EP0144347B1 - Aktiver stromwandler - Google Patents

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EP0144347B1
EP0144347B1 EP84901762A EP84901762A EP0144347B1 EP 0144347 B1 EP0144347 B1 EP 0144347B1 EP 84901762 A EP84901762 A EP 84901762A EP 84901762 A EP84901762 A EP 84901762A EP 0144347 B1 EP0144347 B1 EP 0144347B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
winding
current
current transformer
transformer according
tube portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
EP84901762A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0144347A1 (de
Inventor
Richard Friedl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Building Technologies AG
Deutsche Zaehler-Gesellschaft Nachf A Stepper & Co (gmbh & Co)
Original Assignee
LGZ Landis and Gyr Zug AG
Deutsche Zaehler-Gesellschaft Nachf A Stepper & Co (gmbh & Co)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LGZ Landis and Gyr Zug AG, Deutsche Zaehler-Gesellschaft Nachf A Stepper & Co (gmbh & Co) filed Critical LGZ Landis and Gyr Zug 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 current transformer of the type specified in the preamble of claim 1.
  • the primary winding generates significantly larger floods 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. Particular problems arise with regard to the relatively large temperature dependency and the need to eliminate principle-related phase errors between the primary and secondary currents by special measures.
  • 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-A-31 40 544).
  • active current transformers which completely dispense with ferromagnetic cores (DE-A-28 12 303) and in which the secondary winding is designed as a toroid through which the primary conductor carrying the measuring current passes.
  • the invention has for its object to provide a current transformer which, compared to the known arrangements with at least the same metrological properties, can be constructed more simply and manufactured more cost-effectively.
  • the current transformation ratio is not determined exclusively 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 coupling factor which indicates the ratio of partial flow to total flow.
  • the current error is also compensated for in the new converter in a known manner by selecting a suitable amplification.
  • the coupling factor is achieved by a sufficiently large geometric distance between the primary and detector windings or secondary windings.
  • 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 low 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 having to open the primary circuit, and the unrestricted function in the presence of DC components in the primary and secondary circuit.
  • the use of the arrangement according to the invention with the known circuits of digital ' flux compensation in the secondary circuit and the known blanking of the magnetic flux with sawtooth signals is particularly suitable since the frequency of the measurement cycles is chosen to be relatively high due to the low impedance of the secondary winding can.
  • the new current transformer can be equipped with or without ferromagnetics.
  • the new converter is particularly suitable for use in electricity meters for single and multi-phase alternating current.
  • 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 1 1 to be measured with the number of turns W 1 , through the surface of which the magnetic flux 0 1 passes, and a detector winding 3, which is crossed by the partial flow 0 13 , ie by a part of the flow 0 1 , while the other part 0 11 does not pass through the winding 3 as a stray flux.
  • a secondary winding 2 with the number of turns W 2 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 1 2 in the secondary winding 2 such that the partial flow 0 13 , which passes through the detector winding 3, is usually completely compensated for with usually high amplification, the coupling factor not being influenced by the amplification.
  • the secondary measuring current 1 2 is then very precisely proportional to the current 1 1 to be measured in the winding 1.
  • the transformer has a flat conductor 1 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 1 .
  • the flat conductor 1 a encloses 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.
  • the ferromagnetic core rod 7 with the windings 3 and 2 is opposite to that 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 1 1 to be measured is divided in the cylindrical primary winding 1 by the ferromagnetic tube section 6 and the ferromagnetic core rod 7 into two magnetic fluxes, the relationship of which largely depends on the magnetic conductivities of the two ferromagnetic Parts 6 and 7 is determined. Consequently, with the same ferromagnetic material (for example ferrite material) and radially symmetrical arrangement of the core rod 7 in the tube section 6 with the same length of the parts 6 and 7, the division ratio of the magnetic fluxes and thus the coupling factor K largely depends on the ratio of the radial axis perpendicular to the tube or rod longitudinal axis Cut surfaces determined. The coupling factor K can be further reduced by shortening the core rod 7 while maintaining the length of the tube section 6. The coupling factor can also be changed by moving the core rod 7 in its longitudinal direction.
  • a reduction in the coupling factor according to FIGS. 3a and 3b can also be achieved in that the core rod 7 with the windings 3 and 2 is opposite the Pipe section 6 rotates into an angular position, so that the winding 3 passes through 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 inwardly directed 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 is rotated over the field that emerges from the pipe section 6 until the desired translation is available.
  • ferromagnetic screws 13 there is the possibility of using ferromagnetic screws 13 to delicately 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 can be pushed over this winding, which is slotted on the jacket side for the passage of the current leads 4 and 5.
