DE7808564U1 - Eisenloser stromwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine eisenlose Stromwandleranordnung.

Der zunehmende Einsatz elektronischer Meßeinrichtungen in der Starkstromtechnik und der Energieversorgung, sowie auch der Einsatz von Regeleinrichtungen, bei denen große Ströme zu messen sind, hat zu einem großen Bedarf an hochgenauen Btrorawandlern geführt, die einen großen Meßbereich aufweisen, ebenso wie geringe Abmessungen und niedriges Gewicht, und die kostengünstig gefertigt werden können.

Herkömmliche Stromwandler, mit Kernen aus ferroraagnetischen Werkstoffen und mit einer Primär- und einer Sekundärwicklung, gestatten nicht die oben ausgeführten Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen.

Andererseits sind Stromwandler ohne ferromagnetischen Kern, die als "eisenlose" Stromwandler bezeichnet werden, für den Aufbau von Wandlern mit den geforderten Eigenschaften gxundeätzlich insofern geeignet, als störende Nichtlinearitäten aufgrund der Kennwerte ferromagnetischer Werkstoffe, mit Öem entsprechenden höheren Gewicht^ entfallen. Der bisherigen Yerwendung in der Starkstrom-Meßtechnik standen jedoch bisher die folgenden Nachteile entgegen!

(a) Zur Aufrechterhaltung der linearen Abhängigkeit der Sekundärgröße von der Primärgröße darf ein eisenloser Wandler nicht belastet werden. Da Strorameßwandler stets eine gewisse Bürdeleistung aufbringen mußten, waren sie in eisenloser Ausführung nicht herstellbar.

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(b) Eisenlose Meßwandler waren bisher höchstens als Strom- Spannung swandler ausführbar. Dabei wiesen sie jedoch den erheblichen Nachteil auf, daß die Spannung auf der Sekundärseite um 90° gegen den Strom auf der Priraärseite verschoben und ferner verzerrt war.

Auch in der Anwendung im Bereich der Energieversorgung sind bisher die bekannten Stromwandleranordnungen den Anforderungen, insbesondere bei Elektrizitätsmengenzählern oder Kilowattstundenzählern in der Porm einfacher Verrechnungsgeräte nur bedingt gerecht geworden. Einfache Stromwandleranordnungen, die keinen Kompensations- oder Regelkreis aufweisen und bis zu Strömen von maximal 100 A einsetzbar sind, nehmen bei der geforderten Linearität, im Stromvariationsbereich im Verhältnis von 1:200, bereits derart große Abmessungen an, daß ihr Einsatz in den obigen Kilowattstundenzählern nahezu unmöglich ist. Die bisher bekannten "eisenlosen" Wandler eignen sich wegen der oben angeführten Gründe nicht für den geforderten linearen Betrieb über den genannten Variationsbereich.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, einen streufeidarmen, eisenlosen Stromwandler mit stark verringerten Abmessungen und dadurch kompakter Bauform, die kostengünstig herstellbar ist und die obigen Anforderungen erfüllt, nämlich eine große Linearität über einen weiten Variationsbereich des zu messenden Stromes, dabei aber auch eine geringe Premdfeldempfindlich aufweist, zu schaffen.

Der zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagene, erfindungsgemäße eisenlose Stromwandler ist dadurch gekenn-

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zeichnet, daß die Primärwicklung eines Stromwandlertransformators als eine einzelne Windung auf einem toroidförmigen Spulenkörper dieses letzteren Transformators ausgeführt ist, während die Sekundärwicklung dieses Transformators gleichförmig auf demselben Spulenkörper derart aufgebracht ist, daß sich ein möglichst hoher Kopplungsgrad und gleichzeitig damit ein möglichst geringer Streugrad ergeben, daß zur Erzielung geringer Einspeisungsverluste die Primärwicklung des Kompsnsationstransformators mit großem Drahtdurchmesser, und die Sekundärwicklung mit verhältnismäßig hoher Windungszahl, jedoch niedrigem Drahtdurchmesser, ausgeführt und, übereinanderliegend, gleichmäßig auf dem toroidförmigen Spulenkörper derart verteilt sind, daß sich ein möglichst hoher Kopplungsgrad und gleichzeitig damit ein möglichst geringer Streugrad ergibt, daß der Stromwandlerfcransformator und der Kompensationstransformator des Stromwandlers mittels einer zwischen ihnen eingefügten, hochpermeabler Entkopplungsplatte und eines beide Transformatoren umgebenden, hochpermeablen, zylinderförmigen Abschirmbechers mit zugehörigem, ebenfalls hochpermeablem Abschirmdeckel gegeneinander entkoppelt und gegen äußere Magnetfelder geschützt sind.

Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist zwischen der gleichförmig über den toroidförmigen Spulenkörper aufgebrachten Primärwicklung und der ebenfalls gleichförmig darüber aufgebrachten Sekundärwicklung des Kompensationstransformatora eine statische Abschirmung aus einer Metallfolie eingelegt, die mit Massepotential verbunden ist.

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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Somit werden beim Erfindungsgegenstand die eingangs genannten Nachteile beseitigt, dabei werden die Vorteile des eisenlosen Wandlers vollständig zur Geltung gebracht. Aufgrund der erfindungsgemäßen Kompensation ist der Strommeßwandler gemäß der Erfindung, ohne ferromagnetischen Kern, ohne Schwierigkeiten am Ausgang seiner Verstärkerschaltung belastbar und liefert am Ausgangsanschluß dieser Verstärkerschaltung einen Ausgangsstrom, der praktisch frei von Winkelfehle.^n und Verzerrungen gegenüber dem zu messenden Strom ist, dabei haben Torroid- oder Ringkernübertrager, wie sie beim Erfindungsgegenstand eingesetzt werden, selbst beim Fehlen ferromagnetischer Kernwerkstoffe den Vorzug, bei vollständiger Bewicklung und bei übereinander liegender Primär- und Sekundärwicklung sehr streuungsarm zu sein und damit einen hohen Kopplungsgrad aufzuweisen.

Aufgrund seiner kompakten und leichten Bauweise ist für den erfindungsgemäßen Wandler beispielsweise auch ein Elektrizitätszähler-Isoliergehäuse nach DIN 43 857, Bl. 2, hinreichend stabil und geräumig, um neben anderen erforderlichen Baugruppen drei derartige Stromwandler aufzunehmen. Ferner eignen sich erfindungsgemäße Stromwandler auch wegen ihrer niedrigen Herstellungskosten zum Einsatz in einfachen und preiswerten Elektrizität s-Verrechnungszählern.

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In seinem Betriebsverhalten ähnelt der erfindungsgemäße Stromwandler einem herkömmlichen Stromwandler. Der abnehmbare Ausgangsstrom der erfindungsgemäßen, geregelten Stromwandleranordnung ist, nach Maßgabe der Wandlerkonstanten k der Gesamtanordnung, dem zu messenden Strom proportional und kann auch an dem außerhalb der Schaltung selbst angeordneten Meßwiderstand einen für die Messung des Stromes in der Primärwicklung des Stromwandlertransformators oder bei Elektrizitätszählern zur Messung der Elektrizitätsmenge verwendbaren, entsprechenden Spannungsabfall erzeugen. Andererseits gestattet die Wandleranordnung aber auch, den Ausgangsstrom selbst einem Meßwerk eines Instrumentes beispielsweise zuzuführen, wobei dieser Strom dann zuui Macsepotential hin zurückfließen muß. Dabei wird die für Meßzwecke, insbesondere bei elektromechanischen Meßwerken oder Schreibern erforderliche Leistung durch die zu dem erfindungsgemäßen Wandler gehörende Verstärkerschaltung aufgebracht.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung folgen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung eines Ausführungsbeispieles und anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Explosionsdarstellung des Stromwandlers mit seinen wesentlichen Bestandteilen und

Fig. 2 das Schaltbild für den Stromwandler.

