtung zum berührungslosen Messen eines Gleichstromes
beschrieben, bei der im Luftspalt eines Ringmagneten ein
Halleffektsensor angeordnet ist. Die Gleichstrommessung
beruht auf der Messung der Hallspannung, die dann entsteht,
wenn durch einen Leiter, der durch den Ringmagneten geführt
ist, ein Strom fließt. Um die Einrichtung auch für die
Messung im Vergleich zum Nennstrom, auf den der Leiter
ausgelegt ist, kleiner Ströme anwendbar zu machen, ist auf
dem Ringmagnet eine Kalibrierwicklung aufgebracht, die mit
einer Konstantstromquelle verbunden ist. Des weiteren kann
bei dieser Einrichtung eine weitere Vormagnetisierungswicklung
auf dem Ringmagneten aufgebracht sein, die mit einem
Impulserzeuger verbunden ist. Eine Steuer- und
Auswerteschaltung, welche einen Rechner enthält, übernimmt
die Ermittlung des Strommeßwertes nach einer mathematischen
Beziehung und die Ein- und Ausschaltung der
Konstantstromquelle bzw. des Impulserzeugers, wobei beide
nicht gleichzeitig einschaltbar sind. Mit dieser Einrichtung
kann man Einflüsse der Temperaturdrift und Exemplarstreuung
auf die Offsetspannung und auf die Proportionalität des
Hallsensors, sowie Alterungserscheinungen ausgleichen. Das
geschieht so, daß vor einer Messung in einem gewissen
zeitlichen Abstand zunächst die Konstantstromquelle
eingeschaltet wird. Der bekannte Gleichstrom, der dadurch
durch die Kalibrierwicklung fließt, erzeugt im Ringmagneten
ein gleichförmiges magnetisches Feld, so daß sich am
Hallsensor eine Kalibrierspannung ergibt, die im Rechner
gespeichert wird. Des weiteren wird im stromlosen Zustand des
Leiters die Offsetspannung des Hallsensors ermittelt und im
Rechner gespeichert, wo auch die Windungszahl der
Kalibrierwicklung für Berechnungen abgelegt ist. In einem
weiteren Schritt wird der Impulserzeuger eingeschaltet, der
ebenfalls vor der eigentlichen Strommessung mit Hilfe der
Vormagnetisierungswicklung und durch Abgabe genau eines
Stromimpulses den Ringmagneten auf einen Punkt maximaler
Remanenzinduktion vormagnetisiert. Damit wird eine
Kalibrierung des Zusammenhanges zwischen dem zu messenden
Strom und der Hallspannung dadurch erreicht, daß der Meßwert
in Beziehung zu einem auf einem bekannten Kalibrierstrom
beruhenden Magnetfeld gesetzt wird. Die Remanenzinduktion
wird vor jeder Messung auf einen definierten Wert
vormagnetisiert, so daß sich keine ungewissen
Remanenzinduktionen auf die Messung kleiner Ströme auswirken
können.
Nachteilig bei dieser Einrichtung ist, daß sie nur zur
Messung von Gleichstrom geeignet ist, wobei eine Kompensation
von Drifterscheinungen aufgrund von Kalibriermessungen
erfolgt, die zeitlich vor der Messung des Stromes im Leiter
liegen, so daß Störungen, die während der Messung auf die
Meßeinrichtung einwirken, noch Meßfehler verursachen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum
Ändern oder Prüfen elektrischer Eigenschaften eines
Stromwandlers zu entwickeln, bei der der Stromwandler nach
dem Magnetfeldkompensationsprinzip arbeitet, und zur Messung
von Gleich- und Wechselströmen geeignet ist. Die
Schaltungsanordnung soll weiterhin mit einem geringen Aufwand
erstellbar sein, wobei es möglich sein soll, alle während
einer Messung auftretenden Drifterscheinungen zu
kompensieren, und irreguläre Meßvorgänge zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf
einem Kern eines nach dem Magnetfeldkompensationsprinzip
arbeitenden Stromwandlers für Gleich- und Wechselstrom neben
einer Primär- und einer Sekundärwicklung, die von einem
Kompensationsstrom durchflossen wird, eine weitere Wicklung
aufgebracht ist, die mit einem steuerbaren Stromgenerator
verbunden ist, dessen Steuereingang über eine Steuer- und
Auswerteschaltung mit dem Ausgang einer Meßeinrichtung für
den Kompensationsstrom in Verbindung steht.
