DE900967C - Einrichtung zur Messung, Anzeige und UEberwachung von Gleichstroemen und Gleichspannungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Messung, Anzeige und Uberwachung von Gleichströmen und Gleichspannungen Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Messung, Anzeige und Überwachung von Gleichströmen und Gleichspannungen, bei welcher zwei Eisenkerne sowohl von der Meßgröße als auch von einer Hilfswechselspannung gesetzmäßig beeinflußt werden. Zu diesem Zweck wird der Hilfsstrom parallel, aber in entgegengesetztem Sinne zwei auf je einem der beiden Eisenkerne angeordneten Hilfswicklungen zugeführt, wobei der in den Hilfswicklungen fließende Strom ein Maß für die zu messende Gleichstromgröße bildet.
• Es sind bereits Anordnungen dieser Art bekannt, bei welchen ein in den beiden Hilfswicklungen fließender Strom dem Anzeigegerät über eine Vollweggleichrichterschaltung zugeführt wird. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß, primärseitig reiner Gleichstrom vorausgesetzt, trotz der vollwegigen Gleichrichtung sekundärseitig kein reiner Gleichstrom sondern ein immerhin noch merklich schwankender Gleichstrom über die Bürde fließt. Ferner folgen die Pulsationen des Gleichstromes auch nicht mit der gewünschten Linearität einer Änderung des primären Gleichstromes. Insbesondere bei hohen primären Gleichströmen bleibt die Proportionalität zwischen primärem und sekundärem Strom nicht in dem gewünschten Maße erhalten, d. h. die Meßgenauigkeit leidet. Endlich ist die Meßgenauigkeit und Kurvenform des sekundären Stromes bei der bekannten Anordnung auch noch von der Größe der Hilfswechselspannung abhängig.
• Die Erfindung gibt nun-einen Weg an, durch welchen eine vollkommene Abbildung des primären Gleichstromes auf der Sekundärseite erfolgt. Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß durch die auf den Bürdenstrom sich auswirkende Rückkopplung einer oder beider Halbwellen des gemeinsamen Wechselstromes der Eisendrosseln, deren Wechselmagnetisierungszyklen von dem zu messenden Gleichstrom beeinflußt werden, ein sekundärer Gleichstrom entsteht, dessen Momentanwerte während einer Periode direkt proportional denen des Primärstromes sind.
• Fig. I und 2 zeigen Anordnungen mit zwei Bürden, Fig. 3 eine Anordnung mit nur einer Bürde.
• In sämtlichen Figuren ist der primäre Gleichstromleiter, der hier beispielsweise als Einleiter ausgebildet ist, mit L bezeichnet, während die auf den beiden Eisenkernen angeordneten Hilfsstromwicklungen mit Wo und W2 bezeichnet sind.
• Bei der Anordnung nach Fig.i fließt der dem Wechselstromnetz N über den Transformator T entnommene Wechselstrom parallel, aber in entgegengesetztem Sinne über die beiden Wicldungen Wl und W2. Die beiden Ströme sind mit 7i und 72 bezeichnet.
• Durch die Parallelschaltung der beiden Wicklungen W und W2 bildet sich vom Verzweigungspunkt P ab in dem die beiden Teilwechselströme führenden gemeinsamen, über die Primärwicklung des Stromwandlers S verlaufenden Stromzweig ein Differenzwechselstrom 72 aus. Dieser Wechselstrom wird über den Wandler S transformiert und sodann über die in der Mitte angezapfte Sekundärwicklung des Stromwandlers S und die beiden Gleichrichter G1 und G2 einwegig gleichgerichtet, so daß dem über die Bürde Bl fließenden Wechselstrom Jl ein aus der einen Halbwelle bestehender Gleichstrom Yi und dem über die Bürde B2 fließenden Wechselstrom 72 ein aus der anderen Halbwelle bestehender Gleichstrom 72 zugesetzt wird.