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In Fig. 2, die nur zur Verdeutlichung des erfindungsgemäß ausgebildeten Stromwandlers dient, uir> dessen Wirkungsweise erläutern zu können, ist ein allgemein mit 2o bezeichneter Stromwandler nach der Erfindung dargestellt. Die wichtigsten Bestandteile des Stromwandlers sind dabei ein als toroidförmiger "eisenloser" oder Luftübertrager ausgeführter Stromwandlertransformator Tr und ein zweiter, ebenfalls als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführter Kompensationstransformator Tr₂; denn derartige toroidförmig ausgeführte Übertrager, bei denen die Wicklungen gleichförmig und dicht übereinander auf dem nicht ferromagnetisehen, toroidförmigen Spulenkörper, beispielsweise aus Kunststoff* aufgebracht sind, zeichnen sich durch einen besonders geringen Streugrad, und damit einen verhältnismäßig hohen Kopplungsgrad zwischen Primär- ur.^J Sekundärwicklung aus (Fig. 1).

Die Primärwicklung W, des Stromwandlertransformators Tr, besteht, wie es insbesondere in Fig. 1 zu erkennen ist, aus einer durch die mittige Ausnehmung des Toroids geführte Leiterschleife, sie kann aber auch als eine einzelne Windung ausgeführt sein. Andererseits ist es aber auch möglich, daß die Primärwicklung W₁ des Stromwandlertransformators Tr, zum Zweck der Messung niedriger Sti'öme aus einer Vielzahl von Windungen besteht. Durch diese Primärwicklung W₁ fließt, zwischen den gegenüber der übrigen Schaltung potentialfreien Eingangsanschlüssen 1 und 2, der zu messende Strom I .

Der zu messende Strom I am Eingang der Stromwandleranordnung 2o durchfließt die Primärwicklung W-, des Stromwandlertransfor-

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■- -·ιι ·-

mators Tr, und hat an der Sekundärwicklung W- eine zur Folge, die mit der komplexen Addition der Spannung W₁, des Kompensationstransformators Tr- zu einer Differenzspannung gegen 0 Volt führt, die als bleibende Regelabweichung zu bezeichnen ist. An den Anschluß 3 der Sekundärwicklung W- und an das mit M bezeichnete Massepotential der Anordnung ist ein rster Widerstand R, angeschlossen. Der zweite Anschluß Ί der Sekundärwicklung W- ist mit einem Anschluß 7 der Sekundärwicklung V₁ des Kompensationstransformators Tr. verbunden, deren zweiter Anschluß 8 auf Massepotential M liegt. So ergibt sich als Reihenschaltung der Sekundärwicklun gen W₂ und W₁. mit dem ersten Widerstand R, ein Kompensationsstromkreis, in dem ein Strom Ip fließt, der jeweils über die Sekundärwicklungen W- und W₁. in den beiden Transformatoren Tr. und Tr- einen dem durch die Primärwicklungen W und W, erzeugten magnetischen Fluß entgegenwirkenden Gegenfluß erzeugt.

An dem ersten Widerstand R^ hat der Strom I₂ den Spannungsabfall I₂ ¹¹I ^zur Fo^ß⁶» ^{der d}em nicht umkehrenden Eingang 9 einer vorzugsweise als Operationsverstärker ausgeführten Verstärkerschaltung A^ zugeführt wird. Der Ausgang 11 dieser Verstärkerschaltung k~ gibt einen, dem genannten Spannungsabfall an dem ersten Widerstand R proportionalen Strom I-ab, der zu einem Anschluß 6 der Primärwicklung W₅ des Kompensationstransformators Tr₂ geleitet wird, diese Wicklung durchfließt und von einem zweiten Anschluß 5 derselben zu einem Ausgangsanschluß 12 der Stromwandleranordnung 20 geführt ist und dort als dem zu messenden Strom I proportio-

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naler Ausgangsstrom I zur Verfügung steht. Hier kann nun eine (nicht dargestellte) Meßvorrichtung, beispielsweise das Meßwerk eines Instrumentes oder Elektrizitätszählers, oder eines Verstärkers, zwischen den Ausgangsanschluß 12 und Massepotential M gelegt werden, wobei die Impedanz am Eingang einer solchen Meßvorrichtung oder eines solchen Verstärkers niedrig sein soll, weil sie vom Ausgangsstrom I durchflossen ist. Weist die nachgeschaltete Meßvorrichtung oder Verstärkerscha-tung eine hohe Eingangsimpedanz auf, so ist, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Meßwiderstand R von vorbestiramter

Ji

Größe zwischen den Ausgangsanschluß 12 und Massepotential M zu legen. Der am Meßwiderstand R_x durch den Ausgangsstrom I_& verursachte Spannungsabfall I_fiR_x ist dem zu messenden Strom I am Eingang proportional.

Die Primärwicklung W, und die Sekundärwicklung W^ des Kompensationstransformators Tr^ sind derart ausgelegt und geschaltet, daß der durch die Primärwicklung W, fließende ötrom I_, der die Rückführungsgröße zur Bildung eines Regelkreises darstellt, an der Sekundärwicklung VL eine öpannung U^ zur Folge hat, die den Strom ι in dem aus den Sekundärwicklungen VL und W^ und dem ersten Widerstand R₁ gebildeten Kompensationsstromkreis bis auf eine bleibende Regelabweichung gegen null zurückgehen läßt. Mit einer der Stromwandleranordnung 20 zugeordneten Wandlerkonstanten k ergibt sich für diesen Gleichgewichtsfall, wo zwei gegeneinander gerichtete Spannungen im Kompensationsstromkreis wirksam sind, und für I₂ = O s

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\ " ^kIe

An dem Mittelpunkt M zwischen den beiden Sekundärwicklungen Wp und W^ steht nun eine Spannung, die aber aufgrund der Ausgewogenheit der beiden Sekundärwicklungen zu keinem Stroraflufl durch diese führt. Bei günstiger Anordnung und Dimension!erung der Wicklungen, wenn diese insbesondere gleichförmig und dicht übereinander zur Erzielung eines möglichst hohen Kopplungsgrades ausgeführt sind, wird eine verhältnismäßig feste Kopplung bei sehr geringer Streuung errexcnt. Dabei werden Übertragungsfehler, wie beispielsweise Klirrfaktoren und Linearitätsabweichungen, wie sie bei herkömmlichen eisenlosen Strom-Spannungswandlern auftreten, durch die erfindungsgemäße Kompensationsschaltung mit dem dem Stromwandlertransformator Tr^ zugeordneten Kompensationstransformator Tr~ und der Verstärkerschaltung A* mit dem Rückführungskreis kompensiert.

Um stabil zu arbeiten, ist die als Operationsverstärker ausgeführte Verstärkerschaltung A₁ mit einer Gleichspannungs-Gegenkopplungsschaltung zwischen dem Ausgang 11 und dem umkehrenden Eingang 10 versehen. Diese Gegenkopplungsschaltung besteht aus einem zweiten, zwischen den umkehrenden Eingang 10 und Massepotential M gelegten Widerstand R_p, mit dazu parallelgeschaltetem Kondensator C., und aus einem zwischen den Ausgang 11 und den umkehrenden Eingang 10 gelegtes dritten Widerstand R,.

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Ganz allgemein ist die Wandlerkonstante k des Stromwandler 2o durch die Veränderung der Windungszahlen der vier Wicklungen W, - W₁. in der gewünschten Weise beeinflußbar. Geht man nun beispielsweise davon aus, daß die Windungszahlen N₂ und Nn der Sekundärwicklungen W- und W₁, einander gleich sind, wobei die Kopplungsgrade beider Transformatoren Tr, und Trp annähernd einander gleich sind, so gilt die folgende Beziehung:

(2)

Es sind darin N, und N, die Windungszahlen der Primärwicklungen W, bzw. W, und amit wird aus der Beziehung nach Gleichung (1):

^xa - VW-

Diese Beziehung gilt dann exakt, wenn der Stromwandlertransformator Tr,. und der Korapensationstraiisforraator Tr₂ gleiche Kopplungsgrade aufweisen. Andererseits wirken sich nun verschiedene Xopplungsgrade bei den Transformatoren Tr^ und Tr₂ auf den Absolutwert der Wandlerkonstanten k aus, beeinflussen die Linearität jedoch überhaupt nicht. Man at die Möglichkeit, in der nachfolgenden (nicht dargestellten) Meßvorrichtung oder Meßschaltung eine Abgleichmöglichkeit, wie beispielsweise einen Potentiometerabgleich zur genauen Einstellung eines Verhältnisses von I zu einer entsprechenden Spannung in der Meßvorrichtung oder Meßschaltung.

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Aus den obigen Alisführungen folgt nun, daß die Wandlerkonstante k am einfachsten durch Veränderung des Windungszahlverhältnisses N₂ZN^ der beiden Sekundärwicklungen Wp und W^ beeinflußbar ist. Wegen der vernachlässigbar geringen Ström« in dem aus den Sekundärwicklungen W„, und Wj, und dem ersten Widerstand R₁ gebildeten Kompensationsstromkreis kann bei diesen beiden Wicklungen der Drahtdurchmesser besonders klein gewählt werden.

Ganz gleich, ob der Nennhöchstwert eines erfindungsgemäßen Stromwandlers beispielsweise Io oder loo A beträgt, so besteht die Primärwicklung W₁ des Stromwandler transformators Tr, aus einer einzigen Windung, wie bereits oben erwähnt wurde.

Die Primärwicklung W, des Kompensationstransformators Tr₂ sollte derart dimensioniert werden, daß ihre Impedanz niedrig bleibt, um die Verluste der Stromwandleranordnung 20 möglichst gering zu halten, d.h. der Drahtdurchmesser dieser Wicklung wird verhältnismäßig groß gewählt.

Wenn die Prxmärwicklung W. dee Stromwandlertransformators Traus einer einzigen Windung bestehen soll, und eine niedrige Impedanz bei der Primärwicklung W, des Korapensationstranuformators Tr₂ erwünscht ist, so ist es angebracht, die Änderung der Wandlerkonstanten k durch Änderung des Windungszahlverhältnisses Ng/N/, der beiden Sekundärwicklungen, W₂ und W^, zueinander herbeizuführen.

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Mit Rücksicht auf den erzielbaren Kopplungsgrad ist der Gesamtkupferquerschnitt der Wicklungen W₁ und W₂ bzw. der Wicklungen W, und Vh der Transformatoren Tr₁ bzw. Tr₂ klein gegenüber dem Spulenkörperquerschnitt zu wählen. Man wählt vorzugsweise ein Verhältnis des Gesamtkupferquerschnitts zum Spulenkörperquerschnitt von weniger als l:lo. Die toroidförmigen Spulenkörper sind dabei vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.

Es ist ferner vorteilhaft, zur Unterdrückung von Störeinflüssen, zur Verminderung der störenden Teilkapazität zwischen der Primärwicklung W, und der Sekundärwicklung W₁^ des Kompensationstransformators Tr_P eine mit einer Metallfolie ausgeführte statische Abschirmung 13 einzubringen, die mit Massepotential verbunden ist.

Gemäß Fig. 1 und Fig. 2 umfaßt der erfindungsgemäße Stromwandler 2o einen hochperneablen Abschirmbecher 15 mit einem zugeordneten, hochpermeablen Abschirmdeckel 16, der diesen gegen Störfelder von außen dicht abschließt. In dem Abschirmbecher 15 befindet sich die gesamte Schaltungsanordnung, wie noch weiter unten beschrieben wird.

Damit die Transformatoren Tr, und Tr _? nicht aufeinander koppeln, f

d.h. magnetisch gegeneinander völlig entkoppelt sind, ist |

zwischen ihnen eine hochpermeable Entkopplungsplatte 14 vorge- %

sehen, die genau in den Abschirmbecher 15 eingepaßt ist. f.

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Bei der Durchleitung und Anordnung des den hohen zu messenden Strom I von beispielsweise bis zu 100 A führenden, als Primärwicklung VL ausgeführten Leiters ist darauf au achten, da3 durch das mit dem Eingangsstrom I verkettete, starke inagnetische Feld die Permeabilität des Absch.\rmbechers 15, der üintkopplungsplatte 14 und des Ajschirmdeckels 16 nicht unzulässig weit herabgesetzt wird und unter Umständen den Sättigungswert von /u_r ^a1 annimmt, weil dadurch die Schirmwirkung der aus dem Abschirmbecher 15, der Entkopplungsplatte 14 und dem Abschirmdeckel 16 gebildeten Anordnung verloren ginge, wenn also die Primärwicklung VL einen Teil der Abschirmanordnung, bei ihrem Ein- und Austritt an verschiedenen Stellen umschließen würde* Da jedoch bei der bevorzugten Ausführungsform der Leiter der Primärwicklung VL an ein- und derselben Stelle der Abschirmanordnung ein- und herausgeführt ist, kompensieren sich die Komponenten des magnetischen Feldes im Bereich der Abschirmanordnung. Dieselben Überlegungen gelten auch für starke äußere magnetische Felder, die auf die Abschirmanordnung einwirken könnten.

Gemäß den obigen Ausführungen sind die in Einsatz gebrachten toroidförraig und eisenlos ausgeführten Transformatoren Tr. und Tr₂ selbst streufeidarm nach außen hin, denn der magnetische Fluß ist aufgrund der gewählten Wicklungsanordnung weitgehend iia Inneren der Toroide konzentriert, andererseits bewirkt die magnetische Entkopplung mittels der Entkopplungsplatte 14 und des Abschirmbechers 15 und Abschirmdeckels 16, daß keine äußeren Fremdfelder, bei Fernhaltung starker magnetischer Felder, wie obon erläutert, auf die Stromwandleranodrnung 20 einwirken können.

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Nach Figo 1 befinden sich der toroidförmig ausgeführte Kompensationstransformator Tr₂, die als kreisförmige Scheibe ausgeführto hochpermeable Entkopplungsplatte 14-, der toroidförmige Stromwandlertransformator Tr., sowie eine als kreisförmige Scheibe ausgeführte, den ersten, zweiten und dritten Widerstand R_x. ,R₂,R,, den Kondensator C^ und die genannte Verstärkerschaltung A. tragende Schaltungsplatine 21 in dem zylinderförmig ausgeführten Abschießbecher 15» ^und zwar in einer solchen nebeneinanderstehenden Anordnung, daß die Mittelpunkte aller dieser kreis- oder ringförmigen Bauteile mit der Längsmittelachse des Abschiruibechers 15 zusammenfallen. Alle diese Bauteile werden vorzugsweise nach ihrer Einbringung in den Abschirmbecher 15 durch eine Vergußmasse in diesem fixiert, wodurch sir'r. eine besonders einfache und kostengünstige Montage der Anordnung ergibt.

Die Wicklungen W₁JW₂JW, und W^werden vorteilhaft auf einen Kunstoffringkern aufgebracht. Nach einer Ausführungsform der Erfindung werden Ringkern-Spulenkörper mit kreisförmigem Querschnitt, miv einem lichten Innendurchmesser D. » 12mm und einem Außendurchraesser D_Q » 52ram, verwendet. Ebenso können aber auch Ringkern-Spulenkörper mit quadratischem Querschnitt verwendet werden. Aus den genannten Abmessungen erkennt man bereits die besonders kleinen Abmessungen eines nach der Erfindung aufgebauten Stromwandlers.

Is ist durchaus möglich, daß infolge der Gleichspannungsver-•chiebung oder Offset-Spannung des Operationsverstärkers in der verstärkerschaltung A. der Ausgangsgröße I ein Gleich-

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Stromanteil überlagert ist. Jedoch wird dieser Oleichstromanteil in einer nachgeschalteten (nicht dargestellten) Meßvorrichtung oder Meßschaltung, beispielsweise einer Analogspannungs-Multiplikatorschaltung bei elektronisch arbeitenden Elektrizitätszählern, wieder unterdrückt.

Mit einer gemäß der Erfindung aufgebauten Stromwandlerauurdnung kann ein Stromvariationsbereich von 1:1000, mit einem unter 0,5 % liegenden Fehler durchlaufen werden; denn durch das Einbringen eines Kompensationstransformators Trp mit einer Rückführung von einer Verstärkerschaltung A., die dem eigentlichen Stromwandlertransformator Tr^ nachgeschaltet ist, werden die sonst bei Strom-Spannungs-Wandlern üblichen, eingangs genannten Übertragungsfehler kompensiert. Dem als Primärwicklung anzusehenden Leiter W₁, der den eisenlosen Stromwandlertransformator Tr₁ als Leiterwindung oder -schleife durchsetzt, wird keine Leistung entnommen, und dieser ist keiner nennenswerten Gegeninduktion ausgesetzt; die zum Betrieb eines Meßwerkes erforderliche Leistung wird im vorliegenden Pail von der Verstärkerschaltung A₁ aufgebracht.

Zur Anpassung der Wandlerkonstanten k an verschiedene mögliche Betriebsfälle, bzw. gewünschte Meßbereiche, führt man vorteilhafterweise die Primärwicklungen W₁ und W, das Stromwandlertransformators Tr₁, bzw. des *ompensationstransformators Tr mit festgelegten Windungszahlen N₁ bzw. N, aus, während die Windungszahlen N₂ und N^ der beiden zugeordneten Sekundärwicklungen W₂ und W₄ veränderbar gemacht werden.

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Als hochpermeablen Werkstoff wählt man vorzugsweise Mumetall,
u< ter Beachtung der oben genannten Maßnahmen zur Gewährleistung
der Schirmwirkung.

Der erfindungsgemäße Stromwandler ist wie ein herkömmlicher
Stromwandler einsetzbar. Der beim Ausgang 12 des Stromwandlers 2o abnehmbare Ausgangsstrom I ist im Rahmen der genannten;,

el

äußerst geringen Fehlergrenzen dem zu messenden Strom I am Eingang proportional. Man kann diesen Strom selbst für Meßzwecke
in niederohmigen Meßvorrichtungen oder Verstärkern niedriger
Eingangsimpedanz nutzen, oder den an dem Meßwiderstand R auftretenden Spannungsabfall IR bei Verwendung von Meßschaltun-

α. X

gen mit hoher Eingangsimpedanz.

j Durch die kompakte Ausführung der Stromwandleranordnung nach | Fig. 2 ergibt sich ein universell einsetzbarer Stromwandler
kleiner Abmessungen und geringen Gewichts. Damit ist es auch
möglich, den erfindungsgemäßen Stromwandler bei preiswerten
Elektrizitätszählern, insbesondere auch bei Verrechnungs- §

zählern, einzusetzen. So kann man beispielsweise drei derar- ψ

tige Stromwandler in einem herkömmlichen Elektrizitätszähler- ^: Isoliergehäuse nach DIN Ί3 957, Bl. 2, für die Strommessung | bei einem Dreiphasensystem unterbringen. S

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind weitere Abwandlungen |

der Ausführungsform denkbar, so können die beiden Transforma- § toren Tr-, und Tr_? und die Schaltungsplatine 21 anders in dem | Abschir-mbecher angeordnet sein, ebenso kann das aus den hoch- 1

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permeablen Bauteilen l4,15,l6 aufgebaute Abschirmgehäuse anders als bei der dargestellten Ausführungsform aufgebaut sein, ebenso kann, wenn gewünscht, eine Meßschaltung ebenfalls auf der Schaltungsplatine 21, neben der Verstärkerschaltung A₁, untergebracht sein.

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Claims (1)

1. G 78 o8 564.0

   Fa.Deutsche Zähler-Gesellschaft

   Schutzansprüche :

   1. Eisenloser Stromwandler, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklung (VL) eines Stromwandlertrarisformators (TR,) als eine einzelne Windung auf einem toroidförmigen Spulenkörper dieses letzteren Transformators ausgeführt ist, während die Sekundärwicklung (W₂) dieses Transformators (Tr,) gleichförmig auf demselben Spulenkörper aufgebracht ist, daß zur Erzielung geringer Einspeisungsverluste die Primärwicklung (W,) des Kompensationstransformators (Tr„) mit großem Drahtdurchmesser, und die Sekundärwicklung (W₁^) mit verhältnismäßig hoher Windungszahl, jedoch niedrigem Drahtdurchmesser, ausgeführt und, übereinanderliegend, gleichmäßig auf dem toroidförmigen Spulenkörper verteilt sind, daß der Stromwandlertransformator 'Tr,) und der Kompensationstransformator (Tr₂) des Stromwandlers (20) mittels einer zwischen ihnen eingefügten, hochpermeablen Entkopplungsplatte (14) unc) eines beide Transformatoren (Tr,,Tr₂) umgebenden, hochpermeablen, zylinderförmigen Abschirmbechers (15) mit zugehörigem, ebenfalls hochpermeablem Abschirmdeckel (16) gegeneinander entkoppelt und gegen äußere Magnetfelder geschützt sind.

   2. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der gleichförmig über den toroidförmigen Spulenkörper aufgebrachten Primärwicklung (W,) und der ebenfalls gleichförmig darüber aufgebrachten Sekundärwicklung (Wj.) des Kompensationstransformators (Tr_?) eine statische Abschirmung (13) aus einer Metallfolie eingelegt ist.

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   3. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführte Kompensationstransformator (Tr„), die als kreisförmige Scheibe ausgeführte hochpermeable Entkopplungsplatte (14), der als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführte Stromwandlertransformator (Tr, ), sowie eine als kreisförmige Scheibe ausgeführte, den ersten, zweiten \\r', dritten Widerstand (R-,, FL·, R-*), den Kondensator (C₁) und die genannte Verstärkerschaltung (A,) tragende Schaltungsplatine (21) in dem genannten zylinderförmigen hochpermeablen Abschirmbecher (15) nebeneinanderstehend derart angsordnet sind, daß ihre Mittelpunkte mit der Längsmittelachse des Abschirmbech⁰···"· \15) zusammenfallen, und daß der genannte Abschirmbecher (15) mit dem ebenfalls als kreisförmige Scheibe ausgeführten, hochpermeablen Abschirmdeckel (lO gegen Felder abschirmbar, und alle in ihm befindlichen Bauteile durch eine Vergußmasse innerhalb des Abschirmbechers (15) fixierbar sind.

   U. Ejsenloser Stromwandler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführte Stromwandlertransformator (Tr,) und der als toroid-

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   ••••-•••3 -

   förmiger Luftübertrager ausgeführte Kompensationstransformator (Tr₂) mit kreisförmigem Kernquerschnitt ausgeführt sind.

   5. Eisenloser Stromwandler nach Ansprach 1 bis M, dadurch gekennzeichnet, daß der als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführte Stromwandlertransformator (Tr,) und der als toroidförmiger Luftübertrager ausgeführte Kompensationstransformator (Tr-) mit quadratischem Kernquerschnitt ausgeführt sind.

   6. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des P-esamt-Kupferquerschnitt der Primär- und Sekundärwicklungen des Stromwandlertransformators (Tr,) bzw. des Kompensationstransformators (Tr₂) zum
   jeweiligen Querschnitt des Spulenkörpers kleiner als l:lo ist.

   7. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenkörper des Stromwandlertransformators (Tr.) und des Kompensationstransformators (Tr-) mit
   kreisförmigem Querschnitt einen Innendurchmesser (D.) von

   12 mm und einen Außendurchmesser (D ) von 32 mm aufweisen.

   3.

   8. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmbecher (15), der diesem zugeordnete Abschirmdeckel (16) und die Entkopplungsplatte (I¹O
   in Mumetall als hochpermeabler Werkstoff ausgeführt sind.

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   -M-

   9. Eisenloser Stromwandler nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungszahl (N,) der Primärwicklung (W..) und die Windungszahl (N,) der Primärwicklung (W,) des Kompensationstransformators (Tr,) fest vorbestimmt, und die Windungszahl (N-) der Sekundärwicklung des Stromwandlertransformators (Tr₁) und die Windungszahl (N₁₄) der Sekundärwicklung (Wjj) des Kompensationstransformators (Tr~) je nach dem vorl egenden Betriebsfall veränderbar sind.

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