DE711483C - Einrichtung zur Strommessung im Kurzwellengebiet - Google Patents

Einrichtung zur Strommessung im Kurzwellengebiet

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DE711483C
DE711483C DES127695D DES0127695D DE711483C DE 711483 C DE711483 C DE 711483C DE S127695 D DES127695 D DE S127695D DE S0127695 D DES0127695 D DE S0127695D DE 711483 C DE711483 C DE 711483C
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DE
Germany
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current
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measurement
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Expired
Application number
DES127695D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Josef Stanek
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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Siemens and Halske AG
Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
    • G01R19/225Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc by means of thermocouples or other heat sensitive elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core

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Description

  • Einrichtung zur Strommessung im Kurzwellengebiet Bei Strommessungen im Kurzwellengebiet macht sich die Erscheinung der Stromverdrängung in den von den Hochfrequenzströmen durchflossenen Leitern störend bemerkbar. Zum Messen derartiger Ströme werden in der Regel Thermoumformer benutzt. Da die Stromverdrängung in sehr erheblichem Maße von der Höhe der Frequenz abhängig ist, so wird die Messung in diesem Fall stark frequenz- und kurvenformlabhängig, und zwar um -so mehr, je größer die zu messende Stromstärke ist.
  • Außerdem ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Energieverlust und infolgedessen eine ungünstig hohe Erwärmung der Anschlußteile des Heizdrahtes, deren störender Einfluß auf die Messung nur noch schwierig zu kompensieren ist. Infolgedessen ist die Höhe des Nennstromes des Umformers bei Messungen im Kurzwellengebiet stark begrenzt.
  • Auch wenn man an Stelle eines Thermoumformers eine Diode verwendet, ergeben sich ähnliche Verhältnisse, die ja in diesem Falle der Spannungsabfall in einem von dem zu messenden Strom durchflossenen Widerstand gemessen wird.
  • Nach dem Vorstehenden ist der durch Stromverdrängung bedingte Meßfehler sowohl frequenz- als auch stromabhängig. Man ist also, will man bei vorgegebener Frequenz-oder Wellenlänge eine bestimmte Anzeigegenauigkeit innehalten, hinsichtlich der zulässigen Nennstromstärke begrenzt. Als Faustregel hat sich dabei ergeben, daß bei einer Anzeigegenauigkeit von 5 O/o die Wellenlänge des zu messenden Stromes den vierfachen Nennstrom nicht unterschreiten darf.
  • Für Ultrakurzwellen liegt der zulässige Nennstrom somit sehr niedrig. Bei einer Wellenlänge von 2 m kann man infolgedessen höchstens einen Strom von 0,5 A mittels eines Thermoumformers messen, wenn man einen Nleßfehler von 5 0/o zulassen will. Für genauere Messungen muß man sich auf entt sprechend geringere Ströme besehränkedn also z. B. bei I O/o Meßfehler auf 0,I A. " Man ist deshalb genötigt, Stromwandler;. zu benutzen, wenn größere Stromstärken gemessen werden sollen. Handelt es sich z.B. um die Messung eines Hochfrequenzstromes von 10 A bei einer Wellenlänge von 2 m, so müßte ein Stromwandler mit einem Übersetzungsverhältnis von 1 : 100 vorgesehen werden, um eine Nennstromstärke von 0,I A für den Heizdraht des Thermoumformers zu erhalten. Dabei ergeben sich aber folgende Ubelstände: je höher das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers ist. desto größer wird die Ävindungszahl seiner Sekundärwicklung.
