FI90143B - Enligt kompensationsprincipen fungerande maetomvandlare foer stroem - Google Patents

Description

1 o n 1 /, 3

Kompensointiperiaatteella toimiva virran mittamuunnin Tämän hakemuksen kohteena on kompensointiperiaatteella toimiva virran mittamuunnin käsittäen 5 magneettisydämen, jolle on käämitty ensimmäinen käämitys mitattavaa virtaa varten ja toinen käämitys kom-pensointivirtaa varten ja välineet kompensointivirran suuruuden asettelemi-seksi siten, että sen magneettisydämeen synnyttämä mag-10 neettivuo kompensoi mitattavan virran siihen synnyttämän magneettivuon, jolloin näihin kompensointivirran asettelu-välineisiin sisältyy magneettisydäntä ympäröimään sovitettu magnetointikäämitys, välineet magnetointivirran synnyttämiseksi magnetointikäämitykseen, ilmaisin magnetointi-15 virran käyrämuodon symmetrisyyden ilmaisemiseksi ja siihen verrannollisen ohjaussignaalin kehittämiseksi ja integroiva vahvistinaste ohjaussignaalin vastaanottamiseksi ja kompensointivirran suuruuden asettelemiseksi sen perusteella.

20 Tasa- ja vaihtovirran mittaamiseen tarkoitetuissa mittamuuntimissa käytetään usein kompensointiperiaatetta, missä ensiökäämityksessä kulkevan virran magneettisydämeen aiheuttama vuo kompensoidaan toisiokäämitykseen syötetyllä virralla. Toisiovirran ohjaamiseksi on magneettipiiriin 25 sijoitettu anturi tai muu ilmaisin, joka havainnoi sydämen vuon nollakohtaa. Sydämessä vallitsee nollavuo, kun toi-siokäämiin syötetty virta kompensoi ensiökäämin virran aiheuttaman vuon. Korkeammilla taajuuksilla virtamuunnin voi toimia passiivisena virtamuuntajana, joten toisiokäämissä 30 kulkeva virta on laajalla taajuusalueella suoraan verrannollinen mitattavaan ensiökäämissä kulkevaan virtaan.

Johdantokappaleessa kuvatun kaltainen virran mittamuunnin tunnetaan periaatteessa esimerkiksi US-patentti-julkaisusta 4 482 862. Siinä ilmaisimena toimii suurella 35 taajuudella magnetoitava ikkunallinen magneettisydän, jon- 2 ° Γ' 1 Λ 3 ka avulla nollavuo ilmaistaan tarkkailemalla magneettisesti kyllästyvän sydänosan magnetointivirran käyrämuotoa. Laajakaistaisen toiminnan aikaansaamiseksi tämän julkaisun mukaiseen mittamuuntimeen on lisäksi sovitettu kaksi muuta 5 ikkunallista magneettisydäntä, näille sydämille sovitettuja käämityksiä sekä niihin liittyviä piirejä.

Johdantokappaleessa kuvattu virran mittamuunnin on esitetty oheisen piirustuksen kuviossa 1. Tässä kuviossa 1 esitetty virran mittamuunnin koostuu periaatteessa mag-10 neettipiiristä MC, johon kuuluu kyllästyvä sydänosa Cl, sekä niihin liittyvästä takaisinkytkentäjärjestelmästä. Mitattava virta lp kulkee magneettipiiriä MC ympäröivässä käämissä Np. Takaisinkytkentäjärjestelmä ohjaa piiriä, jonka muodostavat magneettipiiriä MC ympäröivä kompensoin-15 tikäämi Ns ja sen kanssa sarjaankytketty vastus RL, aiheuttaen siinä virran Is. Virrat lp ja Is aiheuttavat sydän-osassa Cl vuon joko suoraan tai magneettipiirin MC muiden osien välityksellä. Takaisinkytkentäjärjestelmän tarkoituksena on pitää virta Is sellaisessa arvossa, että sen 20 aiheuttama vuo sydänosassa Cl on yhtäsuuri ja vastakkaismerkkinen mitattavan virran lp siinä aiheuttaman vuon kanssa eli mainitut vuot kumoavat toisensa. Tällöin sy-dänosaa Cl magnetoivat ampeerikierrokset Nplp ja Nsls ovat yhtäsuuret, jolloin Is = Ip*(Np/Ns) ja vastuksen RL ylitse 25 vaikuttava lähtöjännite UO on verrannollinen mitattavaan virtaan lp.

