DE611289C

DE611289C - Device for measuring direct currents

Info

Publication number: DE611289C
Application number: DEA63996D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Waldemar Brueckel
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1931-11-04
Filing date: 1931-11-04
Publication date: 1935-03-27

Description

Einrichtung zum Messen von Gleichströmen Zum Messen von Gleichströmen ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher um den Leiter, der den zu messenden Gleichstrom führt, ein Eisenring gelegt ist, der einen Luftspalt besitzt, in welchem sich ein permanent magnetisierter oder aus Weicheisen bestehender und in diesem Falle mit einer Wicklung versehener Anker befindet. Der Eisenring trägt eine Kompensationswicklung, deren Strom mit Hilfe von zwei vom Anker gesteuerten Kontakten über einen Servomotor so beeinflußt wird, daß der seitens des Primärleiters in dem Eisenring erzeugte Fluß von dem durch hie Kompensationswicklung erzeugten gerade aufgehoben wird. Der Kompensationsstrom ist demgemäß :dem zu messenden Strome proportional und wird in einem Anzelgeinstrument gemessen.Device for measuring direct currents For measuring direct currents a device is known in which around the conductor, the direct current to be measured leads, an iron ring is placed, which has an air gap in which a permanently magnetized or made of soft iron and in this case with armature provided with a winding is located. The iron ring has a compensation winding, their current with the help of two contacts controlled by the armature via a servo motor is so influenced that the generated on the part of the primary conductor in the iron ring Flux generated by the compensation winding is being canceled. Of the Compensation current is accordingly: proportional to the current to be measured and is in measured with an indicating instrument.

Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß eine zeitrichtige und formgetreue Nachbildung des zu messenden Stromes durch den Kompensationsstrom nicht möglich ist. Einmal wird bei dieser Einrichtung, bei der im Kompensationskreis durch den Servomotor ein Widerstand verstellt wird, eine Verstellung -des Stromes nur stufenweise vorgenommen, vor allen Dingen aber mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung. Wenn man daher den Stromverlauf im 1VIeßleiter bei der bekannten Einrichtung mit dem Stromverlauf im Anzeigemeßgerät vergleicht, so ergeben sich verhältnismäßig große Abweichungen. Außerdem besitzt diese Einrichtung noch den Nachteil, daß sich bei hohen Überströmen in dem Leiter, dessen Stromstärke gemessen werden soll, der permanent magnetisierte Anker im Luftspalt des Eisenringes entmägnetisiert, so daß die Meßeinrichtun:g unbrauchbar ,gemacht wird.The known device has the disadvantage that a correct time and True-to-shape replication of the current to be measured by the compensation current is not is possible. Once in this facility, in the compensation circle the servomotor a resistor is adjusted, an adjustment of the current only carried out in stages, but above all with a considerable amount of time Delay. Therefore, if you look at the current in the 1VIeßleiter in the known device compared with the current curve in the display measuring device, the result is proportional large deviations. In addition, this device still has the disadvantage that in the case of high overcurrents in the conductor whose current intensity is to be measured, the permanently magnetized armature demagnetized in the air gap of the iron ring, so that the measuring device is rendered unusable.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der bekannten Einrichtung, und zwar soll eine Verbesserung der Anzeigegenauigkeit und eine Erhöhung ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Überströme nach der Erfindung dadurch erzielt werden, daß die Größe des Hilfsstromes durch einen ständig spielenden, vom Anker gesteuerten Kontakt eingeregelt wird, derart, daß die Öffnungs- und Schließungszeiten das Maß für die Größe des Hilfsstromes bilden, dessen Mittelwert in einem Anzeigemeßgerät gemessen wird; dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Anker aus Weicheisen besteht und sich im Felde einer besonderen feststehenden Spule befindet.The invention relates to an improvement of the known device, namely, an improvement in display accuracy and an increase in its durability can be achieved against overcurrents according to the invention that the size of the auxiliary current is regulated by a constantly playing contact controlled by the armature, such that the opening and closing times are the measure of the size of the auxiliary current form, the mean value of which is measured in a display measuring device; there is the Arrangement made so that the anchor consists of soft iron and is in the field of a special fixed coil is located.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispi.eles näher erläutert. Die Abb. i .der Zeichnung zeigt die Anordnung in schematischer Darstellung, Abb.2 den Verlauf der in der Koinpen.sationswicklung wirksamen Ströme.The invention is described below with the aid of an exemplary embodiment explained in more detail. Fig. I. Of the drawing shows the arrangement in a schematic Representation, Fig. 2, shows the course of the currents effective in the coincidence winding.

