DE4310361A1 - Nach der Kompensationsmethode arbeitender Stromwandler - Google Patents
Nach der Kompensationsmethode arbeitender StromwandlerInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen nach der Kompensa
tionsmethode arbeitenden Stromwandler mit
einem ersten mit einem Fenster versehenen Mag netkern, der von einer ersten Wicklung für einen zu messenden Strom und einer zweiten Wicklung für einen Kompensationsstrom umschlossen ist,
einem zweiten mit einem Fenster versehenen Mag netkern, der ebenfalls von der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung umschlossen ist,
Mitteln zum Erzeugen des Kompensationsstromes und zum Einstellen der Größe desselben, so daß der von ihm im ersten Magnetkern erzeugte magnetische Fluß den von dem zu messenden Strom in diesem Kern erzeugten magnetischen Fluß kompensiert, wobei diese Mittel zum Erzeugen und Einstellen des Kompensations stromes eine dritte Wicklung aufweisen, die den ersten Kern mit einem Magnetisierungsstrom magneti sieren soll,
einer vierten Wicklung, die den ersten Magnet kern umschließt und
einer fünften Wicklung, die den zweiten Magnet kern umschließt, wobei die vierte und die fünfte Wicklung die gleiche Drehzahl haben und zu einer ge schlossenen Schleife in Reihe geschaltet sind über eine Impedanz, die bei der Frequenz des Magnetisie rungsstromes so klein ist, daß der von der fünften Wicklung im zweiter Magnetkern erzeugte magnetische Fluß wenigstens annähernd gleich groß wie der im ersten Magnetkern wirkende magnetische Fluß, aber entgegengesetzt zu diesem ist.
einem ersten mit einem Fenster versehenen Mag netkern, der von einer ersten Wicklung für einen zu messenden Strom und einer zweiten Wicklung für einen Kompensationsstrom umschlossen ist,
einem zweiten mit einem Fenster versehenen Mag netkern, der ebenfalls von der ersten Wicklung und der zweiten Wicklung umschlossen ist,
Mitteln zum Erzeugen des Kompensationsstromes und zum Einstellen der Größe desselben, so daß der von ihm im ersten Magnetkern erzeugte magnetische Fluß den von dem zu messenden Strom in diesem Kern erzeugten magnetischen Fluß kompensiert, wobei diese Mittel zum Erzeugen und Einstellen des Kompensations stromes eine dritte Wicklung aufweisen, die den ersten Kern mit einem Magnetisierungsstrom magneti sieren soll,
einer vierten Wicklung, die den ersten Magnet kern umschließt und
einer fünften Wicklung, die den zweiten Magnet kern umschließt, wobei die vierte und die fünfte Wicklung die gleiche Drehzahl haben und zu einer ge schlossenen Schleife in Reihe geschaltet sind über eine Impedanz, die bei der Frequenz des Magnetisie rungsstromes so klein ist, daß der von der fünften Wicklung im zweiter Magnetkern erzeugte magnetische Fluß wenigstens annähernd gleich groß wie der im ersten Magnetkern wirkende magnetische Fluß, aber entgegengesetzt zu diesem ist.
Meßwandler zum Messen von Gleich- und Wechsel
strom arbeiten oft nach der Kompensationsmethode, wo
bei der von einem in der Primärwicklung fließenden
Strom in einem Magnetkern erzeugte Fluß durch einen
der Sekundärwicklung zugeführten Strom kompensiert
wird. Zur Steuerung des Sekundärstromes ist im magne
tischen Kreis ein Anker oder ein ähnlicher Detektor
vorgesehen, der den Nullpunkt des Flusses im Kern
erfaßt. Im Kern herrscht Nullfluß, wenn der der Se
kundärwicklung zugeführte Strom den durch den Strom
der Primärwicklung hervorgerufenen Fluß kompensiert.
Bei höheren Frequenzen kann der Stromwandler als pas
siver Transformator dienen, so daß der in der Sekun
därwicklung fließende Strom in einem breiten Fre
quenzbereich dem zu messenden, in der Primärwicklung
fließenden Strom direkt proportional ist.
Ein gattungsgemäßer Stromwandler ist zum Bei
spiel in der US-Patentschrift 4 482 862 beschrieben.