Kuviossa 1 esitetyn mittamuuntimen toiminta perustuu sen asian indikointiin, eroaako sydänosan Cl mitattavan virran lp taajuinen vuokomponentti nollasta ja mihin 30 suuntaan. Tämä voi tapahtua syöttämällä vain sydänosaa Cl ympäröivälle käämille Nm edellä mainittuun taajuuteen nähden suuritaajuinen signaali Um, jonka amplitudi on sellainen, että se ilman ulkoista magnetointia, toisin sanoen kun Nplp ja Nsls ovat yhtäsuuret, magnetoi sydänosaa Cl 35 jonkin verran yli kyllästysrajän symmetrisesti molempiin

II

3 o r 1 a 3 suuntiin. Mikäli Nplp ja Nsls ovat erisuuret, seuraa siitä, että Um ei enää magnetoi sydänosaa Cl symmetrisesti. Epäsymmetria ja sen suunta indikoidaan ilmaisimella IND, jonka lähtösignaali UE on nolla, kun sydänosan Cl magne-5 tointi on symmetristä ja poikkeaa nollasta magnetoinnin ollessa epäsymmetristä siten, että epäsymmetrian suunta määrää lähtösignaalin UE etumerkin. Ilmaisin IND ohjaa integroivaa vahvistinastetta A, joka syöttää virran Is käämiin Ns ja vastukseen RL. Kuvattu takaisinkytkentäjär-10 jestelmä säätää vahvistimen integroivasta luonteesta johtuen stationäärisessä tilanteessa virran Is arvoon Ip*(Np/Ns), jolloin UE = 0. Oheisen piirustuksen kuvioissa 2a...2d on esitetty esimerkkejä sydänosan Cl vuon indi-koinnin toiminnasta, kun signaali Um on suorakaideaalto ja 15 signaali Im on sen aiheuttama virta käämissä Nm.

Mitattavan virran lp kasvaessa saavutetaan tietyllä tasolla vahvistimen A maksimilähtövirta Ismax. Jos lp vielä kasvaa, alkaa myös erotus Nplp - Nsls kasvaa ja tästä aiheutuva ylimääräinen magnetointi ohjaa sydänosan Cl vä-20 hitellen niin syvälle kyllästykseen, että se pysyy täysin kyllästetyneenä signaalin Um molempien puolijaksojen ajan. Tällöin ilmaisin IND näkee toiminnan symmetrisenä. Esimerkki tässä tilanteessa esiintyvän signaalin Im käyrämuodosta on esitetty kuviossa 2e. Näin ollen ilmaisimen IND 25 lähtösignaali UE on kokonaisampeerikierrosten Ip*Np-Is*Ns funktiona oheisen piirustuksen kuvion 3a mukainen. Erilaiset epäsymmetriat aiheuttavat suurilla yliohjauksilla signaaliin UE nollasta poikkeavan jäännösjäännitteen UEsat, joka toiseen suuntaan tapahtuvalla (kuvion 3a mukaisessa 30 tapauksessa positiivisella) yliohjauksella muuttaa ta kaisinkytkennän negatiivisesta positiiviseksi aiheuttaen integroivan vahvistinasteen A lähtösignaalin lukkiutumisen polariteetiltaan väärään äärilaitaan, vaikka mitattava virta lp palaisikin takaisin normaalille vaihtelualueel-35 leen.