Der Stromgenerator kann programmierbar sein und einen Rechner
enthalten, so daß zur Überprüfung der ordnungsgemäßen
Funktion des Stromwandlers und der nachgeschalteten
Elektronik, wie z. B. eines Stromreglers, die zusätzliche
Wicklung mit definierten Testströmen beaufschlagbar ist. Dazu
kann die Steuer- und Auswerteschaltung einen Vergleicher
enthalten, der die von einem Rechner vorgegebenen
Ausgangsströme des Stromgenerators und die von der
Meßeinrichtung erfaßten Ströme miteinander vergleicht. Wenn
das Hallelement, welches in einem Luftspalt des Kernes
angeordnet ist, eine Offsetspannung aufweist, dann kann
während der Messung des Stromes die zusätzliche Wicklung mit
einem konstanten Strom oder mit einem Strom beaufschlagt
werden, der den Drifterscheinungen entgegengerichtet ist. Des
weiteren kann die Zusatzwicklung dazu gebraucht werden, den
Kern zu entmagnetisieren, indem die Zusatzwicklung mit einem
abklingenden Wechselstrom betrieben wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll anhand einer
Zeichnung noch näher erläutert werden.
Die Zeichnung zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung.
Demnach enthält die Schaltungsanordnung einen Stromwandler 1,
der nach dem Magnetfeldkompensationsprinzip arbeitet. Der
Stromwandler 1 besteht aus einem Ringkern 2, mit einem
Luftspalt 3. Durch den Ringkern 2 ist einschleifig ein
Primärstromleiter 4 gelegt, welcher von dem zu messenden Strom
Ip durchflossen wird. Es wäre ebenso möglich, den
Primärstromleiter 4 in mehreren Windungen um den Ringkern 2
zu legen. Weiterhin enthält der Stromwandler 1 auf dem
Ringkern 2 eine Sekundärwicklung 5, welche von einem
Kompensationsstrom Is durchflossen wird. Die Windungszahl der
Sekundärwicklung 5 ist größer als die Zahl der Windungen mit
der der Primärstromleiter 4 um den Ringkern 2 gelegt ist. Der
Kompensationsstrom Is für die Sekundärwicklung 5 wird von
einer steuerbaren Kompensationsstromquelle 6 erzeugt, die
einen Operationsverstärker 7 und eine Transistorendstufe 8
enthält. Die Steuereingänge 9, 10 der Kompensationsstrom
quelle 6 sind mit einem Hallelement 11 verbunden, welches im
Luftspalt 3 des Ringkerns 2 angeordnet ist. Masseseitig ist
in die Sekundärwicklung 2 ein Meßwiderstand 12 geschaltet,
über dem eine dem Kompensationsstrom Is proportionale
Spannung abgreifbar ist. Diese Spannung wird einer
Meßeinrichtung 13 für den Kompensationsstrom Is zugeführt.
Auf dem Ringkern 2 ist eine weitere Wicklung 14 aufgebracht,
welche von einem Strom Ic durchflossen wird, der von einem
zusätzlichen steuerbaren Stromgenerator 15 erzeugt wird.
Der Steuereingang 16 steht mit einer Steuer- und
Auswerteschaltung 17 in Verbindung, welche u. a. einen
Rechner 18 und einen Digital-Analog-Wandler 19 enthält.