• Durch die Überlagerung des Wechselstromes Jl durch die Halbwelle Jl entsteht ein vollkommen in seinen Momentanwerten dem Primärstrom entsprechender Bürdenstrom 72. Für die Bürde B2 ergibt sich ein gleichartiger Strom.
• Bei der Anordnung nach Fig. 2 wird der den Hilfswicklungen W1 und W2 parallel zugeführte Wechselstrom dem Wechselstromnetz N über einen Spartransformator T entnommen. Über die Wicklung W und den vorgeschalteten Gleichrichter G1 fließt ein pulsierender GleichstromJl, der über die Bürde B1 zur primären Wicklung des Stromwandlers S und zurück zum Transformator T verläuft. Parallel dazu fließt in entgegengesetzter Richtung ein Gleichstrom J2 über die Wicklung W2, den Gleichrichter G2, die Bürde B2 und die Primärwicklung des Stromwandlers S zurück zum Transformator T. In der vom Verbindungspunkt P ab gemeinsamen, über den StromwandlerS verlaufenden Rückleitung bildet sich ein resultierender Differenzwechselstrom J1 aus. Der Differenzstrom wird über die in der Mitte angezapfte Sekundärwicklung des Stromwandlers S und die Einweggleichrichter G1 bzw. G4 wiederum den über die Bürde B1 bzw. B2 verlaufenden pulsierenden Gleichströmen zugesetzt. Die über die eine Hälfte der Sekundärwicklung des Stromwandlers S den Gleichrichter G3 und die Bürde Bl verlaufende Halbwelle ist mit J31 die über die andere sekundäre Wick lungshälfte, den Gleichrichter G4 und die Bürde B2 verlaufende Halb welle mit 71 bezeichnet. Die vorstehend beschriebene Schaltung hat gegenüber der Anordnung nach Fig. I den Vorteil, daß die Stromspitzen, welche zur Entstehung des gewünschten vollkommenen Meßstromes nichts beitragen, abgeschnitten werden. Dies bedeutet außer der Vermeidung der bekannten unerwünschten Begleiterscheinungen hoher Stromspitzen vor allem eine Energieersparnis.
• Während die Anordnungen gemäß Fig. r und 2 zwei Bürden benötigen oder eine Bürde und einen Ersatzwiderstand, zeigt die Fig. 3 eine Anordnung mit einer einzigen Bürde.
• Der aus dem Wechselstromnetz N entnommene Strom teilt sich in die beiden Wechselströme J1 und J2 Der Strom 71 fließt über die Wicklung W1, der Strom 72 parallel dazu, aber in entgegengesetztem Sinne über die Wicklung Wa. Während nun aber der Strom Jl ungeändert über die Bürde B zum Verzweigungspunkt P und von da zurück über den Stromwandler S2 zum Netz verläuft, wird der über die Wicklung W2 verlaufende Wechselstrom 72 durch den Stromwandler S1 kommutiert, d. h. die Momentanwerte des Stromes erhalten umgekehrte Vorzeichen.
• Auf der Sekundärseite des Stromwandlers S1 entsteht dadurch ein Wechselstrom J2k, welcher in bezug auf die Bürde die gleiche Richtung hat wie der Wechselstrom Jl jedoch in der Phase verschoben ist. Da, wie die Schaltung zeigt, die Sekundärwicklung des Stromwandlers S1 parallel zur Bürde B liegt, so addieren sich die beiden Ströme 71 und 721 zu einem gemeinsamen Wechselstrom.
• In der vom Verzweigungspunkt P ab über den Stromwandler S2 verlaufenden gemeinsamen Rückleitung fließt ein aus den Wechselströmen Jl und 72 gebildeter Differenzstrom 53. Dieser wird über die Sekundärseite des Stromwandlers S2 und eine hier angeschlossene Vollweggleichrichterschaltung G dem Bürdenstrom wiederum zugesetzt. Durch die Vollweggleichrichtung ergeben sich dabei die gleichgerichteten Halbwellen 72. Die Überlagerung des über die Bürde fließenden, aus Jl und J2k gebildeten Summenstromes durch die gleichgerichteten Halbwellen J1 ergibt einen vollkommen, den Momentanwerten der primären Amperewindungszahl proportionalen Bürdenstrom.