Dort dient als Detektor ein bei hoher Frequenz magne
tisierbarer, mit einem Fenster versehener Magnetkern,
durch den der Nullfluß durch Beobachtung der Kurven
form des Magnetisierungsstromes erfaßt wird. Der von
dem hochfrequenten Magnetisierungsstrom im Kern er
zeugte magnetische Fluß neigt jedoch dazu, Störspan
nungen sowohl in der für den zu messenden Strom be
stimmten Wicklung als auch in der für den Kompensa
tionsstrom bestimmten Wicklung zu induzieren. Zur
Kompensation dieser Störspannungen weist der Strom
wandler einen zweiten mit einem Fenster versehenen
Magnetkern auf, und sowohl auf diesem zweiten als
auch auf dem ersten Magnetkern ist jeweils eine Wick
lung gleicher Drehzahl aufgewickelt, die zu einer ge
schlossenen Schleife in Reihe geschaltet sind. Auch
dieser zweite Magnetkern ist von der für den zu mes
senden Strom bestimmten Wicklung und der für den Kom
pensationsstrom bestimmten Wicklung umschlossen. Da
bei ist der durch diese den zweiten Magnetkern um
schließende Wicklung in diesem Kern hervorgerufene
magnetische Fluß gleich groß wie der im ersten Mag
netkern wirkende magnetische Fluß, aber entgegenge
setzt zu diesem, wobei durch den Magnetisierungsstrom
keine Störspannungen entstehen. Bei hohen Frequenzen
fließt in den zu einer geschlossenen Schleife ge
schalteten Wicklungen ein Strom, der größer wird,
wenn die Frequenz des zu messenden Stromes höher
wird, woraus folgt, daß der von dem ersten und dem
zweiten Magnetkern und von den diese umschließenden,
sowohl für den zu messenden Strom als auch für den
Kompensationsstrom bestimmten Wicklungen gebildete
magnetische Kreis nicht als passiver Transformator
dienen kann. Damit dieser Stromwandler auch bei hohen
Frequenzen arbeiten kann, weist er noch einen dritten
mit einem Fenster versehenen Magnetkern auf, der ein
mittelfrequentes Fehlersignal abgibt, das mit einem
niedrige Frequenzen darstellenden Fehlersignal sum
miert wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Kom
pensationsstrom auch dann richtig einzustellen, wenn
der zu messende Strom mittelfrequente Komponenten
enthält.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe
zugrunde, einen nach der Kompensationsmethode arbei
tenden Stromwandler vorzuschlagen, bei dem die oben
beschriebenen Probleme vermieden sind, und somit
einen Stromwandler zu schaffen, der trotz seines ein
fachen Aufbaus präzis ist und eine große Bandbreite
besitzt.
Diese Aufgabe wird mit einem erfindungsgemäßen
Stromwandler gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist,
daß die Impedanz in der von der vierten und der
fünften Wicklung gebildeten Schleife frequenzabhängig
und bei der Frequenz der Wechselstromkomponente des
zu messenden Stromes so groß ist, daß sie ein Durch
fließen eines zu großen Stromes mit dieser Frequenz
durch die vierte und die fünfte Wicklung verhindert.
Dann kann der die vierte und die fünfte Wicklung
durchfließende Strom also nicht so groß werden, daß
die Leistung, die er dem von dem ersten und dem zwei
ten Magnetkern und den für den zu messenden Strom und
für den Kompensationsstrom bestimmten Wicklungen ge
bildeten magnetischen Kreis entnimmt, die Funktion
dieses magnetischen Kreises als passiver Stromwandler
verhindern würde. Somit besitzt der erfindungsgemäße
Stromwandler eine große Bandbreite ohne einen dritten
Magnetkern mit dem zugehörigen Kreis, wie er in der
US-Patentschrift 4 482 862 vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer in
den Zeichnungsfiguren dargestellten beispielhaften
Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen prinzipiellen Schaltplan eines
Stromwandlers und
Fig. 2 die Wellenform einer der Magnetisie
rungswicklung zuzuführenden Spannung Um und eines von
ihr in der Magnetisierungswicklung erzeugten Magneti
sierungsstromes Im.
Der Stromwandler gemäß Fig. 1 besteht aus zwei
Magnetkernen C1 und C2 und aus auf diesen für ver
schiedene Zwecke aufgewickelten fünf Wicklungen sowie
aus zugehöriger Elektronik, wie nachstehend näher be
schrieben wird. Von den Magnetkernen wird der Kern C1
gesättigt, während der Kern C2 in seinem linearen Be
reich arbeitet.