  • the lengths of the tube section 6 and the core rod 7 with the windings 3 and 2 are shorter than the axial length of the cylindrical primary winding 1 formed by the flat conductor 1 and the bull-side ends of the primary winding 1 with cresiform ferromagnetic covers 16 and 17 to complete, these covers being held at a distance from the ferromagnetic parts 6 and 7 via the non-magnetic disks 14 and 15.
  • all the parts located within the ring section of the flat conductor 1 a - possibly including electronic elements - can be pushed into the conductor tube as a common block.
  • the primary winding 1, the windings 2 and 3, the tube section 6 and the rod core 7 in a largely closed, advantageously cylindrical shielding pot made of ferromagnetic material according to FIGS. 8a and 8b.
  • 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 be replaced at the operating location even with current-carrying flat conductor 1.
  • 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 lie in one with respect 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 a magnetic short circuit.
  • the hollow cylindrical 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 detector winding 3.
  • a cut-out 31 is provided in the shielding pot 23, 24 for carrying out the current leads 4, 5 of the flat conductor 1 a and a cut-out 32 for carrying out the coil wires to the space 30.
  • the arrangement according to the invention is also suitable because of the low feed of a 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.
  • a 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

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen aktiven Stromwandler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
  • Stromwandler mit elektronischer Fehlerkompensation sind bekannt (DE-A-23 30 048). Bei derartigen Stromwandlern ist der Kopplungsfaktor 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 Sekundärwicklung 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 Stromwandler einen erheblichen Material- und Raumbedarf, da der gesamte primäre Fluss kompensiert werden muss.
  • Besonders beim Messen der Stromstärken grosser Wechselströme werden von der Primärwicklung erheblich grössere Durchflutungen erzeugt als mit ferromagnetischem Kern ausgerüstete Wandler für eine einwandfreie 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. Besondere Probleme ergeben sich dabei hinsichtlich der relativ grossen Temperaturabhängigkeit und der Notwendigkeit, prinzipbedingte Phasenfehler zwischen Primär- und Sekundärstrom durch besondere Massnahmen zu eliminieren.
  • Weiterhin ist ein aktiver Stromwandler bekannt, bei dem der zu messende Strom auf zwei voneinander getrennte Leiter aufgeteilt ist, welche zur Bildung der Primärwicklung einander gegensinnig gewickelt sind und deren Widerstandswerte sich voneinander unterscheiden (DE-A-31 40 544).
  • Ausserdem sind aktive Stromwandler bekannt, die auf ferromagnetische Kerne vollständig verzichten (DE-A-28 12 303), 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 Massenproduktion zu aufwendig.
  • Bei den bekannten Stromwandlern 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 kostengünstiger hergestellt werden kann.
  • Die Lösung der Aufgabe gelingt durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Zweckmässige Ausführungsformen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
  • Bei dem erfindungsgemässen Stromwandler wird das Stromübersetzungsverhältnis im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen nicht ausschliesslich durch das Verhältnis der Windungszahlen der Primär- und Sekundärwicklung, sondern ausserdem in erheblichem Masse durch den Kopplungsfaktor festgelegt, welcher das Verhältnis von Teilfluss zu Gesamtfluss angibt. Durch die Wahl eines wesentlich unter eins liegenden Kopplungsfaktors kann das Uebersetzungsverhältnis ohne Aenderung der Windungszahlen 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 Uebersetzungsverhältnisse mit Hilfe des Kopplungsfaktors, also der sekundärseitigen 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 Kopplungsfaktor durch einen ausreichend grossen geometrischen Abstand zwischen Primär- und Detektorwicklung bzw. Sekundärwicklung erreicht. Bei Einsatz ferromagnetischer Werkstoffe wird der Kopplungsfaktor ausserdem durch die Permeabilität dieser Werkstoffe beeinflusst.