In Abb. i bedeutet io den Querschnitt des Leiters, welcher den zu messenden Strom führt, i i die Kompensationswicklung, 12- den Eisenring, in dessen Luftspalt sich der Weicheisenanker 13 befindet; mit 14 ist die feststehende Hilfsspule zur Magnetisierung des Ankers 13 bezeichnet, mit 15 die vam Anker gesteuerte Kontaktvorrichtung; 16 ist ein Kondensator, 17 ein Widerstand und 18 eine Drosselspule, welch letztere gegebenenfalls auch fortgelassen werden kann, wenn die Kompensationswicklung i i eine ausreichende Induktivität besitzt. Auf den Anker 13 wirkt eine Spiralfeder 19 mit einem gegebenen konstantenDrehmoment ein. Das Anzeigeinstrument, das mit 2o bezeichnet ist, liegt ebenfalls im Kreise der Kompensationswicklung.In Fig. I, io means the cross-section of the conductor, which leads to measuring current leads, i i the compensation winding, 12- the iron ring, in the air gap of which the soft iron anchor 13 is located; at 14 is the fixed one Auxiliary coil for magnetizing the armature 13 denotes, with 15 the vam armature controlled Contact device; 16 is a capacitor, 17 is a resistor and 18 is a choke coil, which latter can also be omitted if the compensation winding i i has sufficient inductance. A spiral spring acts on the armature 13 19 with a given constant torque. The display instrument that starts with 2o is designated, is also in the circle of the compensation winding.

