EP0144347A1 - Aktiver stromwandler. - Google Patents

Aktiver stromwandler.

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Publication number
EP0144347A1
EP0144347A1 EP84901762A EP84901762A EP0144347A1 EP 0144347 A1 EP0144347 A1 EP 0144347A1 EP 84901762 A EP84901762 A EP 84901762A EP 84901762 A EP84901762 A EP 84901762A EP 0144347 A1 EP0144347 A1 EP 0144347A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
current transformer
current
transformer according
ferromagnetic
Prior art date
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Application number
EP84901762A
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English (en)
French (fr)
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EP0144347B1 (de
Inventor
Richard Friedl
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Siemens Building Technologies AG
Landis and Gyr AG
Original Assignee
Landis and Gyr AG
LGZ Landis and Gyr Zug AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Landis and Gyr AG, LGZ Landis and Gyr Zug AG filed Critical Landis and Gyr AG
Priority to AT84901762T priority Critical patent/ATE23412T1/de
Publication of EP0144347A1 publication Critical patent/EP0144347A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0144347B1 publication Critical patent/EP0144347B1/de
Expired legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/42—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils
    • H01F27/422—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers
    • H01F27/427—Circuits specially adapted for the purpose of modifying, or compensating for, electric characteristics of transformers, reactors, or choke coils for instrument transformers for current transformers

Definitions

  • the invention relates to an active power converter of the type specified in the preamble of claim 1. '
  • the primary winding generates significantly larger floodings than converters equipped with a ferromagnetic core require for the magnetic core to function properly.
  • transducers are known whose magnetic core comprises only a part of the conductor cross section carrying the measuring current.
  • an active current transformer in which the current to be measured is divided into two separate conductors which are wound in opposite directions to form the primary winding and whose resistance values differ from one another (DE-OS 31 40544).
  • active current transformers which completely dispense with ferromagnetic cores (DE-OS 28 12303) and in which the secondary winding is designed as a toroid through which the primary conductor carrying the measuring current passes.
  • ferromagnetic cores DE-OS 28 12303
  • the secondary winding is designed as a toroid through which the primary conductor carrying the measuring current passes.
  • the invention is based on the object of providing a current transformer which, compared to the known arrangements, can be constructed more simply and at least have the same metrological properties and can be produced more cost-effectively.
  • the current transmission ratio is not exclusively determined by the ratio of the number of turns of the primary and secondary windings, but also to a considerable extent by the coupling factor, which indicates the ratio of partial flow to total flow .
  • the transmission ratio can be set within wide limits without changing the number of turns, so that the secondary and detector windings can be made comparatively small.
  • the current error is also compensated in a known manner for the new converter
  • the coupling factor is achieved by a sufficiently large geometric distance between the primary and detector winding or secondary winding.
  • the coupling factor is also influenced by the permeability of these materials.
  • the current converter according to the invention with a high current ratio is distinguished from the known arrangements primarily by further considerable simplifications, by insensitivity to temperature changes and by small phase errors. Further advantages are the possibility of simply assembling the primary conductor with the other necessary components by introducing (inserting) these parts into the magnetic field of the current flowing in the primary conductor, so that, for example, these components can also be replaced without opening the primary circuit the unrestricted function when DC components are present in the primary and secondary circuits.
  • the use of the arrangement according to the invention with the known circuits for digital flux compensation in the secondary circuit and the known blanking of the magnetic flux with sawtooth signals are particularly suitable. Because of the low impedance of the secondary winding, the frequency of the measuring cycles can be chosen to be relatively high.
  • the new current transformer can be equipped with or without ferromagnetics. The new transformer is particularly suitable for use in Electricity meters for single and multi-phase alternating current.
  • OMPI 2 shows a current transformer with a flat conductor
  • 3a shows an end view of the converter according to FIG. 2 with a device for setting the coupling factor
  • FIG. 3b shows a longitudinal section through the converter according to FIG. 3a
  • FIG. 4 shows an end view of the converter according to FIG. 2 with a device for setting the coupling factor that is modified compared to FIGS. 3a and 3b,
  • FIG. 5 shows an end view of the converter according to FIG. 2 with two further devices for setting the coupling factor
  • 8a is a side view of a shielding pot
  • 9a shows a side view of a further shielding pot
  • FIG. 9b shows a section through the shielding pot according to FIG. 9a along the line A - A.
