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Anordnung zur Gleichstrommessung
Es ist eine Anordnung zur Gleichstrommessung
bekannt, bei der durch Gleichstromvormagnetisierung die Induktion des Wechselstromkreises
bebeeinflußt und die im Wechselstromkreis entstehende Änderung an einem vom Wechselstrom
beeinflußten Meßinstrument abgelesen wird. Um eine Unabhängigkeit des gemessenen
Wechsellstromes von den Schwankungen der angelegten Wechselspannung und Frequenz
bei den nach diesem Prinzip arbeitenden Gleichstrommeßanordnungen zu erzielen, wurde
bereits vorgeschlagen, für die Wechselstrommagnetisierung eine Induktion zu wählen,
die im Bereich des Wendepunktes der Wechselstrommagnetisierungskurve liegt, die
durch die Gleichstromvormagnetisierung erhalten wird.
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Den Gegenstand der Erfindung bilden Mittel, um die Spannungsunabhängigkeit
des gemessenen Wechselstromes noch weiterhin zu vervollkommnen, so daß die Kurve
Es = f (J~) bei konstanter Gleichstromstärke im Wendepunkt senkrecht oder mit jeder
gewünschten Neigung ansteigt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß dem
Meßstrom ein Hilfsstrom addiert wird, der bei der gleichen Spannungsabhängigkeit
wie die des Hauptstromes im Wendepunkt der vormagnetisierten Magnetisierungskurve
eine gegen den Hauptstrom um I800 verschobene Phasenlage hat.
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Eine derartige beispielsweise Ausführung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
ist in der Fig. I der Zeichnung wiedergegeben. Der Wandler, dessen Wechselstromaufnahme
durch die Gleichstromvormagnetisierung beeinflußt wird, ist mit 1a. b bezeichnet.
Er setzt sich aus zwei insbesondere ringförmigen Kernen zusammen, die von
Wechselstromwicklungen
umgeben sind. Die Gleichstromwicklung, die bei der angegebenen Schaltung in Form
einer Schiene ausgebildet ist, führt einen Strom J =. Die Sättigung des Wandlers
Ia b durch den Wechselfluß liegt im Wendepunkt der Magnetisierungskurve. Der Kompensationswamdler
ist mit lIa b bezeichnet. Auch dieser Wandler enthält zwei von Wechselstromwicklungen
umgebene, insbesondere ringförmige Kerne, die von dem gleichen, den Gleichstrom
führenden Stab durchsetzt sind. Die Wechselstromwicklung des Kompensationswandlers
ist parallel oder in Reihe geschaltet und liegt parallel zu den Ä'Vechselstromwicklungen
des Wandlers Ia, b; das Kernpaar II hat eine ungleich höhere Windunlgszalhl als
das Kernpaar I. Da an den beiden Kernpaaren die gleiche Wechselspannung liegt, ist
im Kernpaar II die Wechselflußinduktion klein.
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Die Richtung des Wechselflusses in den einzelnen Kernen ist in der
Fig. I durch Pfeile angegelben.Die Magnetisierungsströme 1T, JII fließen im entgegengesetzten
Sinne durch einen weiteren an die WandlerIa,b, 11a, b angeschlossenen Stromvwandler
III, derart, daß in seiner Sekundärwicklung der Differenzstrom JI-JII als eigentlicher
Meßstrom fließt.
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Die Kompensationswirkung kommt folgendermaßen zustande: In der Fig.
2 ist die vormagnetisierte Magnetisierungskurve IN = f(UN) angegeben. Diese Kurve
setzt sich aus drei Teilen, b und c zusammen. Der Teil a ist als Anfangsbereich
annähernd linear und hat eine geringe Neigung; der Teii b verläuft ebenfalls annähernd
linear mit einer starken Neigung, wobei die Verlängerung von b nicht durch den Nullpunkt
geht; der Teil c ist konvex mit abnehmender Neigung. Subtrahiert man von der Magnetisierungskurve
JI den linear mit der Spannung zunehmenden Strom JII, dessen Spannungsabhängigkeit
mit der des Teiles b der Kurve JI = f (U"") identisch ist, so verläuft der Teil
b in der Stromkurve JI-JII senkrecht oder mit jeder gewünschten Neigung. JI-JII
ist daher in der Nähe des Wendepunktes L spannungsunabhängig.