Der Anker 13 steht demnach unter der Einwirkung dreier Drehmomente. Das erste Drehmoment :entsteht dadurch, daß auf den von der Spule 14 magnetisierten Anker 13 der von dem Primärleiter 1o herrührende Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment möge im Sinne der Schließung,des Kontaktes 15 wirken. Das zweite Drehmoment rührt davon her, .daß auf den Anker 13 auch der von der Kompensationswicklung i i herrührende Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment wirke im Sinne der Öffnung des Kontaktes 15. Das dritte Drehmoment endlich, welches von der Spiralfeder 19 geliefert wird, möge ebenfalls im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung 15 wirksam sein. Der Verlauf :des Stromes i in der Kompensationswicklung in Abhängigkeit von der Zeit t und die Bewegungsvorgänge .des -Ankers seien nun an Hand der Abb. 2 erläutert. Angenommen, die Kontaktvorrichtung 15 sei geschlossen, der Strom in der Kompensationswicklung sei jedoch Null. Dieser muß :dann nach einer Kurve ansteigen, deren Anfangstangente durch die Induktivität 18 bzw. die Induktiv ität der Wicklungen 11 und 14 und durch den Gesamtwiderstand des Kompensationskreises gegeben ist und die einem -Endwert zustrebt, welcher lediglich von dem Gesamtwiderstand des Kompensationskreises und von d .er Höhe der den Kompensationskreis speisenden Gleichspannung abhängt. Diese Kurve ist in Abb. - mit A bezeichnet. In die Abb. ä ist außerdem eine waagerechte Linie 19 eingezeichnet, deren Abstand von der Abszissenachse dem Drehmoment ider Spiralfeder 19, und eine waagerechte Linie io, deren Abstand von der Linie 19 :dem von dem Primärleiter herrührenden Drehmoment auf den Anker proportional ist. Noch bevor der Endwert der Kurve A erreicht wird, werde die Linie io überschritten. Es überwiegt demnach nunmehr das im Sinne der Kontaktöffnung wirkende Drehmoment die beiden Im Sinne der Kontaktschließung wirkenden. Die Kontaktvorrichtung 15 öffnet sich also, so daß in den Kompensationsstromkreis der ungeladene Kondensator 16 eingeschaltet wird. Dieser Kondensator wird nun auf die Spannung der den Kompensationskreis spe.is@6nden Gleichstromquelle aufgeladen, der dabei fließende Strom wird in dem Maße abnehmen, in welchem die zunehmende Ladung des Kondensators 16 eine Gegenspannung zu der Gleichstromquelle bildet. Der nach der Kontaktöffnung fließende Strom ist in der Abb. 2 mit B bezeichnet. Sobald der Strom die Linie io unterschreitet, überwiegen wieder die beiden im Sinne der Kontaktschließung wirkenden Drehmomente. Die Kontaktvorrichtung 15 wird also wieder geschlossen, so daß der Strom ,im Kompensationskreis wieder nach der Kurve A ansteigt. Sofort nach der Kontaktschließung entlädt sich der Kondensator 16 über den Widerstand 17, so daß bei der nächsten Kontaktöffnung wieder der ungeladene Kondensator in den Kompensationskreis eingeschaltet wird. In dieser Weise pendelt der Kompensationsstrom um einen Wert, welcher dem in dem Primärleiter io fließenden Strom entspricht; dieser Kompensationsstrom kann im Instrument 2o abgelesen werden. Wird der Primärstrom Null, so wird der Kompensationsstrom ,auf einen dem Drehmoment der Spiralfeder 19 entsprechenden Betrag eingeregelt. Das Anzeigeinstrument kann durch eine Vorspannung seiner Spiralfeder dabei leicht so eingerichtet werden, daß es bei diesem Werte des Kompensationsstromes den Ausschlag Null zeigt.The armature 13 is therefore under the action of three torques. The first torque: arises from the fact that on the magnetized by the coil 14 Armature 13 acts on the flux originating from the primary conductor 1o. This torque may act in the sense of the closure, the contact 15. The second torque stirs from this, .that on the armature 13 also the one originating from the compensation winding i i River acts. This torque acts in the sense of the opening of the contact 15. The third torque finally, which is supplied by the spiral spring 19, may also be effective in the sense of the closure of the contact device 15. The course: des Current i in the compensation winding as a function of time t and the movement processes The anchor will now be explained with reference to Fig. 2. Suppose the contact device 15 is closed, but the current in the compensation winding is zero. This must: then rise after a curve whose initial tangent is due to the inductance 18 or the inductivity of the windings 11 and 14 and the total resistance of the compensation circle is given and which tends towards a final value, which is only of the total resistance of the compensation circuit and of the height of the compensation circuit feeding DC voltage depends. This curve is denoted by A in Fig. In the Fig. ä is also drawn a horizontal line 19, the distance of which from the axis of abscissa the torque ider spiral spring 19, and a horizontal line io, the distance from the line 19: the torque originating from the primary conductor is proportional to the anchor. Even before the end value of curve A is reached, will cross the line io. It therefore outweighs that in the sense of the Contact opening acting torque the two acting in terms of contact closure. The contact device 15 opens so that in the compensation circuit the uncharged capacitor 16 is switched on. This capacitor is now on the voltage of the compensation circuit spe.is@6nden direct current source is charged, the current flowing thereby will decrease as the charge increases of the capacitor 16 forms a counter voltage to the direct current source. The after The current flowing through the contact opening is denoted by B in FIG. Once the If the current falls below the line io, the two predominate again in the sense of contact closure acting torques. The contact device 15 is therefore closed again, see above that the current in the compensation circuit increases again after curve A. Immediately after the contact closure discharges the capacitor 16 through the resistor 17, so that with the next contact opening again the uncharged capacitor in the compensation circuit is switched on. In this way the compensation current oscillates around a value which corresponds to the current flowing in the primary conductor io; this compensation current can be read in the instrument 2o. If the primary current becomes zero, the compensation current becomes , adjusted to an amount corresponding to the torque of the spiral spring 19. The display instrument can easily be preloaded on its spiral spring be set up in such a way that it is the deflection at this value of the compensation current Shows zero.