  • Nun steigt bekanntlich der induktive Widerstand einer Transformatorwicklung mit dem Quadrat der Windungszahl. Infolgedessen steigt auch die Sekundärspannung des Stromwandlers, und um so mehr, je höher die Frequenz ist. Um so höher muß aber auch der magnetische Fluß im Eisen gewählt werden, was wieder eine Erhöhung der Eisenverluste zur Folge hat. Hinzu tritt noch der Umstand. daß sich bei einer zu hohen Sekundärspannung oder einem zu hohen Cbersetzungsverhältnis erhebliche und deshalb schädliche kapazitive Verschiebungsströme innerhalb der Sekundärwicklung ausbilden können.
  • Mit Rücksicht auf die Stromverdrängung muß der Primärleiter des Stroiuwandlers als dünnwandiges Rohr von verhältnismäßig großem Durchmesser hergestellt werden.
  • Wenn man nun den Stromwandler als Einleiterringwandler ausführt, so erhält der Eisenring ebenfalls einen verhältnismäßig großen Durchmesser und einen entsprechenden Ouerschnitt, so daß sich bei z. B. loo Sekundärwicklungen, entsprechend einem Ubersetzungsverhältnis 1 : 100, eine erheblich gestreckte Länge der Sekundärwicklung ergibt. In diesem Fall kann der quasi stationäre Zustand längs der Sekundärwicklung aufgehoben werden. Es kommt nämlich bei der Strommessung darauf an, daß an den beiden Wicklungspunkten, zwischen denen gemessen wird, der nämliche Sdnvingungszustand herrscht. Dies ist nicht mehr gewährleistet, wenn die Länge der Sekundänviclilung so groß ist, daß sich längs ihr merkliche Teile einer Hochfrequenzwelle ausbilden können. Die Messung wird daher undefiniert.
  • Es ist nun bereits zur Messung von Hochfrequenzströmen ein Stromwandler vorgeschlagen worden, bei dem der Primärleiter parallel zu einer Kante eines sekundären kerufreien Leiterquadrats verläuft. Seine Frequenzunabhängigkeit ist nur dann ge-, 1vRhrt, wenn der Ohmsche Widerstand der Sekundärseite vernachlässigbar klein gegen deren Blindwiderstand ist. Dieser Strom wandler krankt nicht nur an dem überstand eines sehr geringen Kopplungsfaktors, sondern auch am Auftreten erheblicher kapazitiver Verschiebungsströme.
  • Das vorstehend geschilderte Problem wird erfindungsgemäß durch die Verwendung mehrerer Einleiterwandler in Kaskadenschaltung gelöst.
  • Es können auf diese Weise nicht nur die Frequenzunabhängigkeit besser gewahrt, sondern auch der Kopplungsfaktor erheblich erhöht sowie Verluste und kapazitive Verschiebungsströme beträchtlich abgesenkt werden. Gleichzeitig ist der Tatsache Rechnung getragen, daß der Skineffekt den maximal zulässigen Nennstrom des im Ausgang der Sekundärwicklung liegenden Thermoumformers in Abhängigkeit von der Frequenz begrenzt.
  • Stromwandler in Kaskadenschaltung sind an sich zwar bekannt. Sie wurden bisher aber nur bei Hochspannungsanlagen zur Kraft- und Lichtversorgung benutzt, wenn die Bewältigung des gesamten Potentialgefälles in einem einzigen Gerät unwirtschaftlich oder unmöglich wird. Dadurch wird die schwierige Aufgabe der Isolierung gewissermaßen in mehrere einfache Teilaufgaben zerlegt. Diese Gesichtspunkte sind aber bei Strommessungen auf dem Kurzv.-ellengebict nicht von Bedeutung, und es war daher nicht ohne weiteres zu sehen, daß auf iticsem Sondergebiet die Verwendung einer Kaskadenschaltung von Stromwandlern einen auf einer neuen Erkenntnis beruhenden technischen Fortschritt bedeutet.
  • Wenn das gesamte Übersetzungsverhältnis mit Ü und die übersetzungsverhältnisse der einzelnen in Kaskade geschalteten Stromwandler mit ttt, Ü . . . bezeichnet werden, so ist Ü ttl, tS2- . .. Dabei würde es zunächst naheliegend erscheinen, Ü1 = Ü2 = ... zu wählen. Es hat sich aber gezeigt, daß eine ungleiche Aufteilung des gesamten Übersetzungsverhältnisses in der Weise vorzuziehen ist, daß die Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stromwandler nach der Seite des Meßgerätes hin größere Werte aufweisen.
