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Einrichtung zur Messung, Uberwachung oder Umformung von Gleichströmen
oder -spannungen Es ist bekannt, Gleichströme oder -spannungen dadurch zu messen,
zu überwachen oder umzuformen, daß sie zur Einwirkung auf die Ferroinduktivität
eines Wechselstromkreises gebracht werden. Die dabei auftretenden Induktivitätsänderungen
werden mittelbar oder unmittelbar beobachtet bzw. der Regelung eines weiteren Gleichstromes
dienstbar gemacht.
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Die Erfindung hat eine wesentliche Verbesserung dieser Einrichtungen
zum Ziel und besteht in der additiven oder subtraktiven Einführung einer mit dem
Gleichstrom oder der GIeichspannung (Gleichstromgröße) annähernd proportional zu-
oder abnehmenden Hilfswechselspannung in den Wechselstromkreis. Dies kann beispieIsweise
dadurch erfolgen, daß die Hilfswechselspannung in gleich- oder gegensinniger Reihenschaltung
mit der Speisespannungsquelle (Hauptspannungsquelle) des Wechselstromkreises verbunden
wird. An die Stelle der Hilfswechselspannung kann auch eine dem zu messenden Gleichstrom
annähernd proportionale Steuerung der Speisespannung des Wechselstromkreises treten.
Auf diese Weise wird verhindert, daß mit steigenden Werten des zu messenden Gleichstromes
sich der Arbeitsbereich auf den Wechselstromspaunungskennlinien der Ferroinduktivität
nach Gebieten verlagert, für die eine starke Abhängigkeit von der Speisespannung
des Wechselstromkreises kennzeichnend ist. Durch Schwankungen der Speisewechselspannung
hervorgerufene negative Ubersetzungsfehler werden also wesentlich verringert.
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Insbesondere erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung die Anwendung
der mit einfachen Mitteln herzustellenden Kernmaterialien von schwachem Sättigungsknick.
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Im Gegensatz dazu ist es Aufgabe einer bekannten Anordnung, welche
ebenfalls einen Gleichstromwandler mit einem vom primären Gleichstromkreis beeinflußten
Hilfswechselstromkreis aufweist, den Leerlaufstrom zu kompensieren. Zu diesem Zweck
ist hier ein unter Umständen vom primären Gleichstrom abhängiger
Korrekturstrom
gegensinnig in den Meßstromkreis eingefügt, der den bei kleinen Primärströmen besonders
störenden Leerlaufstrom aufhebt. Die Erfindung setzt demgegenüber additiv oder subtraktiv
Korrekturspannungen zu, welche eine Verlagerung des Arbeitspunktes bei größeren
Werten des primären Gleichstromes ganz oder teilweise verhindern, so daß Schwankungen
der Hilfswechselspannungen sich nicht mehr ungünstig auswirken können.
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In einfachster Weise kann die Steuerung der Hilfs- oder der Hauptwechselspannung
durch eine Gleichstromgröße erfolgen, die dem Stromkreis der zu messenden Gleichstromgröße
zu entnehmen ist. Zieht man jedoch zur Steuerung der Hilfs- oder der Hauptwechselspannung
eine Gleichstromgröße heran, die über Gleichrichter dem Wechselstromkreis entnommen
wird, so gelangt man damit zur Einsparung eines wesentlichen Materialaufwandes,
der im anderen Falle durch die direkte Entnahme der Gleichstromgröße bedingt ist.
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In Fortführung des Erfindungsgedankens ist die dem Stromkreis der
zu messenden Gleichstromgröße oder dem Wechselstromkreis über Gleichrichter entnommene
Gleichstromgröße einer weiteren Induktivität so zugeführt, daß sie über deren Scheinwiderstand
die Hilfswechse -spannung steuert. Zweckmäßig wird man diels dergestalt durchführen,
daß die Steuergröße der einen Wicklung eines Transformators zugeleitet wird, dessen
zweite Wicklung über einen Ohmschen Widerstand an der Hauptwechselspannung liegt,
während seine dritte Wicklung in gegensinniger Reihenschaltung an die Sekundärwicklung
eines weiteren primärseitig von der Hauptwechselspannung gespeisten und sekundärseitig
im Wechselstromkreis der Ferroinduktivität gelegenen Transformators angeschlossen
ist.
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Zu einem wesentlich einfacheren Aufbau der erfindungsgemäßen Einrichtung
gelangt man, wenn die Steuergröße auf die dritte Wicklung eines den Wechselstromkreis
der zu beeinflussenden Ferroinduktivität speisenden Transformators gegeben wird,
der primärseitig über einen Widerstand mit negativer Stromabhängigkeit an die Hauptwechselspannung
anzuschließen ist.