Jotta yllä kuvatun kaltainen virhetoiminta voitai- 4 o n 1 λ 3 siin estää, on keksinnön mukaiselle virran mittamuuntimel-le tunnusomaista, että se edelleen käsittää vaimentimen sovitettuna kehittämään kompensointivirtaan verrannollisen signaalin summattavaksi mainittuun ohjaussignaaliin posi-5 tiivisen takaisinkytkennän synnyttämiseksi vahvistinas-teelle.

Seuraavassa keksinnön mukaista virran mittamuunnin-ta kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheiseen piirustukseen, jossa 10 kuvio 1 esittää tunnetun tyyppisen virran mitta- muuntimen periaatteelisen kytkentäkaavion, kuviot 2a...2e esittävät kuvion 1 mukaisen mitta-muuntimen toimintaa havainnollistavia käyrämuotoja, kuvio 3a esittää kuvion 1 mittamuuntimen signaalin 15 UE käyrämuodon kokonaisampeerikierrosten funktiona, kuvio 3b esittää keksinnön mukaisen virran mittamuuntimen signaalin UE' käyrämuodon kokonaisampeerikierrosten funktiona ja kuvio 4 esittää esimerkin keksinnön mukaisen virran 20 mittamuuntimen periaatteellista kytkentäkaaviosta.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön mukaisen virran mittamuuntimen periaatteellinen kytkentäkaavio. Se vastaa kuvion 1 mukaista virran mittamuunninta lukuunottamatta integroivan vahvistinasteen A ympäristöä. Täten kuvion 4 25 mukaisessa virran mittamuuntimessa kompensointivirran Is kehittämiseen käytetään edelleen signaaligeneraattoria SG, joka kehittää signaalin UM, joka aikaansaa käämitykseen Nm virran Im, joka ilmaistaan ilmaisimella IND. Tämä ilmaisin muodostaa samoinkuin kuvion 1 mukaisessa piirissä lähtö-30 signaalin UE. Jotta yliohjaustilanteessa integroiva vah-vistinaste A ei kuitenkaan enää pääsisi lukittumaan virheelliseen ääriarvoonsa, on kytkentään lisätty vaimennin V, jonka sisääntulona on vastuksen RL ylitse vaikuttava lähtöjännite UO ja joka syöttää vaimentamansa signaalin 35 summaimelle S, missä se summataan ilmaisimen IND lähtöjän-nitteeseen UE. Integroivan vahvistinasteen A sisääntulona 5 ο π ^ / 3 on nyt edellämainittu summa UE'. Vaimennin V aikaansaa vahvistinasteen A ympäri paikallista positiivista takai-sinkytkentää jännitteeseen UO verrannollisella signaalilla. Tämän takaisinkytkentäsignaalin suuruus valitaan si-5 ten, että se virran Is arvon ollessa maksimissaan eli arvossa Ismax on itseisarvoltaan suurempi kuin edellä mainittu jännite UEsat. Tällöin vahvistinasteen A näkemä ek-vivalenttinen tulosignaali UE' on kuvion 3b mukainen. Täten yliohjaustilanteessa jännite UEsat ei enää pääsekään 10 ohjaamaan vahvistinastetta A väärään ääriarvoonsa, koska UE':n polariteetti ei vaihdu suurellakaan yliohjauksella vääränmerkkiseksi.

Kuvion 4 mukaisen virran mittamuuntimen toimintaa voidaan kuvata seuraavasti. Kun mitattavan virran lp arvo 15 ylittää normaalin vaihtelualueen eikä integroiva vahvis-tinaste A enää kykene sitä seuraamaan rajoittaen vahvistinasteen A ulostuloa UOl ja täten myös lähtöjännitettä UO, riittää vaimentimen V aikaansaama positiivinen takaisinkytkentä pitämään vahvistinasteen A lähtöjännitteen 20 saavutetussa raja-arvossa, vaikka ilmaisimen IND lähtöjän-nite UE kuvion 3a mukaisesti muuttuisikin vääränmerkkiseksi. Koska jännite UEsat on käytännössä pieni, positiivista takaisinkytkentää tarvitaan vain vähän ja sen vaikutus muuntimen tarkkuuteen voidaan haluttaessa kompensoida esi-25 merkiksi vastuksen RL virityksellä.