• Um eine größere Spannungsunabhängigkeit von der Hilfswechselspannung und damit eine möglichst hohe Meßgenauigkeit zu erreichen, ist es bei allen Schaltungen zweckmäßig, für die Eisenkerne der Drosseln ein Material zu verwenden, welches eine möglichst sprunghafte Induktionsänderung zwischen den beiden Sättigungsgebieten aufweist. Ferner ist es zur Erreichung einer linearen Abhängigkeit des Meßstromes vom primären Gleichstrom erforderlich, daß die im Induktionssprung erreichten AW-Zahlen je Zentimeter der durch die zu messende Gleichstromgröße verän- derten magnetischen Charakteristik klein sind gegenüber denen, welche durch den kleinsten zu messenden Gleichstrom erreicht werden.
• Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß an Stelle zweier getrennter Eisenkern für die Drosseln auch ein gemeinsamer Eisenkern mit drei Schenkeln verwendet werden kann, bei welchem z. B. die primäre Wicklung auf dem mittleren gemeinsamen Schenkel und die beiden Hilfswicklungen auf den beiden äußeren Schenkeln angeordnet sind.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur Messung, Anzeige und Überwachung von Gleichströmen oder Gleichspannungen, bei welcher zwei Eisenkerne sowohl von der Meßgröße als auch von einer Hilfswechselspannung gesetzmäßig beeinflußt werden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die auf den Bürdenstrom sich auswirkende Rückkopplung einer oder beider Halbwellen des gemeinsamen Wechselstromes der Eisendrosseln, deren Wechselmagnetisierungszyklen von dem zu messenden Gleichstrom beeinflußt werden, ein sekundärer Gleichstrom entsteht, dessen Momentanwerte während einer Periode direkt proportional denen des Primärstromes sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die von dem zu messenden Gleichstrom beeinflußten Wechselmagnetisierungszyklen zweier Eisendrosseln bedingten Ströme durch Rückkopplung und Gleichrichtung jeweils einer kommutierten Halbwelle des von der Hilfsstromquelle zufließenden gemeinsamen Stromes in jeweils einer der jeder der parallelen Induktivitäten zugeordneten Bürden einen dem Primärstrom direkt proportionalen Gleichstrom ergeben (Fig. I und 2).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die von dem zu messenden Gleichstrom gegensinnig beeinflußten Wechselmagnetisierungszyklen zweier Eiseninduktivitäten bedingten Ströme so addiert werden, daß sich durch Rückkopplung der kommutierten und sodann gleichgerichteten Halbwellen des gemeinsamen, von der Hilfsstromquelle zufließenden Stromes in der Bürde ein dem Primärstrom direkt proportionaler Gleichstrom ergibt (Fig. 3).
4. 4. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Kommutation des gemeinsamen Stromes als auch die Kommutation des durch jede Drossel getrennt fließenden Stromes durch Wandler erfolgt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweils durch die Drosseln fließende Strom durch Gleichrichter in einer Richtung gesperrt wird (Fig. 2).
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Addition der jeweils über die beiden Drosseln fließenden Ströme mittels eines den einen Strom kommutierenden Stromwandlers (Sl) erfolgt (Fig. 3).
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Strom über einen Stromwandler (S2) kommutiert und nach Gleichrichtung mittels einer Vollweggleichrichterschaltung (G) dem durch Addition gewonnenen Strom überlagert wird.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch I bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für die Eisenkerne ein Material verwendet wird, welches eine möglichst sprunghafte Induktionsänderung zwischen den beiden Sättigungsgebieten aufweist.
9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den kleinsten zu messenden Gleichstrom erreichten Amperewindungszahlen je Zentimeter groß sind gegenüber denen, die im Induktionssprung erreicht werden.