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Gerät zum Messen vorzugsweise starker Gleichströme Die übliche Methode,
zur Messung von Gleichströmen den von dem zu messenden Strom in einem Widerstand
hervorgerufenen Spannungsabfall heranzuziehen, hat den Nachteil, daß der Energieverbrauch
des Widerstandes bei sehr hohen Strömen unzweckmäßig hohe Werte erreicht. Es sind
zur Nitessung hoher Ströme eine Reihe von Vorschlägen bekanntgeworden, die diesen
Nachteil nicht aufweisen. Vorzugsweise ist man dabei den Weg gegangen, einen Eisenkreis
der Magnetisierung durch den zu messenden Gleichstrom auszusetzen. Die Felddichte
in diesem Kreis wird vielfach unmittelbar bestimmt, indem beispielsweise in einer
Unterbrechung des Kreises ein Anker angeordnet ist, dessen EMI( bei konstanter Drehgeschwindigkeit
der Felddichte entspricht und somit in unmittelbarer Beziehung zur Stärke des zu
messenden Stromes steht. Diese Anordnungen haben den Nachteil, daß bei ihnen ein
ständig bewegter Teil verwendet wird.
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Es ist ferner bekannt, die Felddichte in einem solchen Kern zu bestimmen
mit Hilfe eines überlagerten Wechselflusses. Wird nämlich eine den Kern umschließende
Spule z. B. mit einer konstanten Wechselspannung gespeist, dann ändert sich je nach
der Gleichstrommagnetisierung der induktive Widerstand der Spule und somit auch
die in ihm fließende Wechselstromstärke. Man kann somit aus der jeweiligen Stromstärke
des Wechselstromes auf die Intensität der Gleichstrommagnetisierung und damit auf
die Gleichstromstärke zurüclischließen. Diese zuletzt erläuterten Geräte haben den
Vorzug, daß sie keinerlei ständig bewegte Teile aufweisen, dafür müssen aber Meßfehler
mit in Kauf genommen werden, die auch für mäßige Anforderungen an die Meßgenauigkeit
schon zu groß sind.
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Die Meßfehler sind im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß der
magnetische Wechselfluß sich dem magnetischen Gleichfluß überlagert und hierbei
den Gleichstromleiter induziert. Je nach dem Widerstand des Gleichstromkreises,
über den sich die induzierte Nvechselspannungskomponente ausgleicht, ist die Rückwirkung
des dadurch im Gleichstromkreis auftretenden Ausgleichstromes auf den Magnetisierungszustand
des Eisenkreises von Fall zu Fall verschieden, ohne daß es praktisch möglich wäre,
die starken Schwankungen unterliegende Belastung einzueichen.
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Um derartige Rückwirkungen zu unterbinden, sind bereits sog. Kompensationsschaltungen
bekanntgeworden, bei denen die Anordnung der Wicklungen, die Gestaltung des Eisenkörpers
oder beide Maßnahmen so getropfen sind, daß der Wechselfluß im Eisenkern
durch
einen Gegenwechselfluß aufgehoben und damit eine Induktion einer Wechselspannung
im Gleichstromleiter nicht mehr möglich ist. Es ist beispielsweise zu diesem Zweck
eine vierschenklige Drosselspule benutzt worden, wobei die von Wechselstrom erregten
Wicklungen aui den beiden äußeren Schenkeln aufgebracht worden sind, während die
Gleichstromwicklung in Form eines einzigen Leiters zwischen den beiden mittleren
Schenkeln hindurchgeführt ist. Der Strom hat in den Wechselstromwicklungen dieselbe
Richtung so daß die Kraftlinienflüsse in dn beiden mittleren Schenkeln gleichgerichtet
sind und somit keine Induktion in dem Gleichstromleiter auftreten kann.
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Die Meßfehler, die durch die Wechselspannungsinduktion des Gleichstromkreises
entstehen, können mit Sicherheit nur dadurch vermieden werden, daß von vornherein
der Gleichstromleiter überhaupt nicht mehr von einem Wechselfluß beeinflußt werden
kann.