Ein Eingang 20 der Steuer- und Auswerteschaltung 17 steht
mit einem Ausgang der Meßeinrichtung 13 für den
Kompensationsstrom Is in Verbindung. Ein weiterer Ausgang der
Meßeinrichtung 13 ist mit den Ist-Wert-Eingängen eines
Stromreglers 21 und einer Begrenzerschaltung 22 sowie mit
einem weiteren Eingang 23 der Steuer- und
Auswerteschaltung 17 verbunden. Über weitere Eingänge sind
dem Stromregler 21 ein Sollwert Isoll und der
Begrenzungsschaltung 22 ein Sollwert IGrenz zuführbar. Die
Ausgänge des Stromreglers 21 und der Begrenzungsschaltung 22
stehen mit weiteren Eingängen 24, 25 der Steuer- und
Auswerteschaltung 17 und mit einer Einrichtung 26 in
Verbindung, welche mindestens einen Verbraucher, z. B. einen
Motor, enthält, dessen Strom geregelt werden soll. Der
Steuer- und Auswerteschaltung 17 sind über einen weiteren
Eingang 27 zusätzliche Signale zuführbar, welche der
Einrichtung 26 entnommen werden. Diese Signale können von
einer Temperatur-Meßeinrichtung oder von einem Drehzahlgeber
abgeleitet werden.
Zur Stromversorgung sind das Hallelement 11 über
Widerstände 28, 29 und die Kompensationsstromquelle 6 mit
einer Gleichspannungsquelle 30 verbunden.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung soll im folgenden
beschrieben werden:
Der Primärstromleiter 4 wird in der Einrichtung 26 so
verschaltet, daß der Strom Ip zur Stromregelung besagter
Verbraucher verwendet werden kann.
Zum Prüfen der ordnungsgemäßen Funktion des Stromwandlers 1
kann bei dem Strom Ip =OA in die Wicklung 14 ein definierter
Prüfstrom Ic eingespelst werden. Das kann mittels des
Rechners 18 erfolgen, der mit Hilfe eines Programmes
Prüfströme Ic vorgibt, welche durch den
Digital-Analog-Wandler 19 und den Stromgenerator 15 der
Wicklung 14 zugeführt werden. Besagtes Programm kann
beispielsweise Ströme Ic mit einem festen Wert und einer
Polarität oder einem festen Wert und verschiedenen
Polaritäten oder verschiedene Werte mit einer Polarität oder
verschiedene Werte mit verschiedenen Polaritäten vorgeben.
Für diese definierten Prüfströme Ic werden die zugehörigen
resultierenden Kompensationsströme Is ermittelt und
rechnergestützt ausgewertet. Bei Abweichung der
Kompensationsströme Is von dem jeweiligen Sollwert kann mit
Hilfe eines programmgesteuerten Verstärkers, welcher
Bestandteil der Meßeinrichtung 13 sein kann, eine
Kalibrierung der Meßeinrichtung 13 auf besser als 1%
Genauigkeit vorgenommen werden.
Die Kalibrierung kann anhand von weiteren definierten
Prüfströmen Ic überprüft werden.
Gleichzeitig mit der Prüfung der ordnungsgemäßen Funktion des
Stromwandlers 1 kann gleichzeitig eine Überprüfung der
Funktion aller der Meßeinrichtung 13 nachgeschalteten
Elemente erfolgen. Dazu dienen die Verbindungen des
Stromreglers 21 und der Begrenzerschaltung 22 und der
Einrichtung 26 mit der Steuer- und Auswerteschaltung 17.
Zum Beseitigen eines Offsets während des Überprüfens des
Überprüfens des Stromwandlers 1 und während des eigentlichen
Meßbetriebes, kann die Wicklung 14 aus dem Stromgenerator 15
mit einem Konstantstrom gespeist werden, so daß bei dem Strom
Ip = OA kein Offsetsignal am Ausgang der Meßeinrichtung 13 mehr
auftritt.
Wenn der Ringkern eine Remanenzinduktion aufweist, dann kann
durch Auftrennen des Meßkreises mit dem Primärstromleiter 4
in die Wicklung 14 ein abklingender Wechselstrom eingespeist
werden, der eine Entmagnetisierung bewirkt. Dieser
Wechselstrom kann ebenfalls mit dem Stromgenerator 15 durch
den Rechner 18 gesteuert erzeugt werden.
