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Stromwandler mit zwei Eisenkernen von praktisch gleich großer Eisenweglänge,
deren Primärwicklungen und deren Sekundärwicklungen je hintereinandergeschaltet
sind Die Erfindung betrifft einen Stromwandler mit zwei Eisenkernen von praktisch
gleich großer Eisenweglänge, deren Primärwicklungen und deren Sekundärwicklungen
je hintereinandergeschaltet sind und bei denen das Verhältnis zwischen primären
und sekundären Amperewindungen um so viel von einem -mittleren Verhältnis abweicht,
daß in den beiden Kernhälften Flüsse in entgegengesetzter Richtung und in jeder
der beiden Sekundärwicklungen eine Spannung vom mehrfachen Betrag der Spannung an
der Bürde induziert werden.
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Bei den bekannten Stromwandlern dieser Art weichen die primären oder
vorzugsweise die sekundären Windungszahlen auf den beiden Kernen um den gleichen
Betrag von ihrer mittleren Windungszahl, welche angenähert dem theoretischen übersetzungsverhältnis
entspricht, in entgegengesetztem. Sinne ab. Hierdurch soll erreicht werden, daß
in dem Kernmaterial des Wandlers die .für die Höhe der Penneabilität maßgebende
magnetische Induktion gegenüber der eigentlichen, durch die angeschlossene Bürde
bedingten, durch überlagerte, in den Kernhälften entgegengesetzt gerichtete Flüsse
auf den Betrag gebracht wird, bei der das Kernmaterial seine höchste Permeabilität
erreicht. Die Einstellung des gewünschten Arbeitsbereiches auf der Permeabilitätskurve
erfolgt dabei durch die Zahl der Windungen, izm die die Windungszahl der Kernhälften
von dem Mittelwert abweicht. Da diese Zahl aber bei den praktisch vorkommenden Verhältnissen
nur wenige Windungen ausmacht, kann auf diese Weise lediglich eine grobstufige Einstellung
vorgenommen werden.-Erfindungsgemäß sind nun auf den beiden Kernhälften in bezug
auf die induzierten Spannungen in Reihe geschaltete und über eine vorzugsweise einstellbare
Impedanz geschlossene Kompensationswicklungen vorgesehen, deren Strom der durch
die vom Mittelwert abweichende Windungszahl bewirkten zusätzlichen Magnetisierung
der Kernteile entgegenwirkt. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Arbeitsgebiet
auf der Magnetisierungskurve auf einen gewünschten, für die Meßgenauigkeit günstigsten
Bereich stufenlos eingestellt bzw. begrenzt wenden kann. Denkt man sich diese Kompensationswicklungen
nämlich kurzgeschlossen, so werden die durch die verschiedenen Windungszahlen in
den beiden Kernen hervorgerufenen zusätzlichen Flüsse
aufgehoben
(gleiche Windungszahl der Kompensations-,v icklungen sowie gleiche Kernquerschnitte
vorausgesetzt), und der Wandler arbeitet so, als hätten beide Kerne die mittlere
sekundäre Windungszabl. Da andererseits bei Fortfall der Impedanz selbstverständlich
keine Wirkung der Kompensationswicklung vorhanden ist, so läßt sich durch entsprechende
Einstellung dieser Impedanz jeder beliebige Zustand zwischen diesen beiden Grenzfällen
herstellen. Man wählt also jetzt die Windungszahlen der Kernhälften so, daß die
Zusatzflüsse zunächst in bezug auf das gewünschte Arbeitsgebiet zu groß werden und
erreicht dann durch entsprechende Einstellung der Impedanz eine Zurückführung dieser
Zusatzflüsse auf das gewünschte Maß. Dabei ergibt sich als weiterer Vorteil, daß
diese Änderung ohne Eingriff in den Wandleraufbau bei der Eichung im Prüffelde erfolgen
kann.
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Man wird die Einstellung min so vornehmen, daß bei mittleren Primärströmen
der Wandler im Permeabilitätsmaximum und damit bei größeren Strömen oberhalb sowie
bei kleineren Strömen unterhalb dieses Maximums arbeitet, wodurch die Schwankungen
der Permeabilität innerhalb des Arbeitsbereiches möglichst klein sind.
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Eine weitere Einschränkung der Permeabilitätsschwankungen und damit
der Fehlerschwankungen mit dein Strom läßt sich nun noch dadurch erzielen, daß bei
kleinen Primärströmen die schwächende Wirkung der 1,zompensations-,vicklungen besonders
gering gehalten wird und diese Wicklungen andererseits bei großen Primärströmen
eine größere Kompensationswirkung ausüben, indem nämlich die Impedanz strom- bzw.
spannungsabhängig gemacht wird, derart, daß bei kleinen Strömen die Impedanz groß
und bei großen Strömen klein ist.