Es läßt sich zeigen, daß der Kompensationsstrom dem in dem Primärleiter io fließenden Ström mit großer Annäherung proportional ist. Diese Betrachtung sei für den allgemeineren Fall durchgeführt, daß der Primärleiter io in mehreren Windungen um,das Eisenjoch 12herumgeführtsei. EinederartigeAnordnung wird verwendet werden, wenn die neueEinrichtung zur Messung der Höhe einer Gleichspannung dienen soll. Der Primärstrom sei mit Ji, die Windungszahl der Primärwicklung mit w1, der Kompensationsstrom mit T2, die Windungszahl der Kompensationswicklung mit w2 und die Windungszahl der Wicklung 14 mit w3 bezeichnet. Das Drehmoment der Spiralfeder 19 sei 1?. Nach den oben gemachten Voraussetzungen wirkt im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung 15 das Drehmoment D und das von dem Primärleiter im Zusammenhang mit dem Strom in der Wicklung 14 erzeugte Drehmoment, welches der Größe w1, l1, w3, T2 proportional ist. Im Sinne der Kontaktöffnung wirkt das Drehmoment der Kompensationswicklung, welches dem Strom in der Wicklung 14 und seiner Windungäz:ahl zvg und dem Strom in der Kompensationswicklung i i und der Windungszahl w2 proportional ist, also ein Drehmoment von der Größe w2, w3, J-,. Es gilt demgemäß die Gleichung D+wi1iwsT2 -w"w;@I2. Eine Umformung dieser Gleichung ergibt Hieraus ist zu ersehen, daß der Kompensationsstrom 12 dem Strom 11 im Primärleiter proportional ist bis auf ein Glied, welches seinerseits von dem Strom 12 umgekehrt proportional abhängt. Dieses ist jedoch dem Drehmoment D linear proportional und kann, da -über das Drehmoment der Feder i9 frei verfügt werden kann, .in allen praktisch vorkommenden Fällen genügend klein gemacht werden.It can be shown that the compensation current is proportional to the current flowing in the primary conductor io with a large approximation. Let this consideration be carried out for the more general case that the primary conductor 10 is routed around the iron yoke 12 in several turns. Such an arrangement will be used if the new device is to serve to measure the level of a direct voltage. The primary current is denoted by Ji, the number of turns of the primary winding by w1, the compensation current by T2, the number of turns of the compensation winding by w2 and the number of turns of the winding 14 by w3. The torque of the spiral spring 19 is 1 ?. According to the conditions set out above, the torque D and the torque generated by the primary conductor in connection with the current in the winding 14, which is proportional to the variable w1, l1, w3, T2, act in the sense of closing the contact device 15. The torque of the compensation winding acts in the sense of the contact opening, which is proportional to the current in the winding 14 and its turns ahl zvg and the current in the compensation winding ii and the number of turns w2, i.e. a torque of the size w2, w3, J-, . The equation D + wi1iwsT2 -w "w; @ I2 applies accordingly. A transformation of this equation results It can be seen from this that the compensation current 12 is proportional to the current 11 in the primary conductor, except for one element which in turn depends on the current 12 in an inversely proportional manner. However, this is linearly proportional to the torque D and, since the torque of the spring i9 can be freely used, can be made sufficiently small in all practical cases.

Wenn bei einer derartigen Einrichtung durch einen besonders hohen Stromstoß in dem Primärleiter io der Anker 13 kurzzeitig entmagnetisiert wird, stellt sich sofort nach Verschwinden des Überstromes unter der Einwirkung der Spule 14 die normale Magnetisieru.ng des Ankers ein.If in such a device by a particularly high Current surge in the primary conductor io the armature 13 is briefly demagnetized, is immediately after the overcurrent has disappeared under the action of the coil 14 normal magnetization of the armature.

Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß der Kompensationsstrom bei Änderungen des Stromes im Primärleiter sich sehr viel schneller auf einen dem neuen Primärstrom entsprechenden Betrag einstellt, als dies bei der bekannten Einrichtung wegen .des langsam arbeitenden Servomotors der Fall ist; infolgedessen zeigt auch ein Amperestun@d-enzähler, der mit dem Anzeigeinstrument in Reihe geschaltet werden kann, das Zeitintregal des in dem Primärleiter fließenden Stromes mit viel höherer Genauigkeit an als bei der bekannten Einrichtung.Another advantage of the device described is that that the compensation current with changes in the current in the primary conductor is very adjusts much more quickly to an amount corresponding to the new primary current, than with the known device because of the slow working servo motor the case is; as a result, an ampere-hour meter that is connected to the display instrument can be connected in series, the Zeitintregal of the flowing in the primary conductor Current with much higher accuracy than with the known device.

Die beschriebene Einrichtung ist gegenüber der bekannten auch noch mit Rücksicht auf die Hystereseeigenschaften des Eisenjoches i2 im Vorteil. Der Kompensationsstrom besteht nämlich, wie aus Abb.2 hervorgeht, aus einem Gleichstromanteil, welcher dem jeweiligen Wert des Primärstromes entspricht, und aus einem überlagerten Wechselstromanteil von dreieckiger Kurvenform. Dieser Wechselstromanteil bewirkt, daß der Arbeitspunkt auf der Hysteresiskurve des im Joch 12 verwendeten Eisens zwischen dem aufsteigenden und absteigenden Ast hin und her läuft; die bei der bekannten Einrichtung durch die endliche Breite der Hysteresiskurve möglichen Fehler werden also 'vermieden.The device described is also compared to the known with regard to the hysteresis properties of the iron yoke i2 at an advantage. Of the As can be seen from Fig. 2, compensation current consists of a direct current component, which corresponds to the respective value of the primary current, and from a superimposed AC component of triangular waveform. This alternating current component causes that the working point on the hysteresis curve of the iron used in yoke 12 is between runs back and forth on the ascending and descending branch; those at the known Establishing possible errors due to the finite width of the hysteresis curve so 'avoided.

Die Einrichtung kann auch derart getroffen werden, .daß der Kompensationsstrom nicht über die den Anker magnetisierende Wicklung 14 geleitet wird, sondern daß nur die Kompensationswicklung i i, die Kontaktvorrichtung 13 und das Anzeigeinstrument 2o im Kompensationskreise liegen. Die Wicklung 14 wird dann an eine besondere Spannungsquelle angeschlossen, de einen konstanten Strom liefert. Gegebenenfalls kann die Wicklung 14 etwa unter Vorschaltung eines Eisenwasserstoffwderstandes parallel zu dem Kompensationskreise an dieselbe Stromquelle angeschlossen werden, welche den Kompensationskreis speist.The device can also be made in such a way that the compensation current is not passed over the armature magnetizing winding 14, but that only the compensation winding i i, the contact device 13 and the display instrument 2o lie in the compensation circle. The winding 14 is then connected to a special voltage source connected, de supplies a constant current. If necessary, the winding 14 with an upstream iron hydrogen resistance parallel to the compensation circuit connected to the same power source that feeds the compensation circuit.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for measuring direct currents, at which is located in an air gap of an iron ring surrounding the current to be measured one equipped with a contact device, the field of the current to be measured the underlying movable soft iron armature is in the field of a special coil, which is also through an auxiliary stream, which through an arranged on the iron ring Compensation winding is conducted, is influenced, characterized by "that the magnitude of the auxiliary current through the continuously operating contact controlled by the armature is regulated in such a way that the opening and closing times are the measure of the Form the size of the auxiliary current, the mean value of which is measured in a display measuring device will.

2. Device according to claim i, characterized in that the fixed Armature winding (14) to a special power source that delivers a constant current connected.

3. Device according to claim i, characterized in that d.aß the fixed armature winding (14) with the compensation winding (ii) in series is switched.