  • Der erfindungsgemässe Stromwandler mit hoher Stromübersetzung zeichnet sich gegenüber den bekannten Anordnungen in erster Linie durch weitere erhebliche Vereinfachungen, durch Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturänderungen und durch geringe Phasenfehler aus. Weitere 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 Vorhandensein von Gleichstromanteilen im Primär- und Sekundärkreis. Darüberhinaus ist die Anwendung der erfindungsgemässen Anordnung mit den bekannten Schaltungen digitaler' Flusskompensation im Sekundärkreis sowie die bekannte Austastung des magnetischen Flusses mit Sägezahnsignalen 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 Ausführungsbeispiele anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1a eine Prinzipdarstellung des erfindungsgemässen Stromwandlers,
    • Fig. 1b das Prinzipschaltbild eines bekannten kompensierten Stromwandlers,
    • 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 veränderten Vorrichtung zur Einstellung des Kopplungsfaktors,
    • 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 Einrichtung 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 Stirnansicht, teilweise im Schnitt,
    • Fig. 9a eine Seitenansicht eines weiteren Abschirmtopfes 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 11 führenden Primärwicklung 1 mit der Windungszahl W1, durch deren Windungsfläche der magnetische Fluss 01 tritt, und einer Detektorwicklung 3, die vom Teilfluss 013, d.h. von einem Teil des Flusses 01 durchsetzt wird, während der andere Teil 011 als Streufluss die Wicklung 3 nicht durchsetzt. Eine Sekundärwicklung 2 mit der Windungszahl W2 ist mit der Wicklung 3 relativ fest gekoppelt.
  • Beim Vorhandensein des Teilflusses 013 wird, wie bei kompensierten Stromwandlern bekannt (Fig. 1 b), die in der Detektorwicklung 3 induzierte Spannung einer Verstärkeranordnung V zugeführt, die in der Sekundärwicklung 2 einen solchen Strom 12 aufbaut, dass der Teilfluss 013, der die Detektorwicklung 3 durchsetzt, bei üblicherweise hoher Verstärkung praktisch vollständig kompensiert Wird, wobei der Kopplungsfaktor von der Verstärkung nicht beeinflusst wird. Der sekundäre Meßstrom 12 ist dann sehr genau dem zu messenden Strom 11 in der Wicklung 1 proportional. Der erfindungsgemässe Stromwandler benutzt zur Erhöhung des Uebersetzungsverhältnisses einen Kopplungsfaktor K, der wesentlich kleiner als eins ist. Er ergibt sich gemäss der Fig. 1 a zu K = 013101 und führt zu einem Uebersetzungsverhältnis
    Figure imgb0001
  • Die Fig. 2 stellt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Stromwandlers mit ferromagnetischem Material dar. Der Wandler weist einen den zu messenden Strom führenden Flachleiter 1 auf, welcher mit Stromzuführungen 4 und 5 versehen ist und die Primärwicklung 1 mit nur einer Windung W1 bildet. Der Flachleiter 1 a umschliesst einen aus ferromagnetischem Material bestehenden Rohrabschnitt 6, welcher seinerseits einen ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden zylindrischen ferromagnetischen Kernstab 7 konzentrisch umfasst, auf dem die Wicklungen 3 und 2 aufgebracht sind. Zwischen den beiden Schenkeln des Flachleiters 1a im Bereich der Stromzuführungen 4 und 5 und zwischen der vom Flachleiter la gebildeten zylindrischen Primärwicklung 1 und dem ferromagnetischen Rohrabschnitt 6 befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht 9. Der ferromagnetische Kernstab 7 mit den Wicklungen 3 und 2 ist gegenüber dem Rohrabschnitt 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 11 erzeugte Magnetfeld wird in der zylindrischen Primärwicklung 1 durch den ferromagnetischen Rohrabschnitt 6 und den ferromagnetischen Kernstab 7 definiert in zwei magnetische Flüsse aufgeteilt, deren Verhältnis zueinander weitgehend von den magnetischen Leitfähigkeiten der beiden ferromagnetischen Teile 6 und 7 bestimmt wird. Folglich wird bei gleichem ferromagnetischem Material (beispielsweise Ferritmaterial) und radialsymmetrischer Anordnung des Kernstabes 7 im Rohrabschnitt 6 bei gleicher Länge der Teile 6 und 7 das Teilungsverhältnis der magnetischen Flüsse und damit der Kopplungsfaktor K weitgehend vom Verhältnis der senkrecht zur Röhren- bzw. Stablängsachse liegenden radialen Schnittflächen bestimmt. Der Kopplungsfaktor K kann durch Kürzen des Kernstabes 7 bei gleichbleibender Länge des Rohrabschnittes 6 weiter verringert werden. Eine Veränderung des Kopplungsfaktors kann u.a. auch durch Verschieben 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 Wicklungen 3 und 2 gegenüber dem Rohrabschnitt 6 in eine Winkellage 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 ferromagnetische 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 ferromagnetische 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 Möglichkeit, 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) befindlichen Magnetfeldes kann über diese Wicklung ein Ferritzylinder oder -topf geschoben werden, der für den Durchgang der Stromzuführungen 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 Flachleiter 1 gebildeten zylindrischen Primärwicklung 1 ausführen und die stierseitigen Enden der Primärwicklung 1 mit kresiförmigen ferromagnetischen Deckeln 16 und 17 abzuschliessen, wobei diese Deckel über die unmagnetischen Scheiben 14 und 15 im Abstand von den ferromagnetischen Teilen 6 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 Primärwicklung 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 Längsache 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 Stromzuführungen 4, 5 (Fig.2) des Flachleiters 1a und der Anschlüsse der Wicklungen 2 und 3 versehen. Beim Zusammenbau werden die Schalenhälften 18 und 19 über den beschrieben Stromwandler geklappt. Auf diese Weise kann der innere Wandlerteil auch bei stromführendem Flachleiter 1 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 kreisförmigen 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 Kurzschluss verhindert. Der hohlzylinderförmige 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 Detektorwicklung 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 Grössenverhältnisse B: Lm, Lm: Ls und Dp: Dm bestimmt sind. Dabei bedeuten
    • Bp Breite des Flachleiters 1a a
    • Lm Länge des Rohrabschnittes 6
    • Ls Länge der röhrenförmigen Wicklungen 2 und 3
    • Dp Innendurchmessen der durch den Flachleiter 1a gebildeten Röhre und
    • Dm Aussendurchmesser des Rohrabschnittes 6.
  • Der günstigste Kompromiss zwischen kleinem Kopplungsfaktor K bei zugleich grossem Wickelraum einerseits und guter Linearität andererseits ergibt sich bei B: Lm = 2:1, Lm = Ls und D: Dm ≦ 2:1.
  • Die erfindungsgemässe Anordnung eignet sich auch wegen des geringen Einspeisung eines 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 (12)

1. Aktiver Stromwandler mit einer den zu messenden Strom 11 führenden Primärwicklung mit der Windungszahl W1, einer den Meßstrom 12 führenden Sekundärwicklung mit der Windungszahl W2, sowie einer mit der Sekundärwicklung praktisch fest gekoppelten Detektorwicklung, deren induzierte Spannung mittels eines Regelverstärkers in der Sekundärwicklung einen Strom erzeugt, dessen magnetischer Fluss den die Detektorwicklung durchsetzenden magnetischen Fluss kompensiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektorwicklung (3) zur Erzeugung eines grossen Stromübersetzungsverhältnisses
Figure imgb0002
einen magnetischen Teilfluss 013 des von der Primärwicklung (1) erzeugten magnetischen Flusses 01 erfasst, wobei der durch das Verhältnis des Teilflußses 013 zum Gesamtfluss 01 bestimmte Kopplungsfaktor K wesentlich kleiner als eins ist.
2. Stromwandler nach Anspruch 1 mit ferromagnetischem Material und mit einem den zu messenden Strom 11 führenden, zu einer Röhre geformten Flachleiter mit radial nach aussen weisenden Stromzuführungen, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Leiterröhre ein ferromagnetischer Rohrabschnitt (6; 26, 27) angeordnet ist, welcher einen die ebenfalls röhrenförmige Sekundärwicklung (2) und Detektorwicklung (3) tragenden ferromagnetischen Stabkern (7) umschliesst.
3. Stromwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Feineinstellung des Uebersetzungsverhältnisses sowohl der ferromagnetische 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 Sekundärwicklung (2) gegenüber der Richtung des Magnetfeldes des Stromes 11 in der Primärwicklung (1) um einen Winkel (a) verdrehbar sind
5. Stromwandler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,dass zur Verminderung des Einflusses von äusseren Fremdfeldern der ferromagnetische Rohrabschnitt (6) und der Kernstab (7) mit den Wicklungen (3; 2) kürzer als die axiale Länge der vom Flachleiter (1 a) gebildeten Primärwicklung (1) ist, und Deckel (16; 17) aus magnetisch leitendem Abschirmmaterial den Rohrabschnitt (6) jeweils stirnseitig abschliessen.
6. Stromwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärwicklung (1), die Sekundärwicklung (2), die Detektorwicklung (3), der Rohrabschnitt (6; 26, 27) und der Stabkern (7) in einem Abschirmtopf (18, 19; 23, 24) aus ferromagnetischem Material angeordnet sind.
7. Stromwandler nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der 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.
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.
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.
10. Stromwandler nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breite des Flachleiters (1a) zur Länge des Rohrabschnittes (6) annähernd 2:1 ist.
11. Stromwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rohrabschnittes (6) annähernd gleich der Länge der öhrenförmigen Sekundärwicklung (2) und Detektorwicklung (3) ist.
12. Stromwandler nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, ass das Verhältnis des Innendurchmessers der durch den Flachleiter (1 a) gebildeten Röhre zum Aussendurchmesser des Rohrabschnittes (6; 26, 27) gleich oder kleiner als 2:1 ist.
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