Käytännössä vaimennin V voidaan aikaansaada pelkästään vastuskytkentää käyttäen, joka jakaa osan vastuksen RL ylitse vaikuttavasta lähtöjännitteestä UO positiiviseksi takaisinkytkennäksi integroivalle vahvistinasteelle A. 30 Yllä keksinnön mukaista virran mittamuunninta on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon avulla ja on ymmärrettävää, että alan ammattimies kykenee toteuttamaan useatkin kuvatuista rakenneosista toisin, kuin mitä esitetyssä esimerkissä on tehty, poikkeamatta kuitenkaan 35 oheisen patenttivaatimuksen määrittelemästä keksinnön suo-japiiristä.

Claims (1)

1. 6. f’ Patenttivaatimus Kompensointiperiaatteella toimiva virran mittamuun-nin käsittäen 5 magneettisydämen (Cl), jolle on käämitty ensimmäi nen käämitys (Np) mitattavaa virtaa (lp) varten ja toinen käämitys (Ns) kompensointivirtaa (Is) varten ja välineet (SG, Nm,IND, A) kompensointivirran (Is) suuruuden asettelemiseksi siten, että sen magneettisydä-10 meen (Cl) synnyttämä magneettivuo kompensoi mitattavan virran (lp) siihen synnyttämän magneettivuon, jolloin näihin kompensointivirran (Is) asetteluvälineisiin sisältyy magneettisydäntä (Cl) ympäröimään sovitettu magnetointi-käämitys (Nm), välineet (SG) magnetointivirran (Is) syn-15 nyttämiseksi magnetointikäämitykseen (Nm), ilmaisin (IND) magnetointivirran käyrämuodon symmetrisyyden ilmaisemiseksi ja siihen verrannollisen ohjaussignaalin (UE) kehittämiseksi ja integroivan vahvistinasteen (A) ohjaussignaalin (UE) vastaanottamiseksi ja kompensointivirran (Is) suuruu-20 den asettelemiseksi sen perusteella, tunnettu siitä, että se edelleen käsittää vaimentimen (V) sovitettuna kehittämään kompensointivirtaan (Is) verrannollisen signaalin summattavaksi mainittuun ohjaussignaaliin (UE) positiivisen takaisinkytkennän synnyttämiseksi vahvistin-25 asteelle (A). I! 7 901/13 En strömmätningsomvandlare, som fungerar enligt kompensationsprincipen och uppvisar 5 en magnetkärna (Cl), pä vilken är lindad en första lindning (Np) för en Ström (lp) som skall mätäs och en andra lindning (Ns) för en kompensationsStröm (Is) och medel (SG, Nm, IND, A) för inställning av kompensa-tionsströmmens (Is) styrka pä ett sädant sätt att det mag-10 netflöde som denna Ström alstrat i magnetkärnan (Cl) kom-penserar det magnetflöde som alstrats däri av den Ström (lp) som skall mätäs, varvid dessa medel för inställning av kompensationsströmmen (Is) uppvisar en magnetiserings-lindning (Nm) anordnad att lindas pä magnetkärnan (Cl), 15 medel (SG) för alstring av en magnetiseringsström i mag-netiseringslindningen (Nm), en indikator (IND) för indike-ring av symmetrin hos magnetiseringsströmmens kurvform och för generering av en mot denna proportionell styrsignal (UE) och ett integrerande förstärkningssteg (A) för mot-20 tagning av styrsignalen (UE) och för inställning av kom-pensationsströmmens (Is) styrka pä basis av denna, — kännetecknad därav, att den ytterligare upp visar en dämpare (V) anordnad att generera en mot kompen-sationsströmmen (Is) proportionell signal för att sununeras i 25 tili nämnda styrsignal (UE) för ästadkommande av en posi-: :: tiv äterkoppling tili förstärkningssteget (A).