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Als Beispiel derartiger Widerstände seien die bekannten Urdox-Widerstände
und jene bekannten Eisenwasserstoffwiderstände erwähnt, bei denen eine Eisendrahtspirale
in einer Wasserstoffatmosphäre angeordnet ist.
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Liegt als Einrichtung zur Messung von Gleichströmen oder -spannungen
ein Gleichstromumformer vor, bei dem der Leiter des zu messenden oder umzuformenden
Gleichstromes in einer oder mehreren Windungen durch zwei Ringkerne geführt ist,
deren mit entgegengesetztem Wicklungssinn aufgebrachte Sekundärwicklungen in Parallel-
oder gegensinniger Reihenschaltung in einen Wechselstromkreis geschaltet sind, so
kann man in besonders einfacher Weise einen dritten Ringkern über den erwähnten
Gleichstromleiter schieben und mit zwei weiteren Wicklungen ausrüsten. Von denen
ist die eine in den Wechselstrommeßkreis zu legen, während die zweite über einen
Ohmschen Widerstand an die Primärwicklung des den Wechselstromkreis speisenden Transformators
oder unter Fortfall des letzteren an die Hauptwechselspannungsquelle über einen
Widerstand mit negativer Stromabhängigkeit anzuschließen ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an einer Reihe von Ausführungsbeispielen
schematisch veranschaulicht. Da es sich nur um Ausführungsformen handelt, ist die
Erfindung als solche nicht auf diese beschränkt.
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Allen Ausführungsbeispielen liegt der eben näher beschriebene Gleichstromumformer
zugrunde. Es sind der Leiter des zu messenden oder umzuformenden Gleichstromes mit
I und die von ihm durchsetzten zwei Ringkerne mit 2 und 3 bezeichnet. Jeder Kern
trägt außerdem eine in einenWechselstrommeßkreis 4 eingeschaltete Sekundärwicklung
5 bzw. 6. Sie sind mit entgegengesetztem Wicklungssinn auf die Ringkerne 2 und 3
aufgebracht und untereinander in gegensinniger Reihenschaltung verbunden.
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Im Wechselstrommeßkreis 4 liegt außerdem das Meßinstrument 7. Gespeist
ist er in sämtlichen Ausführungsbeispielen aus einem an das Wechselstromnetz über
die Klemmen 8 und 9 angeschlossenen Niederspannungstransformator 10.
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In den Fig. I und 2 ist ferner mit II ein Dreiwicklungstransformator
bezeichnet, der mit der einen Wicklung I2 in Fig. I an die Ausgangsklemmen eines
Doppelweggleichrichters I3, in Fig. 2 an den den zu messenden Strom führenden Leiter
angeschlossen ist. Der in Fig. I wiedergegebene Doppelweggleichrichter I3 liegt
ebenso wie in der Fig. 4 im Wechselstrommeßkreis 4.
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Die zweite Wicklung 14 des Transformators II ist in Reihenschaltung
mit dem Gleichrichter I3 und der Wicklung 15 des den Wechselstrommeßkreis speisenden
Transformators 10 bzw. allein mit der Wicklung 15 des Speisetransformators 10 verbunden.
Seine dritte Wicklung 16 ist über einen Ohmschen Widerstand I7 an die Primärseite
des Speisetransformators 10 angeschlossen.
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Es bedeutet ferner in der Fig. 3 wie auch in der Fig. 6 I8 einen
weiteren Ringkern, der über den Leiter I des zu messenden Gleichstromes geschoben
ist und zwei Sekundärwicklungen 19, 20 bzw. I5, 21 trägt. Von diesen sind die Wicklungen
20 und 15 an den Wechselstrommeßkreis 4, die Wicklung 19 über den Ohmschen Widerstand
22 und die Wicklung 21 über einen Widerstand 23 mit negativer Stromabhängigkeit
an die Primärseite des den Wechselstrommeßkreis speisenden Transformators 10 angeschlossen.
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In den Fig. 4 bis 6 ist der bisherige Steuertransformator 11 bzw.
der aus dem Leiter I, dem Ringkern I8 und den Wicklungen I9, 20 bestehende Steuertransformator
eingespart. Die Steuerinduktivität ist hier mit dem Speisetransformator 10 des Wechselstrommeßkreises
4 vereinigt. Die Schaltungen nach den Fig. 4 und 5 unterscheiden sich darin voneinander,
daß dem Transformator 10 einmal die steuernde Gleichstromgröße über einen Doppelweggleichrichter
I3 und ein anderes Mal vom Leiter I des zu messenden Stromes direkt zugeführt ist.