De Magnetkern C1 wird bis zur Sättigung magne
tisiert, indem eine diesen Kern 1 umschließende Mag
netisierungswicklung Nm aus einer Wechselspannungs
quelle AC mit einer Wechselspannung Um gespeist wird,
in der die Zeitintegrale der positiven und der nega
tiven Halbperiode gleich groß sind. Weist die Span
nung Um eine Rechteckform auf, so sind die Kurven
formen dieser Spannung und eines von ihr in der Mag
netisierungswicklung Nm erzeugten Magnetisierungs
stromes Im so wie in Fig. 2 gezeigt. Der Magnetisie
rungsstrom Im wird durch einen an seinem einen Pol am
Erdpotential liegenden Widerstand R1 gemessen, wobei
die über diesen entstehende Spannung einem Detektor D
zugeführt wird. Die Ausgangsspannung Ue des Detektors
D ist der Asymmetrie der Spitzenwerte der über den
Widerstand R1 entstehenden Spannung proportional. Die
Spannung Ue wiederum steuert einen integrierenden Re
gelverstärker IA, der eine Kompensationswicklung Ns,
die die beiden Magnetkerne 1 und 2 umschließt, mit
einem Strom Is speist. Der zu messende Strom Ip wie
derum fließt in einer die beiden Magnetkerne C1 und
C2 umschließenden Wicklung Np.
Wenn die den Magnetkern C1 magnetisierenden Am
perewindungen NpIp und NsIs (wobei also die Bezeich
nungen Np und Ns auch den Drehzahlen dieser Wick
lungen entsprechen) gleich groß sind, entspricht die
über einen Widerstand R2, den der Kompensationsstrom
Is durchfließt, wirkende Spannung Uout der Gleichung
Uout = R2 × Ip × Np/Ns. Aus dieser Gleichung läßt
sich Ip einfach berechnen.
Sind die Amperewindungen NpIp und NsIs ver
schieden groß, so weicht die Magnetisierung des Mag
netkernes C1 bei der Frequenz des zu messenden
Stromes von Null ab, wobei im Magnetkern C1 ein mag
netischer Restfluß fließt, der die Kurvenform des
Magnetisierungsstromes Im verzerrt und asymmetrisch
macht. Da der Detektor D dazu dient, die Asymmetrie
der Spitzenwerte der vom Strom Im über den Widerstand
R1 erzeugten Spannung zu beobachten, bekommt der Aus
gang Ue des Detektors in einem solchen Asymmetriezu
stand einen Wert, der sowohl der Größe als auch der
Richtung der Asymmetrie proportional ist. Der Wert Ue
zeigt also auch, welche von den Amperewindungen NpIp
und NsIs größer ist. Mit Hilfe dieses Steuereingangs
Ue kann der integrierende Regelverstärker IA nun den
Strom Is so ändern, daß der Magnetisierungsstrom Im
wieder symmetrisch wird.
Der von dem hochfrequenten Magnetisierungsstrom
Im im Magnetkern C1 erzeugte magnetische Fluß neigt
dazu, eine Störspannung in den Wicklungen Np und Ns
zu induzieren. Zur Kompensation dieser Störspannung
sind die Magnetkerne C1 und C2 von Wicklungen Nc1 und
Nc2 umschlossen, von denen Nc1 den Magnetkern C1 und
Nc2 den Magnetkern C2 umschließt. Die Drehlzahlen
dieser Wicklungen Nc1 und Nc2 sind gleich groß. Da
der Magnetkern C2 bemessen ist, um in seinem linearen
Bereich zu arbeiten, hat er keinen wesentlichen Ein
fluß auf die Magnetisierung des Magnetkernes C1. Die
Wicklungen Nc1 und Nc2 sind an ihren einen ungleich
namigen Polen über eine Impedanz Z miteinander ver
bunden, während ihre anderen ungleichnamigen Pole di
rekt miteinander verbunden sind. Somit sind die Wick
lungen Nc1 und Nc2 in Reihe geschaltet zu einer ge
schlossenen Schleife, in der die Impedanz Z enthalten
ist. Die Impedanz Z ist so verwirklicht, daß sie bei
der Frequenz des Magnetisierungsstromes Im so klein
ist, daß der von der Wicklung Nc2 im Magnetkern C2
erzeugte magnetische Fluß beinahe gleich groß wie der
magnetische Fluß, den der Magnetisierungsstrom Im
über die Wicklung Nm im Magnetkern C1 hervorruft,
aber entgegengesetzt zu diesem ist. Dabei liegt der
die Wicklungen Np und Ns durchfließende Gesamtfluß
nahe bei Null, und es entstehen keine zu großen Stör
spannungen.