Bezugszeichenliste
1 Stromwandler
2 Ringkern
3 Luftspalt
4 Primärstromleiter
5 Sekundärwicklung
6 Kompensationsstromquelle
7 Operationsverstärker
8 Transistorendstufe
9 Steuereingänge
10 Steuereingänge
11 Hallelement
12 Meßwiderstand
13 Meßeinrichtung
14 Wicklung
15 Stromgenerator
16 Steuereingang
17 Auswerteschaltung
18 Rechner
19 Digital-Analog-Wandler
20 Eingang
21 Stromregler
22 Begrenzungsschaltung
23 Eingang
24 Eingang
25 Eingang
26 Einrichtung
27 Eingang
28 Widerstände
29 Widerstände
30 Gleichspannungsquelle
2 Ringkern
3 Luftspalt
4 Primärstromleiter
5 Sekundärwicklung
6 Kompensationsstromquelle
7 Operationsverstärker
8 Transistorendstufe
9 Steuereingänge
10 Steuereingänge
11 Hallelement
12 Meßwiderstand
13 Meßeinrichtung
14 Wicklung
15 Stromgenerator
16 Steuereingang
17 Auswerteschaltung
18 Rechner
19 Digital-Analog-Wandler
20 Eingang
21 Stromregler
22 Begrenzungsschaltung
23 Eingang
24 Eingang
25 Eingang
26 Einrichtung
27 Eingang
28 Widerstände
29 Widerstände
30 Gleichspannungsquelle
Claims (6)
1. Schaltungsanordnung zum Ändern oder Prüfen elektrischer
Eigenschaften eines Stromwandlers mit
Magnetfeldkompensation,
- - enthaltend eine Primärwicklung, welche auf einem Kern eines magnetischen Kreises mit einem Luftspalt aufgebracht ist und welche in eine Leitung schaltbar ist, die vom zu messenden Strom durchflossen ist,
- - weiter enthaltend eine Sekundärwicklung, welche ebenfalls auf besagtem Kern aufgebracht ist und welche zur Magnetfeldkompensation mit dem Ausgang einer steuerbaren Kompensationsstromquelle verbunden ist, wobei die Windungszahl der Sekundärwicklung um ein Vielfaches größer ist als die der Primärwicklung,
- - weiter enthaltend ein Hallelement, welches im besagten Luftspalt angeordnet ist, wobei dessen Hallspannungsausgang mit dem Steuereingang der Kompensationsstromquelle in Verbindung steht,
- - und enthaltend eine Meßeinrichtung für den Kompensationsstrom, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Kern (2) eine weitere Wicklung (14) aufgebracht ist, die mit einem zusätzlichen steuerbaren Stromgenerator (15) verbunden ist, wobei ein Steuereingang (16) des Stromgenerators (15) über eine Steuer- und Auswerteschaltung (17) mit dem Ausgang der Meßeinrichtung (13) für den Kompensationsstrom in Verbindung steht.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stromgenerator (15) programmierbar ist und die
Steuer- und Auswerteschaltung (17) einen Rechner (18)
enthält.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 1 und
Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteschaltung (17) einen
Vergleicher enthält, dem die vom Rechner (18)
vorgegebenen Ausgangsströme (Ic) des Stromgenerators (15)
und die von der Meßeinrichtung (13) erfaßten Ströme (Is)
zuführbar sind.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteschaltung (17) einen
Vergleicher enthält, dem die vom Rechner (18)
vorgegebenen Ausgangsströme (Ic) des Stromgenerators (15)
und die von einer nachgeschalteten Einrichtung (26)
erzeugten Signale zuführbar sind.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Stromgenerator (15) ein Gleichstrom
erzeugbar ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem Stromgenerator (15) ein treppenförmiger
Strom mit einer oder verschiedener Polarität erzeugbar
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19924230939 DE4230939C2 (de) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Schaltungsanordnung zum Ändern oder Prüfen elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers mit Magnetfeldkompensation |
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Publication Number | Publication Date |
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DE4230939A1 true DE4230939A1 (de) | 1994-03-17 |
DE4230939C2 DE4230939C2 (de) | 1995-04-06 |
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ID=6468065
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DE19924230939 Expired - Fee Related DE4230939C2 (de) | 1992-09-16 | 1992-09-16 | Schaltungsanordnung zum Ändern oder Prüfen elektrischer Eigenschaften eines Stromwandlers mit Magnetfeldkompensation |
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