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Bekannt sind Wandler, bei denen, abgesehen vom Primärleiter, ein Stromkreis
zwei Kernteile gleichsinnig mit verschiedenen Windungszahlen und ein anderer Stromkreis
die Kernteile gegensinnig umscbließt, wobei der erstgenannte Stromkreis über eine
besondere Impedanz, der andere über die -Nutzbürde geschlossen ist. Hierbei handelt
es sich um eine Differenzschaltung zweier Wandler, die mit an sich beliebigen, aber
gleich großen Fehlern behaftet sind, so daß bei der Differenzbildung diese Fehler
herausfallen. Vertauscht man nun die Impedanz und die Nutzbürde, wie dies in dem
bekannten Fall möglich ist, so entsteht zwar eine Schaltung, die der anmeldungsgemäßen
äußerlich gleicht. Infolge der besonderen Bemessung der einzelnen Teile arbeitet
ein solcher Wandler jedoch völlig anders, und zwar ebenfalls im Sinne einer Differenzbildung.
Dem einen Wandler wird nämlich durch den zweiten Wandler galvanisch oder induktiv
die Spannung bzw. Leistung zugeführt, welche für die Nutzbürde aufzubringen ist,
da angestrebt wird, den erstgenannten Wandler praktisch von seiner Bürde zu entlasten
und damit bei einer bestimmten Bürde, nach der die Hilfsbürde zu bemessen ist, kleine
Fehler zu erzielen. Es fehlt also das für den erfindungsgemäßen Wandler wesentliche
Kennzeichen, daß in den Teilkernen im wesentlichen gleich große, entgegengesetzt
gerichtete magnetische Flüsse vorhanden sind, deren Grpße außerdem zur Einstellung
des gewünschten Arbeitsbereiches auf der Permeabilitätskurve durch Kompensationswicklungen
stufenlos regelbar ist.
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In den Abbildungen der Zeizhnung sind Ausführungsbeispiele der Erfi:idung
dargestellt. In Abb. r ist a die vom Strom J1 durchflossene Primärwicklung (als
einzelner Leiter gezeichnet). Sie durchsetzt die beiden Kernhälften b und c, auf
denen die beiden hintereinandergeschalteten und mit verschiedenerWindungszahl ausgeführten
Sekund'-ärwicklungen d' und d" sitzen, welche vom Sekundärstrom J2
durchflossen und mit der äußeren Bürde e belastet sind. Um die Einstellung des gewünschten
Arbeitsgebietes vornehmen zu können, ist auf die beiden Kernhälften je eine Kompensationswicklung
f', f"
aufgebracht, welche jene im entgegengesetzten Sinne umschlingen und
mit dem Widerstand bzw. der Impedanz g belastet sind. Durch die beiden Teilflüsse
0' und 0" wird in den Kompensationswicklungen eine Spannung induziert, die einen
vom Widerstand g abhängigen Kompensationsstrom Jk zur Folge hat und somit eine zusätzliche
Erregung der beiden Eisenkerne liefert, die der ursprünglichen entgegenwirkt. Durch
geeignete Wahl des Widerstandes g kann man dann in einfacher Weise erreichen, daß
das Arbeitsgebiet des Wandlers im Bereich des Permeabilitätsmaximums unter Berücksichtigung
der zugelassenen Fehlergrenzen liegt. Indem man den Widerstand g außerdem strom-
bzw. spannungsabhängig macht, hat man ferner die Möglichkeit, durch stärkere Verschiedenheit
der Windungszahlen der beiden sekundären Wicklungen auch bei kleinem Primärstrom
eine ausreichende Erregung zu erhalten, während im Bereich großer Primärströme ein
übermäßiges Ansteigen der Erregung durch die Kompensationswicklung vermieden wird.
Man erreicht also, daß auch bei großen Schwankungen des Primärstromes die Induktion
und mithin die Fehler des Wandlers nur verhältnismäßig wenig schwanken. Diese verbleibenden
praktisch konstanten Fehler können dann in an sich bekannter
Weise,
etwa durch Abwickeln von Sekundärwindungen oder durch Vorschalten einer Drossel
vor die Bürde, entweder im Wandler selbst oder in den anzuschließenden Instrumenten
abgeglichen werden.
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An Stelle spannungsabhängiger Widerstände kann man den Kompensationskreis
auch mit einer gesättigten Eisendrossel belasten oder mit einer Kombination von
beiden, wodurch man eine weitgehende Unabhängigkeit der Fehler von der Phasenlage
der an die Sekundärwicklung angeschlossenen Bürde erreicht.
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Abb.2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die eine Hälfte
der Sekundärwicklung (zweckmäßig die mit der größeren Windungszahl) gleichzeitig
als Kompensationswicklung dient. Zu diesem Zweck wird an die Sekundär@vicl;lung
d' des einen Kernes b, parallel zur Sekundärwicklung d"
auf :dem anderen
Kern c, :die Kompensation f" dieses zweiten Kernes c so angeschlossen, d.aß beide
im entgegengesetzten Sinne vom Kompensationsstrom 11, durchflossen werden.
Diese Ausführungsform wird sich besonders dort als vorteilhaft erweisen, wo es sich
um Wandler mit hoher Amperewindungszahl handelt.