  • FIG. 1 a represents the invention in the most general way. It concerns the arrangement of a mutual inductor, consisting of a primary winding 1 carrying the alternating current I to be measured with the number of turns W .., through whose surface the magnetic flux JET. occurs, and a detector winding 3 which is separated from the partial flow "K", i.e. is penetrated by part of the river ⁇ , while the other Te l ⁇ .. as a leakage flux does not penetrate the winding 3.
  • a secondary winding 2 with the number of turns W ⁇ is relatively firmly coupled to the winding 3.
  • the voltage induced in the detector winding 3 is fed to an amplifier arrangement V which builds up a current I 2 in the secondary winding 2 such that the partial flow j3T 13 , which passes through the detector winding 3, is almost completely compensated for with usually high amplification, the coupling factor not being influenced by the amplification.
  • the secondary measuring current I ⁇ is then very precisely the current I to be measured. in the winding 1 proportional.
  • the transformer has a flat conductor 1a carrying the current to be measured, which is provided with current leads 4 and 5 and forms the primary winding 1 with only one turn W.
  • the flat conductor 1a surrounds a tube section 6 made of ferromagnetic material, which in turn concentrically comprises a cylindrical ferromagnetic core rod 7 also made of ferromagnetic material, on which the windings 3 and 2 are applied.
  • An electrically insulating layer 9 is located between the two legs of the flat conductor 1 a in the area of the current supply lines 4 and 5 and between the cylindrical primary winding 1 formed by the flat conductor 1 a and the ferromagnetic tube section 6.
  • the ferromagnetic core rod 7 with the windings 3 and 2 is opposite the pipe section 6 in the annular space 8 either filled with insulation or fixed by other mechanical means.
  • the arrangement works as follows: The magnetic field generated by the current I_ to be measured is defined in the cylindrical primary winding 1 by the ferromagnetic tube section 6 and the ferromagnetic core rod 7 in two magnetic fluxes.
  • the coupling factor K largely depends on the ratio of the perpendicular to the tube or the longitudinal axis of the radial cut surfaces.
  • the coupling factor K can be further reduced by shortening the core rod 7 while maintaining the length of the pipe section 6.
  • the coupling factor can also be changed, among other things, by shifting the core rod 7 in its longitudinal direction.
  • a reduction in the coupling factor according to FIGS. 3a and 3b can also be achieved by rotating the core rod 7 with the windings 3 and 2 into an angular position relative to the pipe section 6, so that the winding 3 only part of the maximum detectable magnetic flux.
  • FIG. 4 shows one of many possibilities of how the coupling factor for an arrangement according to FIG. 2 can be finely adjusted.
  • An annular ferromagnetic sheet 10 with a radially inward nose 10a is placed on an end face of the tube section 6.
  • a ferromagnetic sheet metal flag 11 is pivotally attached, which increases the coupling factor when approaching the nose 10a of the sheet 10 and decreases when turning away.
  • FIG. 5 shows an embodiment for fine adjustment according to FIG. 5, in that a ferromagnetic sheet metal flag 12 is rotatably mounted eccentrically to the pipe section 6 on or near the pipe section 6 and via the field that emerges from the pipe section 6. is rotated until the desired translation is available.
  • ferromagnetic screws 13 to deliberately influence the field profile and thus the flow distribution between the tube section 6 and the core rod 7 (FIG. 5).
  • Residual phase errors can be compensated for by suitable loading of the partial flows with metal parts in which eddy currents arise.
  • a ferrite cylinder or pot In order to concentrate the magnetic field outside the primary winding 1 (FIG. 2), a ferrite cylinder or pot can be pushed over this winding, which is slotted on the jacket side for the passage of the current leads 4 and 5.
  • the shielding pot advantageously consists of two shell halves 18 and 19, the contact surfaces 20 of the two shell halves 18 and 19, the longitudinal axis of the shielding pot 18, 19 and thus also the longitudinal axis of the tube section 6 (FIG. 2) lying in a common plane.
  • the two shell halves 18 and 19 are provided with cutouts 21 and 22 for carrying out the current leads 4, 5 (FIG. 2) of the flat conductor 1a and the connections of the windings 2 and 3.