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Die Differenzbildung nimmt nach Fig. I der Differenzialstromwandler
III vor. In der Sekundärwicklung w3 dieses Wandlers (vgl. Fig. I) fließt der Meßstrom
JI-JII nach geeigneter tibersetzung. An den Kompensationsstrom JII werden folgende
Bedingungen gestellt: I. Der Hilfsstrom muß annähernd linear spannungsabhängig sein,
2. bei konstanter Wechselspannung muß er sich annähernd linear mit der Gleichstromvormagnetisierung
ändern.
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Diese Bedingungen erfüllt befriedigend nur der untere Teil a der
vormagnetisierten Magnetisierungskurve. Man baut daher den kompensierenden Teil
der Meßanordnung (II, Fig. I) wie den Hauptteil 1 auf und gibt ihm die erforderliche
geringe Wechselstromsättigung. Die Übertragung in den gewünschten kompensierenden
Anteil erfolgt durch die Wahl des Windungsverhältnisses W2 (Fig. I). wl Zur Kompensation
ist auch der Magnetisierungsstrom im Abschnitt c nach Fig. 2 bei hoher Wechselstromsättigung
und schließlich der Magnetisiernngsstrom einer Luftspaltdrossel mit Gleichstromvormagnetisierung
brauchbar.
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In der Fig. 3 ist die Spannungsabhängigkeit des Meßstromes JI dargestelft;
die Fig. 4 zeigt den zur Kompensation benutzten Anfangsbereich und in der Fig. 5
ist die Kurvenschar entsprechend der Fig. 3, jedoch bei Verwendung der Kompensationsschaltung
dargestellt, während die Fig. 6 die Wechselstromamperewindungen als Funktion der
Gleichstromamperewindungen darstellt.
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Will man Spannungsunabhängigkeit nur für einen Stromwert erreichen,
so genügt die Parallelschaltung eines Kondensators geeigneter Größe zur Wechselstromtvicklung
des Meßwandlers. Der Kondensatorstrom wird mitgemessen und zieht sich von dem nacheilenden
Blindstrom des Meßwandlers ab.
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Naturgemäß kann diese Kompensation in ihrem Absolutwert nicht auch
vom Gleichstrom abhängig sein.
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Eine besonders geringe Spannungsabhängigkeit des aufgenommenen Wechseistromes
ergibt sich, wenn man die Wlechselstromwicklungen des Meßwandlers 1a, b nicht parallel,
sondern in Reihe schaltet. Hierbei kann die zweite Harmonische, die bei vormagnetisiertem
Eisen im Magnetisierungsfluß sich ausbildet, nicht mehr im Strom auftreten, da die
von beiden, insbesondere ringförmigen Kernen angeforderten Anteile an die zweite
Harmonische um I800 gegeneinander phasenverschoben sind. Es tritt daher eine entsprechende
zweite Harmonische im Fluß auf, die die Eigenschaft hat, daß I. der erforderliche
Magnetisierungsbedarf um etwa 25 bis 30 O/o verkleinert und 2. die Steilheit der
Magnetisierungskurve bei Vormagnetisierung selbst ohne Anwendung der oben beschriebenen
Kompensationsschaltung derart erhöht wird, daß die Spannungsabhängigkeit des Magnetisierungsstromes
im Wendepunkt der Kurve auf die Hälfte zurückgeht.
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Die Fig. 7 gibt diese Verhältnisse an Hand der Kurve EN = t (IN),
[J (=) = konst] wieder, wobei mit I die vormagnetisierte Magnetisierungskurve bei
der Reihenschaltung, also mit der zweien Harmonischen im Fluß und mit 2 die vormagnetisierte
Magnetisierungskurve bei der Parallelschaltung, also mit der zweiten. Harmonischen
im Strom angegeben ist. Wird bei der Reihenschaltung der Wechselstromwicklungen
des Meßwandlers 1a, t außerdem die oben beschriebene Kompensationsschaltung verwendet,
dann läßt sich besonders bequem erreichen, daß der mittlere Teil (Teil b) der vormagnetisierten
Magneti sierungskurve senkrecht oder mit jeder gewünschten Neigung verläuft, wodurch
eine völlige Spannungsunabhängigkeit in der Nähe des Wendepunktes der vormagnetisierten
Magnetisierungskurve erreicht wird.