Die Wechselstromkomponente des zu messenden, in
der Wicklung Np fließenden Stromes Ip neigt aber auch
dazu, in den Wicklungen Nc1 und Nc2 einen Strom zu
induzieren. Wird dieser Strom nicht begrenzt, so kann
der von den Kernen C1 und C2 und von den Wicklungen
Np und Ns gebildete magnetische Kreis bei zunehmender
Frequenz nicht als passiver Transformator dienen, wo
bei die obere Grenzfrequenz des Stromwandlers niedrig
bleibt. Diese obere Grenzfrequenz läßt sich jedoch
dadurch erhöhen, daß die mit den Wicklungen Nc1 und
Nc2 in Reihe liegende Impedanz Z bei der Frequenz der
Wechselstromkomponente des zu messenden Stromes Ip so
groß bemessen wird, daß kein zu großer, mit der Wech
selstromkomponente gleichfrequenter Strom die Wick
lungen Nc1 und Nc2 durchfließen kann. In der Praxis
läßt sich eine gewünschte frequenzabhängige Impedanz
Z am einfachsten durch einen geeignet bemessenen Kon
densator verwirklichen.
Der erfindungsgemäße Stromwandler ist vorste
hend anhand nur einer beispielhaften Ausführungsform
erläutert. Es ist klar, daß ein Fachmann viele der
beschriebenen Bauelemente im Rahmen des Patentan
spruchs auch anders realisieren kann. So lassen sich
insbesondere die Mittel zum Einstellen der Größe des
Kompensationsstromes, d. h. die Spannungsquelle Um,
der Detektor D und der Regelverstärker IA, auch an
ders als oben beschrieben realisieren.
Claims (1)
- Nach der Kompensationsmethode arbeitender Stromwandler mit
einem ersten mit einem Fenster versehenen Mag netkern (C1), der von einer ersten Wicklung (Np) für einen zu messenden Strom (Ip) und einer zweiten Wick lung (Ns) für einen Kompensationsstrom (Is) umschlos sen ist,
einem zweiten mit einem Fenster versehenen Mag netkern (C2), der ebenfalls von der ersten Wicklung (Np) und der zweiten Wicklung (Ns) umschlossen ist,
Mitteln (AC, Nm, D, IA) zum Erzeugen des Kom pensationsstromes und zum Einstellen der Größe des selben, so daß der von ihm im ersten Magnetkern (C1) erzeugte magnetische Fluß den von dem zu messenden Strom (Ip) in diesem Kern erzeugten magnetischen Fluß kompensiert, wobei diese Mittel zum Erzeugen und Ein stellen des Kompensationsstromes (Is) eine dritte Wicklung (Nm) aufweisen, die den ersten Kern mit ei nem Magnetisierungsstrom (Im) magnetisieren soll,
einer vierten Wicklung (Nc1), die den ersten Magnetkern (C1) umschließt und
einer fünften Wicklung (Nc2), die den zweiten Magnetkern (C2) umschließt, wobei die vierte und die fünfte Wicklung (Nc1, Nc2) die gleiche Drehzahl haben und zu einer geschlossenen Schleife in Reihe geschal tet sind über eine Impedanz (Z), die bei der Frequenz des Magnetisierungsstromes (Im) so klein ist, daß der von der fünften Wicklung (Nc2) im zweiten Magnetkern (C2) erzeugte magnetische Fluß wenigstens annähernd gleich groß wie der im ersten Magnetkern (C1) wir kende magnetische Fluß, aber entgegengesetzt zu die sem ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanz (Z) frequenzabhängig und bei der Frequenz der Wechsel stromkomponente des zu messenden Stromes (Ip) so groß ist, daß sie ein Durchfließen eines zu großen Stromes mit dieser Frequenz durch die vierte und die fünfte Wicklung (Nc1, Nc2) verhindert.
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Legal Events
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---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |