DE897447C - Anordnung zur Gleichstrommessung - Google Patents

Description

• Anordnung zur Gleichstrommessung Es ist bekannt, daß man die Wechselstromaufnahme einer Eisendrossel durch Gleichstromvormagnetisierung beeinflussen kann. Hierbei wurden auch Schaltungen angegeben, die auf Grund dieses Effektes die Messung hoher Gleichströme indirekt über eine Wechselstrommessung gestatten.
• Der Nachteil der nach diesem Prinzip arbeitenden Gleichstrommeßanordnungen besteht vor allem in der Abhängigkeit des gemessenen Wechselstromes von den Schwankungen der angelegten Wechselspannung und der Frequenz. Die bekannten, auf dem angegebenen Prinzip arbeitenden Stromwandler weisen hierbei infolge der angewandten üblichen magnetischen Auslegung erhebliche Fehlerquellen auf, wodurch ihre Verwendung für die Praxis in Frage gestellt ist.
• In Erkenntnis dieser Nachteile hat man daher bereits eine konstante Wechselspannung vorausgesetzt, was aber normalerweise nur durch zusätzliche Einrichtungen möglich ist.
• Ausgehend von dem angegebenen, an sich bekannten Meßprinzip zeigt die Erfindung entgegen den vorbekannten Anordnungen Wege, wie man, und zwar durch eine richtige magnetische Auslegung des Stromwandlers Spannungs- und Frequenzfehler ohne Anwendung zusätzlicher Elemente auf einen praktisch bedeutungslosen Bruchteil reduzieren kann. Sie gestattet hierbei selbst bei den einfachen Ausführungen des Wandlers, denselben für sehr hohe Gleichstromstärken zu verwenden, ohne daß hierbei Hysteresefehler auftreten. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zur Erzielung einer ausreichenden Unabhängigkeit des Meßstromes von Schwankungen der Hilfswechselspannung neben der zweckmäßigen Verwendung von hochpermeablem Material zum Kernaufbau der Drosselspulen die Wechselflußinduktion so gewählt wird, daß diese bei einer Vormagnetisierung von wenigstens 10 AW/cm bei Nennstrom im Bereich des Wendepunktes der jeweils der Vormagnetisierung entsprechenden Strom- Spannungs- Kennlinie der Wechselstrommagnetisierung liegt.
• In der Abb. I ist eine der bekannten Schaltungen angegeben. Hierbei finden zwei Eisenkerne I, 2 Verwendung, die je eine Wicklung 3 bzw. 4 aufnehmen, die parallel zueinander geschaltet sind und über einen Strommesser A an eine Wechselspannung angelegt sind. Die Gleichstromwicklung 5 ist hierbei als eine Schiene ausgebildet. Während der Gleichstromkraftfiuß in beiden Kernen die gleiche Richtung hat, fließt der Wechselfluß in entgegengesetzter Richtung. Hierdurch wird eine Induzierung des Gleichstromleiters 5 vermieden.
• Bei einer bekanntgewordenen Untersuchung der Linearität und des Strombereiches der Skala des an eine solche Anordnung angeschlossenen Meßinstrumentes wird von einer Induktion von 3000 Gauß ausgegangen, eine Induktion, die nur bei einer technisch unmöglich geringen Ausnutzung des Wandlers zufällig im Wendepunkt der Magnetisierungskurve liegt, Nimmt man diesbezüglich 0,2 AW/cm für diese Induktion als Grenze an, so ergeben sich etwa die folgenden Verhältnisse: Normale Gleichstromwandler nach der Erfindung sind mit etwa 100 AW/cm ausgelegt. Das ergibt für eine Gleichstrommessung von I0000 A einen Wandlerumfang von 1 in. Nach dem vorstehend erwähnten, bekannten Auslegungsvorschlag würde der Wandler aber für die gleiche Stromstärke einen Umfang von 500 m erhalten, wenn die Wechselstrominduktion im Wendepunkt liegen soll.
• Für einen I m langen Kern wird auch statt I0000 A 100 A als oberste Grenze angegeben. Zur Erzielung höherer Stromstärken soll ein Luftspalt verwendet werden, also die Permeabilität künstlich herabgesetzt werden, wodurch die Wandlereigenschaften völlig vernichtet würden.
• Es hat sich ergeben, daß die Strom- Spannungs-Charakteristiken (Wechselstrommagnetisierungskurven) bei der konstanten Gleichstromvormagnetisierung den in Abb. 2 angegebenen Verlauf aufweisen. Man sieht, daß alle Kurven einen der Form der normalen Magnetisierungskurve ähnlichen Verlauf annehmen.
• Die gestrichelte Linie L nach Abb. 2 verbindet die Wendepunkte der Magnetisierungskurven, wobei unter dem Wendepunkt der Punkt der größten Steilheit zu verstehen ist, der zugleich das Minimum der Spannungsabhängigkeit ist und der somit durch den Ausdruck d J = Minimum sich angeben läßt. Er liegt bei du normalem Siliciumeisen zwischen 10000 bis 13000 Gauß Wechselstrominduktion. Hierdurch wird ein fast konstantes Verhältnis eff. Wechselstrom AW Gleichstrom AW bedingt.
• In der Abb. 3 sind die Eichkurven J = f (J =) bei verschiedenen Wechselspannungen, d. h. Wechselflußinduktionen, angegeben, die als Ergebnis einer ausgeführten Meßanordnung sich auftragen lassen. Man sieht, wie sich die Kurven, die fast linear verlaufen, im Bereich U = 90 - 120 V, d. h. B = I0000 bis I3000 Gauß zusammendrängen und ihr Abstand, der dem Meßfehler bei den zwischen den Parametern der Kurven bestehenden Spannungsdifferenzen entspricht, ein Minimum erreicht. In gleicher Weise wie eine Spannungsänderung wird sich eine Änderung der Frequenz und der Bürde auswirken.
• In der Abb. 4 ist nun die Fehlerkurve der nach der Erfindung ausgeführten Meßanordnung dargestellt.
• Sie zeigt, daß der Fehler über den größten Bereich nur 0,25 0/o ist. Unterhalb eines Gleichstromes von I3 A aber steigt der Fehler plötzlich stark an. Es kommt also zur Erzielung des vernachlässigbar kleinen Fehlers von o;250/, lediglich der Bereich oberhalb etwa I3 A in Frage. I3 A entspricht aber bei der hier gewählten Auslegung des Wandlers 10 AW/cm. Daraus geht hervor, daß diese Vormagnetisierung mit Rücksicht auf die Wandlergenauigkeit einen Mindestwert darstellen sollte.
• Die wegen der verhältnismäßig hohen Wechselstrominduktion evtl. erforderliche höhere Scheinleistung kann in bekannter Weise durch einen Kondensator kompensiert werden.
• Ist der Gleichstrom wellig, so mißt der Wandler die reine Gleichstromkomponente, d. h. den Mittelwert des Stromes, da nach Abb. I in der Wechselstromwicklung des Wandlers der Kompensationsstrom der Oberwelle fließt. Nach der Beziehung

  j':7te =ÜI 21

  wo p die Amplitude der überlagerten Oberwelle in W ist; würde bei dem Gleichstrom eines sechsphasigen Gleichrichters der Mittelwert weniger als 0,25 vom Effektivwert abweichen.

Claims (4)

1. Bei Messung besonders hoher Gleichstromstärken kann zur Vermeidung übermäßig hoher Ringdurchmesser und zu hohen Kupferaufwandes für die Wechselstromwicklung der Eisenkern nach Abb. 5 aus Bandeisen oder Drahtseil als Ringspirale e ausgebildet werden, welche die zum Gleichstromleiter g konzentrisch liegende Wechselstromspule w umschließt. Ein konzentrischer Dämpferring c ist hierbei zum Kompensieren des Streuflusses der Wechselstromspule vorgesehen, PATENTANSPRÜCHE: 1. Anordnung zur Gleichstrommessung, bei der durch gleichstromvormagnetisierte Drosselspulen die Induktion eines Hilfswechselstromkreises beeinflußt und die dadurch im Hilfswechselstromkreis hervorgerufene Änderung an einem nach dem primären Gleichstrom geeichten Wechselstrommeßinstrument abgelesen wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer ausreichenden Unabhängigkeit des Meßstromes von Schwankun- gen der Hilfswechselspannung neben der zweckmäßigen Verwendung von hochpermeablem Material zum Kern aufb au der Drosselspulen die Wechselflußinduktion so gewählt wird, daß diese bei einer Vormagnetisierung von wenigstens IO AW/cm bei Nennstrom im Bereich des Wendepunktes der jeweils der Vormagnetisierung entsprechenden Strom- Spannungs- Kennlinie der Wechselstrommagnetisierung liegt.
2. 2. Anordnung zur Gleichstrommessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei hohen Gleichströmen der Eisenkern der Drosselspulen als Ringspirale ausgeführt ist.
3. 3. Anordnung zur Gleichstrommessung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselstromwicklung als eine zum Gleichstromleiter konzentrische Ring wicklung ausgebildet ist, die in der Eisenringspirale liegt.
4. 4. Anordnung zur Gleichstrommessung nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Wechselstromstreuung ein konzentrischer Dämpfungsring vorgesehen ist.