  • Dies ergibt sich aus der Tatsache, daß die Abmessungen der Wandler sich im wesentlichen nach der Größe der jeweiligen primären Stromstärke richten. Die Schwierigkeiten werden deshalb um so geringer, je weiter der Wandler nach der Seite des Meßgerätes liegt, so daß man hier das Übersetzungsverhältnis höher wählen kann. Im übrigen empfiehlt es sich, die Wandler so zu bemessen, daß die Länge der ausgestreckt gedachten Sekundärwicklung in jedem Fall kleiner als die halbe Wellenlänge ist.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.
  • Dabei ist angenommen, daß es sich um die Messung eines Stromes von 10 A bei einer Wellenlänge von'z m handelt und die Stromstärke in dem Heizdraht des zur Anzeige benutzten Thermoumformers 0,1 A betragen soll. Das sich somit ergebende Gesamtübersetzungsverhältnis von 1 : 100 ist nun in zwei Stufen so aufgeteilt, daß der zum Speisen des Heizdrahtes dienende Stromwandler ein Übersetzungsverhähnis von 1 : 20 und der vorhergehende Stromwandler ein solches von 1 : 5 aufweist.
  • Der zu messende Strom von 10 A fließt in einem rohrförmigen Leiter I von entsprechend großem Durchmesser, der von einem Ringkern 2 aus magnetisierbarem Werkstoff umgehen ist. Dieser trägt eine Sekundärwicklung von fünf Windungen eines Leiters 3, dessen Querschnitt der Sekundärstromstärke von 2 A angepaßt ist. Der -Leiter 3 bildet gleichzeitig den Primärleiter eines zweiten Ringkernwandlers, dessen zwanzig Windungen umfassende Sekundärwicklung 4 zum Speisen eines Heizleiters 5 dient. Mit dem Heizleiter ist in der üblichen Weise ein Thermoelement 5 verbunden, an das ein Gleichstrommeßgerät besonders angeschlossen ist.
  • Infolge der gewählten Aufteilung des Ühersetzungsverhältnisses ist es möglich, den Hochfrequenzstrom mittels des Thermoumformermeßgerätes 5, 6 genau zu messen und die durch die Stromverdrängung bedingten Übelstände soweit als möglich zu vermeiden. Insbesondere kann man die Stromwandler so bemessen, daß die Länge der gestreckt gedachten Sekun,därwicklung bei beiden Stromwandlern wesentlich kleiner als im ist, so daß sich keine stehenden Wellen ausbilden können. Gegebenenfalls können iuch mehr als zwei Stromwandler in Kaskadenschaltung verwendet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Strommessung im I(urzwellengebiet unter Benutzung von Stromwandlern, gekennzeichnet durch die Verwendung mehrerer Einleiterstrom-- wandler in Kaskadenschaltung.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzungsverhältnisse der einzelnen Stromwandler nach der Seite des Meßgerätes hin größere Werte aufweisen.
  3. 3 Einrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgestreckt gedachte Länge der Sekundärwicklung bei sämtlichen Wandlern kleiner als die halbe Wellenlänge ist
DES127695D 1937-06-20 1937-06-20 Einrichtung zur Strommessung im Kurzwellengebiet Expired DE711483C (de)

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DE711483C true DE711483C (de) 1941-10-01

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DE (1) DE711483C (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994028429A1 (fr) * 1993-06-01 1994-12-08 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Procede et dispositif pour la mesure de composantes dynamiques d'un courant electrique en presence d'une composante continue

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994028429A1 (fr) * 1993-06-01 1994-12-08 Liaisons Electroniques-Mecaniques Lem S.A. Procede et dispositif pour la mesure de composantes dynamiques d'un courant electrique en presence d'une composante continue
FR2706040A1 (fr) * 1993-06-01 1994-12-09 Lem Procédé de mesure de courant et dispositif mettant en Óoeuvre ce procédé.

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