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Die Erfindung betrifft daher ein Gerät zum Messen von vorzugsweise
starken Gleichströmen, bei dem ein den zu messenden Gleichstrom führender Leiter
von einem magnetischen Kreis umfaßt wird, in den ein von Wechselstrom erregter magnetischer
Hilfskreis eingefügt ist, wobei der den Gleichstromleiter umfassende magnetische
Kreis auf einem Teil seiner Länge in zwei den Hilfskreis bildende Zweige aufgespalten
ist, und bei dem erfindungsgemäß die beiden Zweige in magnetischer Symmetrie zu
dem praktisch nur Gleichfluß führenden Teil des magnetischen Kreises angeordnet
sind und der Hilfslireis im Vergleich zu dem gesamten magnetischen Kreis einen kleinen
magneti sehen Widerstand hat.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den
Fig. 1 und 2 dargestellt.
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In der Fig. I ist ein vollständiges Gerät in seinen wesentlichen
Teilen einschließlich Gleichstromleiter gezeichnet, während Fig. 2 lediglich eine
besondere Ausführungsform des den Wechselfluß führenden Teiles des magenetischen
Kreises darstellt.
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Mit I ist der Gleichstromleiter bezeichnet.
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2 ist der den Gleichstromleiter umfassende Eisenkreis. Dieser Kreis
ist auf der einen Seite auf ein kurzes Stück in zwei parallele, symmetrisch zu der
mittleren Ebene des Kreises 2 angeordnete Zweige 3 und 4 aufgeteilt, die im Vergleich
zum Kreis 2 nur einen kleinen magnetischen Widerstand haben. In der Fig. I sind
auf die beiden Zweige 3 und 4 Wechselstromerregerwicklungen 5 und 6 aufgebracht,
die derart in Reihe geschaltet sind, daß der von dem Wechselstrom in den Schenkeln
3 und 4 erzeugte Fluß sich über die diese Schenkel verbindenden Querjoche schließt.
Mit 7 ist die Wechselstromquelle beziechnet, und 8 ist ein Meßinstrument.
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An Hand der Zeichnung ist die Bedeutung der erfindungsgemäßen Anordnung
des vom Wechselstrom erregten magnetischen Kreises 3, 4 ersichtlich. Es läßt sich
so ohne weiteres erreichen, daß praktisch keine der von den Spulen 5 und 6 erzeugten
Kraftlinien über den den Gleichstromleiter 1 umschließenden anderen Kernteil 2 verläuft.
Dabei ist vorausgesetzt, daß die Wicklungen 5 und 6 untereinander gleich sind, so
daß infolge der räumlich symmetrischen Anordnung ein Austritt des Wechselflusses
nicht stattfindet. Aber auch bei Ungleichheit der beiden Wicklungen läßt sich ein
Austritt des Wechselflusses vermeiden, wenn eine magnetische Symmetrierung erfolgt,
die etwa derart vorgenommen werden kann, daß der Anschluß des Hauptkreises aus der
geometrischen Mittellinie heraus in die magnetische Symmetrielinie verschoben wird.
Auch bei einer solchen Anordnung ist sichergestellt, daß der sonst bei Ungleichheit
beider Wicklungen, aber räumlich symmetrischer Anordnung der Kernteile 5 und 6 auftretende
Wechselfluß nicht mit dem Gleichstromleiter r verkettet wird.
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Man kann alle Kernteile aus gleichem Material herstellen. Zweckmäßiger
ist es jedoch, für den lediglich einen Gleichfluß führenden Kernteil nicht unterteiltes
Material zu verwenden, dagegen den auch den Wechselflul; führenden Kernteil aus
geblättertem Material herzustellen. Dabei kann man u. L'. auch insofern noch unterschliedliches
Material benutzen, als für den Kernteil 2 ein Stoff mäßiger magnetischer Leitfähigkeit
verwendet wird, während für den von den Wechselfluß durchsetzten Kernteil ein Material
besonders hoher Anfangspermeabilität benutzt wird. Dadurch läßt sich die Empfindlichkeit
der Meßanordnung erheblich steigern; außerdem wird die Gefahr, daß einzelne von
dem Wechselstrom erzeugte Streukraftlinien über den Kernteil 2 verlaufen, praktisch
vollständig behoben, weil der magnetische Widerstand längs dieser Bahn in diesem
Falle sehr viel höher ist als der der Hilfskreisanordnung selbst.