  • the shell halves 18 and 19 are folded over the current transformer described. In this way, the inner converter part can also be connected to a current
  • FIG. 9a and 9b show an embodiment of a cylindrical shielding pot consisting of two shell parts 23 and 24, in which the contact surfaces 25 of the two shell parts 23 and 24 in one to the longitudinal axis of the shielding pot 23, 24 and thus to the longitudinal axis of the tube section 6 (Fig. 2) vertical plane.
  • the shell part 23 is designed as a pot and the shell part 24 as a lid.
  • a tubular pin 26 or 27 is formed on the inside of the circular end face of the shell part 23 or 24.
  • These pipe journals 26 and 27 together form the pipe section 6 (FIG. 2) for the purpose of flow division, an air gap 28 between the opposite end faces of the pipe journals 26, 27 ensuring shear of the magnetic circuit and thus preventing magnetic short-circuiting.
  • the hollow cylinder-shaped space 29 between the jacket of the shielding pot 23, 24 and the tubular pin 26, 27 serves to receive the primary winding 1 or the flat conductor 1a and the space 30 inside the tubular pin 26, 27 to accommodate the core rod 7, the Secondary winding 2 and the Detektorwic development 3.
  • 5 of the flat conductor 1 a is a breakthrough in the shielding pot 23, 24
  • the arrangement according to the invention is also suitable because of the small proportion of ferromagnetic material (iron powder, ferrite) for feeding a sawtooth signal of relatively high frequency into the winding 2, the zero crossings of the voltage at the detector winding in electronic multiplier arrangements using the so-called time division method 3 are immediately available as a duty cycle for controlling the second measurement variable.
  • ferromagnetic material iron powder, ferrite

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transformers For Measuring Instruments (AREA)
  • Measuring Instrument Details And Bridges, And Automatic Balancing Devices (AREA)

Description

Aktiver Stromwandler
Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven Stromwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art. '
Stromwandler mit elektronischer Fehler ompensation sind bekannt (DE-OS 2330048). Bei derartigen Stromwandlern ist der Kopplungs¬ faktor K, welcher einzig durch die magnetischen Leitwerte bestimmt ist, stets praktisch gleich eins. Dies wird durch den geschlossenen magnetischen Kreis erzielt, so dass das Uebersetzungsverhältnis des Wandlers durch das Verhältnis der Windungszahlen der Primär- und der Sekundärwic lung festgelegt ist. Ein verbleibender geringer Stromfehler wird durch die Kompensation des magnetischen Flusses eliminiert. Bei grossen Uebersetzungsverhältnissen mit entsprechend hohen Durchflutungen erfordert der vorstehend beschriebene Strom¬ wandler einen erheblichen Material- und Raumbedarf, da der gesamte primäre Fluss kompensiert werden uss.
Besonders beim Messen der Stromstärken grosser Wechselströme werden von der Primärwicklung erheblich grössere Durchflutungen erzeugt als mit ferromagnetischem Kern ausgerüstete Wandler für eine ein¬ wandfreie Funktion des Magnetkerns benötigen. Zur Verringerung des hierdurch bedingten Aufwandes an Magnetkernmaterial sowie des Raum- und Kostenbedarfs sind Wandler bekannt, deren Magnetkern nur einen Teil des den Messstrom führenden Leiterquerschnittes umfasst. Be¬ sondere Probleme ergeben sich dabei hinsichtlich der relativ grossen Temperaturabhängigkeit und der Notwendigkeit, prinzipbedingte Phasen¬ fehler zwischen Primär- und Sekundärstrom durch besondere Massnah- men zu eliminieren.
Weiterhin ist ein aktiver Stromwandler bekannt, bei dem der zu mes¬ sende Strom auf zwei voneinander getrennte Leiter aufgeteilt ist, welche zur Bildung der Primärwicklung einander gegensinnig gewickelt sind und deren Widerstandswerte sich voneinander unterscheiden (DE-OS 31 40544).
./.
OMPI
' Ausserdem sind aktive Stromwandler bekannt, die auf ferromagnetisehe Kerne vollständig verzichten (DE-OS 28 12303), und bei denen die sekundäre Wicklung als Toroid ausgeführt ist, durch den der primäre, den Messstrom führende Leiter hindurchtritt. Obwohl solche Wandler relativ genau arbeiten, ist deren mechanischer Aufbau für eine Massen¬ produktion zu aufwendig.
Bei den bekannten Stro wandlern wird zwischen der primären sowie der sekundären Wicklung stets der Kopplungsfaktor K = 1 angestrebt, wobei das Uebersetzungsverhältnis allein durch das Verhältnis der Windungszahlen dieser Wicklungen bestimmt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stromwandler zu schaffen, der gegenüber den bekannten Anordnungen bei wenigstens gleichen messtechnischen Eigenschaften einfacher aufgebaut und kosten¬ günstiger hergestellt werden kann.
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmate. Zweckmässige Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
Bei dem erfindungsgemässen Stromwandler wird das Stromübersetzungs¬ verhältnis im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen nicht aus- schliesslich durch das Verhältnis der Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung, sondern ausserdem in erheblichem Masse durch den Kopplungsfaktor festgelegt, welcher das Verhältnis von Teil- fluss zu Gesamtftuss angibt. Durch die Wahl eines wesentlich unter eins Liegenden Kopplungsfaktors kann das Uebersetzungsverhältnis ohne Aenderung der Windungszahleπ in weiten Grenzen eingestellt werden, so dass die Sekundär- und Detektorwicklung vergleichsweise klein ausgeführt werden können. Während bei den bekannten Wandlern ein Kopplungsfaktor K = 1 angestrebt wird, ist bei der Erfindung von diesem Wert deutlich abzuweichen, um die gewünschten hohen Ueber- setzungsverhältnisse mit Hilfe des Kopplungsfaktors, also der sekun- därseitigen Teilflusserfassung, einzustellen. Die Kompensation des Stromfehlers erfolgt auch beim neuen Wandler in bekannter Weise
./. durch Wahl einer geeigneten Verstärkung.
Bei einer Anordnung ohne ferromagnetisches Material wird der Kopp¬ lungsfaktor durch einen ausreichend grossen geometrischen Abstand zwischen Primär- und Detektorwic lung bzw. Sekundärwicklung erreicht. Bei Einsatz ferromagnetischer Werkstoffe wird der Kopplungsfaktor ausserdem durch die Permeabilität dieser Werkstoffe beeinflusst.
Der erfindungsgemässe Stromwandler mit hoher Stromübersetzung zeich- net sich gegenüber den bekannten Anordnungen in erster Linie durch weitere erhebliche Vereinfachungen, durch Ünempfindlichkeit gegen¬ über Temperaturänderungen und durch geringe Phasenfehler aus. Wei¬ tere Vorteile sind die Möglichkeit des einfachen Zusammenbaues des Primärleiters mit den anderen notwendigen Bauteilen durch Einbringen (Einstecken) dieser Teile in das Magnetfeld des im Primärleiter fliessenden Stromes, so dass beispielsweise das Auswechseln dieser Bauteile auch vorgenommen werden kann, ohne den Primärstromkreis öffnen zu müssen, und" die uneingeschränkte Funktion beim Vorhanden¬ sein von Gleichstromanteilen im Primär- und Sekundärkreis. Darüber- hinaus ist die Anwendung der erfindungsgemässen Anordnung mit den bekannten Schaltungen digitaler Flusskompensation im Sekundärkreis sowie die bekannte Austastung des magnetischen Flusses mit Sägezahn¬ signalen besonders geeignet, da wegen der geringen Impedanz der Sekundärwicklung die Frequenz der Ausmesszyklen relativ hoch gewählt werden kann. Je nach Anwendungsfall kann der neue Stromwandler mit oder ohne Ferromagnetika ausgerüstet sein. Der neue Wandler eignet sich besonders für die Verwendung in Elektrizitätszählern für ein- und mehrphasigen Wechselstrom.
Nachfolgend werden das Prinzip der Erfindung und einige Ausführungs¬ beispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1a eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemässen
Stromwandlers, -Fig. 1b das Prinzipschaltbild eines bekannten kompen¬ sierten Stromwandlers,
./.
OMPI Fig. 2 einen Stromwandler mit einem Flachleiter,
Fig. 3a eine Stirnansicht des Wandlers gemäss der Fig. 2 mit einer Vorrichtung zur Einstellung des Kopplungsfaktors,
Fig. 3b einen Längsschnitt durch den Wandler nach der Fig. 3a,
Fig. 4 eine Stirnansicht des Wandlers nach der Fig. 2 mit einer gegenüber der Fig. 3a und 3b verän¬ derten Vorrichtung zur Einstellung des Kopp¬ lungsfaktors,
Fig. 5 eine Stirnansicht des Wandlers nach der Fig. 2 mit zwei weiteren Vorrichtungen zur Einstellung des Kopplungsfaktors,
Fig. 6 eine Stirnansicht des Wandlers mit einer Ein¬ richtung zur Verminderung des Einflusses von äusseren Fremdfeldern,
Fig. 7 einen Schnitt durch den Wandler gemäss der Fig. 6 längs der Linie VII - VII,
Fig. 8a eine Seitenansicht eines Abschirmtopfes,
Fig. 8b den Abschirmtopf nach der Fig. 8a in der Stirn¬ ansicht, teilweise im Schnitt,
Fig. 9a eine Seitenansicht eines weiteren Abschirm¬ topfes und
Fig. 9b einen Schnitt durch den Abschirmtopf gemäss der Fig. 9a längs der Linie A - A.
Fig 1a stellt die Erfindung in allgemeinster Art dar. Es handelt sich um die Anordnung einer Gegeninduktivität, bestehend aus einer den zu messenden Wechselstrom I- führenden Primärwicklung 1 mit der Windungszahl W.., durch deren Windungsfl che der magnetische Fluss JET. tritt, und einer Detektorwicklung 3, die vom Teilfluss „K,, d.h. von einem Teil des Flusses^ durchsetzt wird, während der andere Te l^.. als Streufluss die Wicklung 3 nicht durchsetzt. Eine Sekundärwicklung 2 mit der Windungszahl W~ ist mit der Wicklung 3 relativ fest gekoppelt.
./.
OMPI Beim Vorhandensein des Teilflusses ~~ wird, wie bei kompensier¬ ten Stromwandlern bekannt (Fig. 1b), die in der Detektorwicklung 3 induzierte Spannung einer Verstärkeranordnung V zugeführt, die in der Sekundärwicklung 2 einen solchen Strom I2 aufbaut, dass der Teilfluss j3T13, der die Detektorwicklung 3 durchsetzt, bei üblicher¬ weise hoher Verstärkung praktisch vollständig kompensiert wird, wobei der Kopplungsfaktor von der Verstärkung nicht beeinflusst wird. Der sekundäre Messstrom I~ ist dann sehr genau de zu messenden Strom l. in der Wicklung 1 proportional. Der erfindungsge ässe Strom- wandler benutzt zur Erhöhung des Uebersetzungsverhältnisses einen Kopplungsfaktor K, der wesentlich kleiner als eins ist. Er ergibt sich gemäss der Fig. 1a zu K = ja ,/ . und führt zu einem Ueberset¬ zungsverhältnis
1 w2 I /I = — • — • l17l2 K W1
Die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Stromwandlers mit ferromagnetischem Material dar. Der Wandler weist einen den zu messenden Strom führenden Flachleiter 1a auf, welcher mit Stromzuführungen 4 und 5 versehen ist und die Primärwicklung 1 mit nur einer Windung W.. bildet. Der Flachleiter 1a umschliesst einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Rohrabschnitt 6, welcher seinerseits einen ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden zylindrischen ferromagnetisehen Kernstab 7 konzentrisch umfasst, auf dem die Wicklungen 3 und 2 aufgebracht sind. Zwischen den beiden Schenkeln des Flachleiters 1a im Bereich der Stromzufüh¬ rungen 4 und 5 und zwischen der vom Flachleiter 1a gebildeten zylin¬ drischen Primärwicklung 1 und dem ferromagnetisehen Rohrabschnitt 6 befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht 9. Der ferromagne¬ tisehe Kernstab 7 mit den Wicklungen 3 und 2 ist gegenüber de Rohr¬ abschnitt 6 im Ringraum 8 entweder mit Isolationsmasse ausgefüllt oder durch andere mechanische Mittel fixiert.
Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Das vom zu messenden Strom I_, erzeugte Magnetfeld wird in der zylindrischen Primärwick¬ lung 1 durch den ferromagnetisehen Rohrabschnitt 6 und den ferro- magnetischen Kernstab 7 definiert in zwei magnetische Flüsse auf-
./. geteilt, deren Verhältnis zueinander weitgehend von den magnetischen Leitfähigkeiten der beiden ferromagnetischen Teile 6 und 7 bestimmt wird. Folglich wird bei gleichem ferromagnetischem Material (bei¬ spielsweise Ferritmaterial) und radialsymmetrischer Anordnung des Kernstabes 7 im Rohrabschnitt 5 bei gleicher Länge der Te le 6 und 7 das Teilungsverhältnis der magnetischen Flüsse und damit der Kopp¬ lungsfaktor K weitgehend vom Verhältnis der senkrecht zur Röhren¬ bzw. Stablängsachse liegenden radialen Schnittflächen bestimmt. Der Kopplungsfaktor K kann durch Kürzen des Kernstabes 7 bei gleich- bleibender Länge des Rohrabschnittes 6 weiter verringert werden. Eine Veränderung des Kopplungsfaktors kann u.a. auch durch Verschie¬ ben des Kernstabes 7 in seiner Längsrichtung erfolgen.
Eine Verkleinerung des Kopplungsfaktors ist gemäss den Fig. 3a und 3b auch dadurch zu erreichen, dass man den Kernstab 7 mit den Wick¬ lungen 3 und 2 gegenüber dem Rohrabschnitt 6 in eine Winkelläge dreht, so dass die Wicklung 3 nur einen Teil des maximal erfassbaren magnetischen Flusses durchsetzt.
In der Fig. 4 ist eine von vielen Möglichkeiten gezeigt, wie der Kopplungsfaktor für eine Anordnung nach der Fig. 2 fein justiert werden kann. Auf ein stirnseitiges Ende des Rohrabschnittes 6 ist ein kreisringförmiges ferromagnetisches Blech 10 mit einer radial nach innen gerichteten Nase 10a aufgesetzt. Auf der entsprechenden Stirnseite des ferromagnetischen Kernstabes 7 ist eine ferromagne¬ tisehe Blechfahne 11 verschwenkbar aufgesetzt, die bei Annäherung an die Nase 10a des Bleches 10 den Kopplungsfaktor erhöht und beim Wegdrehen erniedrigt. Die gleiche Wirkung erreicht man mit einer Ausführung zum Feinabgleich nach der Fig. 5, indem eine ferromagne- tische Blechfahne 12 exzentrisch zum Rohrabschnitt 6 auf oder in der Nähe des Rohrabschnittes 6 drehbar gelagert ist und über das Feld, das aus dem Rohrabschnitt 6 austritt, gedreht wird, bis die gewünschte Uebersetzung vorhanden ist. Daneben gibt es die Möglich¬ keit, mit ferromagnetischen Schrauben 13 den Feldverlauf und damit die Flussaufteilung zwischen dem Rohrabschnitt 6 und dem Kernstab 7 feinfühlig zu beeinflussen (Fig. 5).
./. Restphasenfehler können durch geeignete Belastung der Teilflüsse mit Metallteilen, in denen Wirbelströme entstehen,, ausgeglichen werden.
Zur Konzentration des ausserhalb der Primärwicklung 1 (Fig. 2) be¬ findlichen Magnetfeldes kann über diese Wicklung ein Ferritzylinder oder -topf geschoben werden, der für den Durchgang der Stromzufüh¬ rungen 4 und 5 an der Mantelseite geschlitzt ist.
Für sehr genaue Messungen ist es zweckmässig, äussere Fremdfelder, insbesondere solche, die in axialer Richtung der Röhrenanordnung' das Nutzfeld überlagern, abzuschirmen. Dazu sind gemäss den Fig.
6 und 7 die Längen des Rohrabschnittes 6 und des Kernstabes 7 mit den Wicklungen 3 und 2 kürzer als die axiale Länge der vom Flach- leiter 1a gebildeten zylindrischen Primärwicklung 1 auszuführen und die stirnseitigen Enden der Primärwicklung 1 mit kreisförmigen ferromagnetischen Deckeln 16 und 17 abzuschliessen, wobei diese Deckel über die unmagnetischen Scheiben 14 und 15 im Abstand von den ferromagnetischen Teilen 5 und 7 gehalten sind. Hierdurch können alle innerhalb des Ringabschnittes des Flachleiters 1a befindlichen Teile - ggf. inklusive Elektronikelemente - als gemeinsamer Block in das Leiterrohr eingeschoben werden.
Bei hohen äusseren Fremdfeldern ist es zweckmässig, die Primärwick- lung 1, die Wicklungen 2 und 3, den Rohrabschnitt 6 und den Stabkern
7 in einem weitgehend geschlossenen, vorteilhaft zylinderförmigen Abschirmtopf aus ferromagnetischem Material gemäss den Fig. 8a und 8b anzuordnen. Hierbei besteht der Abschirmtopf vorteilhaft aus zwei Schalenhälften 18 und 19, wobei die Berührungsflächen 20 der beiden Schalenhälften 18 und 19, die Längsachse des Abschirmtopfes 18, 19 und somit auch die Längsachse des Rohrabschnittes 6 (Fig. 2) in einer gemeinsamen Ebene liegen. Die beiden Schalenhälften 18 und 19 sind mit Aussparungen 21 und 22 zur Durchführung der Strom¬ zuführungen 4, 5 (Fig. 2) des Flachleiters 1a und der Anschlüsse der Wicklungen 2 und 3 versehen. Beim Zusammenbau werden die Schalen¬ hälften 18 und 19 über den beschriebenen Stromwandler geklappt. Auf diese Weise kann der innere Wandlerteil auch bei stromführendem
./.
OMPI Flachleiter 1a am Betriebsort ausgewechselt werden.
Die Fig. 9a und 9b zeigen ein Ausführungsbeispiel eines aus zwei Schalenteilen 23 und 24 bestehenden zylinderförmigen Abschirmtopfes, bei dem die Berührungsflächen 25 der beiden Schalenteile 23 und 24 in einer zur Längsachse des Abschirmtopfes 23, 24 und somit zur Längsachse des Rohrabschnittes 6 (Fig. 2) senkrechten Ebene liegen. Im dargestellten Beispiel ist der Schalenteil 23 als Topf und der Schalenteil 24 als Deckel ausgebildet. An der Innenseite der kreis¬ förmigen Stirnfläche des Schalenteils 23 bzw. 24 ist ein Rohrzapfen 26 bzw. 27 angeformt. Diese Rohrzapfen 26 und 27 bilden zusammen den Rohrabschnitt 6 (Fig. 2) zum Zweck der Flussteilung, wobei ein Luftspalt 28 zwischen den einander gegenüberliegenden Stirnflächen der Rohrzapfen 26, 27 für eine Scherung des magnetischen Kreises sorgt und somit einen magnetischen Kurzschiuss verhindert. Der hohl- zylinderför ige Raum 29 zwischen dem Mantel des Abschirmtopfes 23, 24 und den Rohrzapfen 26, 27 dient der Aufnahme der Primärwicklung 1 bzw. des Flachleiters 1a und der Raum 30 im Innern der Rohrzapfen 26, 27 der Aufnahme des Kernstabes 7, der Sekundärwicklung 2 und der Detektorwic lung 3. Zur Durchführung der Stromzuführungen 4, 5 des Flachleiters 1a ist im Abschirmtopf 23, 24 ein Durchbruch
31 und zur Durchführung der Spulendrähte zum Raum 30 ein Durchbruch
32 vorgesehen.
Es wurde gefunden, dass der Kopplungsfaktor K und die Linearität des beschriebenen Stromwandlers hauptsächlich durch die Grössenverhält- nisse Bp : Lm, Lm : L„s und D„p : Dmm bestimmt sind. Dabei bedeuten
B Breite des Flachleiters 1a P
L Länge des Rohrabschnittes 6 m a
L Länge der röhrenförmigen Wicklungen 2 und 3
D Innendurchmessen der durch den Flachleiter 1a gebildeten Röhre und
D„m Aussendurchmesser des Rohrabschnittes 6. ./. Der günstigste Kompromiss zwischen kleinem Kopplungsfaktor K bei zugleich grossem Wickelraum einerseits und guter Linearität anderer¬ seits erg aibt sich bei Bp : Lm = 2:1, Lm = Ls„ und Dp : Dm^ 2:1.
Die erfindungsgemässe Anordnung eignet sich auch wegen des geringen Anteils an ferromagnetischem Material (Eisenpulver, Ferrit) zur Einspeisung eines Sägezahnsignals relativ hoher Frequenz in die Wicklung 2, wobei bei elektronischen Multiplizieranordnungen nach dem sog. Time-Division-Verfahren die Nulldurchgänge der Spannung an der Detektorwicklung 3 als Tastverhältnis für die Steuerung der zweiten Messgrösse unmittelbar verfügbar sind.
/ .

Claims

P A T E N T A N S P U E C H E
1. Aktiver Stromwandler mit einer den zu messenden Strom I.. führen¬ den Primärwicklung mit der Windungszahl W-, einer den Messstrom I2 führenden Sekundärwicklung mit der Windungszahl W«, sowie einer mit der Sekundärwicklung praktisch fest gekoppelten Detektorwick¬ lung, deren induzierte Spannung mittels eines RegelVerstärkers in der Sekundärwicklung einen Strom erzeugt, dessen magnetischer Fluss den die Detektorwicklung durchsetzenden magnetischen Fluss kompen- siert, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorwicklung (3) zur Erzeugung eines grossen Stromübersetzungsverhältnisses
I ~ K W1 einen magnetischen Teilfluss ja'..- des von
der Primärwicklung (1) erzeugten magnetischen Flusses £f- erfasst, wobei der durch das Verhältnis des Teilflussses zum Gesamtflu: J0 bestimmte Kopplungsfaktor K wesentlich kleiner als eins ist.
2. Stromwandler nach Anspruch 1 mit ferromagnetischem Material und mit einem den zu messenden Strom I_. führenden, zu einer Röhre geformten Flachleiter mit radial nach aussen weisenden Stromzufüh¬ rungen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Leiterröhre ein ferromagnetischer Rohrabschnitt (6; 26, 27) angeordnet ist, welcher einen die ebenfalls röhrenförmige Sekundärwicklung (2) und Detek¬ torwicklung (3) tragenden ferromagnetischen Stabkern (7) umschliesst.
3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feineinstellung des Uebersetzungsverhältnisses sowohl der ferroma- gnetische Rohrabschnitt (6) als auch der Kernstab (7) unmittelbar oder über magnetische leitende Zusatzteile geometrische und damit magnetische Unsymmetrien aufweisen, die durch deren Formgebung (10, 11) oder beispielsweise durch Blechfahnen (12) oder Schrauben (13) gebildet sind (Fig. 4 bzw. 5).
4. Stromwandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Verkleinerung des Kopplungsfaktors K die Windungsflächen der Detektorwicklung (3) und der Sekundärwick- lung (2) gegenüber der Richtung des Magnetfeldes des Stromes l* in der Primärwicklung (1) um einen Winkel (α ) verdrehbar sind.
5 5. Stromwandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verminderung des Einflusses von äusseren Fremdfeldern der ferromagnetisehe Rohrabschnitt (6) und der Kernstab (7) mit den Wicklungen (3; 2) kürzer als die axiale Länge der vom Flachleiter (1a) gebildeten Primärwicklung (1) ist, und Deckel (16; 17) aus
10 magnetisch leitendem Abschirmmaterial den Rohrabschnitt (6) jeweils stirnseitig abschliessen.
6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass die Primärwicklung (1), die Sekundärwicklung (2), 5 die Detektorwicklung (3), der Rohrabschnitt (6; 26, 27) und der Stabkern (7) in einem Abschirmtopf (18, 19; 23, 24) aus ferroma- gnetischem Material angeordnet sind.
7. Stromwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der 2Q Abschirmtopf (18, 19) aus zwei Schalenhälften (18; 19) besteht und dass die Berührungsflächen (20) der beiden Schalenhälften (18; 19) und die Längsachse des Rohrabschnittes (6) in einer gemeinsamen Ebene liegen.
25 8. Stromwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschirmtopf (23, 24) aus zwei Schalenteilen (23, 24) besteht, deren Berührungsflächen (25) in einer zur Längsachse des Rohrabschnittes (6; 26, 27) senkrechten Ebene liegen.
30 9. Stromwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrabschnitt aus zwei Rohrzapfen (26; 27) besteht, die an je einem der Schalenteile (23; 24) angeformt und durch einen Luftspalt (28) voneinander getrennt sind.
35 10. Stromwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass das Verhältnis der Breite des Flachleiters (1a) zur Länge des Rohrabschnittes (6) annähernd 2:1 ist.
OMPI
11. Stromwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohrabschnittes (6) annähernd gleich der Länge der röhrenförmigen Sekundärwicklung (2) und Detektorwicklung (3) ist.
12. Stro wandler nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Innendurchmessers der durch den Flachteiter (1a) gebildeten Röhre zum Aussendurchmesser des Rohrabschnittes (6; 26, 27) gleich oder kleiner als 2:1 ist.
,/.
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