In beiden Fällen liegt im Primärkreis des Transformators 10 ein Widerstand 23 mit
negativer Stromabhängigkeit. In Fig. 6 erfolgt in raumersparender Maßnahme die Speisung
des Wechselstrommeßkreises 4 über einen Ringkernniederspannungstransformator 10.
Auch hier ist die Primärwicklung 21 über einen Widerstand 23 mit negativer Stromabhängigkeit
an das Wechselstromnetz und die Wicklung 25 an den Wechselstrommeßkreis 4 angeschlossen.
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Hinsichtlich der Wirkungsweise ist folgendes zu bemerken: Bei der
Anordnung nach der Fig. I erhöht sich mit steigendem Gleichstrom des Leiters I der
Leerlaufstrom des Transformators II. Dies kommt dadurch zustande, daß der im Meßstromkreis
4 fließende Wechselstrom vom primären Gleichstrom im Leiter I abhängig ist und sich
dementsprechend ändert. Diese Änderungen wirken sich über die Gleichrichterschaltung
I3 auf den Transformator 11 derart aus, daß über die Wicklung 12 Gleichstrom -fließt,
welcher den Kern des Transformators II vormagnetisiert und dadurch dessen Leerlaufstrom
ändert. Da der in der Wicklung 12 fließende Gleichstrom nun seinerseits abhängig
ist von der Größe des Meßstromes, so ist auch der Leerlaufstrom im Transformator
II abhängig vom Meßstrom. Da nun der Ohmsche Widerstand 17 konstant bleibt, so muß
bei steigendem Leerlaufstrom der Spannungsabfall am Widerstand I7 steigen und der
an der Wicklung I6 fallen. Es nimmt also die an der Wicklung 14 herrschende, durch
die Wicklung I6 induzierte Spannung mit steigendem, den Leiter I durchfließendem
Gleichstrom ab. Folglich muß, da die Wicklung 14 in gegensinniger Reihenschaltungtmit
der Sekundärwicklung 15 des Niederspannungstransformators 10 verbunden ist, die
den Wechselstrommeßkreis 4 speisende Gesamtspannung zunehmen. Die steigende Gesamtspeisespannung
des Wechselstrommeßkreises 4 bewirkt aber, daß im Wechselspannung-Wechselstrom-Kurvendiagramm
des aus dem Leiter I, den Ringkernen 2 und 3 sowie den Wicklungen 5 und 6 bestehenden
Gleichstromwandlers der Arbeitspunkt stets im linearen Gebiet der eben genannten
Kennlinien zu liegen kommt. Damit ist dafür gesorgt, daß Schwankungen der Netzwechselspannung
sich auf die Gleichstrommessung nicht mehr auswirken können. Die Wirkungsweise der
in Fig. 2 dargestellten Anordnung ist genau die gleiche. Ihr Unterschied zu der
in Fig. 1 wiedergegebenen Einrichtung besteht lediglich darin, daß die den Leerlaufstrom
des Transformators II steuernde Gleichstromgröße unmittelbar dem Leiter I entnommen
ist. Ähnliches gilt auch für die Anordnung nach Fig. 3.
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Nur ist hier anode Stelle des als Steuerinduktivität dienenden Transformators
II der beiden Schaltungen nach den Fig. I und 2 der Transformator mit dem Ringkern
I8, dem Primärleiter I und den beiden Wechselstromwicklungen 19 und zo getreten.
Bei den Anordnungen nach den Fig. 4 und 5 erhöht sich mit ansteigendem, zu messendem
Gleichstrom der Leerlaufstrom des hier mit drei Wicklungen ausgerüsteten Speisetransformators
IO des Wechselstrommeßkreises.
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Die Folge ist ein verminderter Spannungsabfall am stromabhängigenWiderstand
23 und ein erhöhter Spannungsabfall an der Primärwicklung 24. In weiterer Folgte
wird damit auch der Spannungsabfall an der Sekundärwicklung 15 des Niederspannungstransformators
IO erhöht.
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Die Wirkung auf den Arbeitsbereich des aus dem Leiter 1, den beiden
Ringkernen 2 und 3 sowie den Wicklungen 5 und 6 bestehenden Gleichstrommeßwandlers
ist die gleiche wie oben. In Fig. 6 ist wiederum in raumersparender Weise der Niederspannungstransformator
IO der Anordnung nach den Fig. 4 und 5 mit dem Ausgangsgleichstrommeßwandler vereinigt.
Die Wirkung ist auch hier die, daß mit steigendem Strom im Leiter I der Leerlaufstrom
im an die Wicklung 2I angeschlossenen Kreis und damit der Spannungsabfall an den
Wicklungen 2I wie I5 steigt.