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Eine andere Ausführungsform ist in der Fig. 2 dargestellt. Dabei
ist im Hilfskreis 3, 4 mit kleinem magnetischen Widerstand durch Einfügen eines
Schenkels 9 für den Wechselfluß ein Mantelkern gebildet worden, dessen mittlerer
Schenkel 9 von einer einzigen Spule 10 umfaßt wird. Diese Anordnung ist insofern
etwas weniger empfindlich. weil ein Teil des den Wechselfluß führenden Eisenkernes,
nämlich der mittlere Schenkel 9, von dem Gleichfluß nicht durchsetzt wird. Sie hat
dafür den Vorteil, daß nur eine einzige Spule
verwendet zu werden
braucht. In dieser Spule können nämlich, weil der sie tragende Schenkel 9 vom Gleichstromfluß
nicht durchsetzt wird, auch Oberwellen, die der Gleichstrom etwa aufweisen sollte,
keine EMK induzieren und somit die Messung nicht störend beeinflussen.
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Die dargestellten und beschriebenen Kernformen zeigen nur einige
der vielen an sich möglichen Ausführungsformell. Sie sind zur Erläuterung des Erfindungsgedankens
deshalb gewählt worden, weil bei ihnen die magnetischen Verhältnisse besonders übersichtlich
sind.
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Man kann zur Ausführung des Erfindungsgegenstandes auch vorhandene
Geräte heranziehen. Wenn man z. B. zwei übliche, symmetrisch ausgebildete kleine
Wandlerkerne zu beiden Seiten des Gleichstromleiters I anordnet und über Querjoche
miteinander so verbindet, daß ein geschlossener Eisenweg für den von dem Gleichstrom
erzeugten Gleichfluß entsteht, dann ergibt sich eine Anordnung, die der gemäß der
Fig. I etwa entspricht, wobei jedoch an Stelle des einen zwei Kreise für zwei voneinander
getrennte Wechselflüsse vorgesehen sind, so daß die Empfindlichkeit der Anordnung
gegenüber einer solchen gemäß Fig. I verdoppelt ist.
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Die Charakteristik der Anzeige kann u. a. durch die Bemessung des
Wechselstromkreises weitgehend beeinflußt werden, indem entweder das Material für
diesen Kreis eine entsprechende Magnetisierungskurve aufweist oder indem der Querschnitt
des Kreises ähnlich wie bei Wandlern Verengungen enthält.
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Die Messung selbst kann in der verschiedensten Weise durchgeführt
werden.
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Man kann z. B. die Wechselspannung konstant halten und die Größe
des Wechselstromes als Maß für die Gleichstromstärke benutzen, Dabei kann man von
der entnommenen Wechselstromstärke abhängige Schwankungen der Wechselspannung mit
in Kauf nehmen und einweichen. Man kann auch die Stromstärke des Wechselstromes
konstant halten und die Klemmenspannung der Wechselstromerregerspule als NIaß für
die Stärke des Gleichstromes verwenden. Man Nilan kann schließlich ohne Konstanthaltung
eines der beiden Werte Wechselspannungs-oderWechselstromstärke einen der beiden
Werte mit einem Instrument (Doppelspuleninstrument) messen, dessen Richtkraft von
dem anderen der beiden Werte derart abhängig ist, daß die Schwankungen des anderen
Wertes in ihrer Einwirkung auf das Meßergebnis liompensiert werden, Auch die Verwendung
eines wattmetrischen WIeßgerätes oder einer Brükkenschaltung ist an sich möglich.
Selbstverständlich können die Meßergebnisse sowohl angezeigt als auch registriert
werden.