FI90143C

FI90143C - According to the principle of compensation, measuring current converters work for current

Info

Publication number: FI90143C
Application number: FI922147A
Authority: FI
Inventors: Matti Lounila
Original assignee: Abb Stroemberg Drives Oy
Priority date: 1992-05-12
Filing date: 1992-05-12
Publication date: 1993-12-27
Also published as: FI922147A0; FI90143B

Description

1 o n 1 /, 31 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.This application relates to a compensating current transducer comprising 5 magnetic cores having a first winding wound for the current to be measured and a second winding for the compensating current and means for setting the magnitude of the compensating current to the magnet 10 so that its magnet a magnetic flux generated by the current therein, the compensating current setting means including a magnetizing winding arranged around the magnetic core, means for generating a magnetizing current in the magnetizing winding, a detector

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.20 In transducers for measuring direct current and alternating current, the principle of compensation is often used, in which the flux caused by the current flowing in the primary winding to the magnetic core is compensated by the current supplied to the secondary winding. To control the secondary current, a sensor or other detector is placed in the magnetic circuit 25, which detects the zero point of the heart flux. There is zero flux in the core when the current supplied to the secondary winding compensates for the flux caused by the current in the primary winding. At higher frequencies, the current converter can act as a passive current transformer, so that the current flowing in the secondary winding 30 is directly proportional to the current flowing in the primary winding over a wide frequency range.

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.A current measuring transducer such as that described in the preamble is known in principle, for example, from U.S. Pat. No. 4,482,862. It detects a high-frequency magnetizable windowed magnetic core with which the zero current is detected by observing the magnetizing current of the magnetically saturated core. In order to achieve broadband operation, two other 5-window magnetic cores, windings fitted to these cores and associated circuits are further arranged in the measuring transducer according to this publication.

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.The current transducer described in the preamble is shown in Figure 1 of the accompanying drawing. The current transducer shown in this Figure 1 basically consists of a magnetic circuit MC comprising a saturating core part C1 and an associated feedback system. The current lp to be measured flows in the winding Np surrounding the magnetic circuit MC. The feedback system controls the circuit formed by the compensating coil Ns surrounding the magnetic circuit MC and the resistor RL connected in series with it, causing a current Is therein. The currents lp and Is cause flux in the core part Cl either directly or via other parts of the magnetic circuit MC. The purpose of the feedback system is to keep the current Is at such a value that the flux caused by it 20 in the core part C1 is equal to and opposite to the flux caused by the measured current lp therein, i.e. said flows cancel each other out. In this case, the ampere turns Nplp and Nsls magnetizing the core part C1 are equal, whereby Is = Ip * (Np / Ns) and the output voltage UO acting over the resistor RL is proportional to the measured current 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 molempiinThe operation of the transducer shown in Fig. 1 is based on the indication of whether the frequency flux component of the measured current lp of the core part C1 differs from zero and in which direction. This can be done by applying only to the winding Nm surrounding the core part C1 a high frequency signal Um with respect to the above-mentioned frequency, the amplitude of which is such that without external excitation, i.e. when Nplp and Nsls are equal, the core part Cl35 magnetizes slightly above the saturation limit symmetrically to both

IIII

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.3 o r 1 a 3 directions. If Nplp and Nsls are different, it follows that Um no longer magnetizes the core part C1 symmetrically. The asymmetry and its direction are indicated by a detector IND whose output signal UE is zero when the operation of the core part C1 magnet 5 is symmetrical and deviates from zero when the magnetization is asymmetric so that the direction of the asymmetry determines the sign of the output signal UE. The detector IND controls the integrating amplifier stage A, which supplies the current Is to the winding Ns and to the resistor RL. Due to the integrative nature of the amplifier, the described feedback system 10 adjusts the current Is to Ip * (Np / Ns) in a stationary situation, where UE = 0. Figures 2a ... 2d of the accompanying drawing show examples of the operation of the flux indication of the core part C1 when the signal Um is a rectangular wave and the 15 signal Im is the current caused by it in the winding 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.As the measured current lp increases, the maximum output current Ismax of the amplifier A is reached at a certain level. If lp continues to increase, the difference between Nplp and Nsls also begins to increase, and the resulting additional excitation directs the core portion C1 slowly to saturation so deep that it remains fully saturated during both half-cycles of the signal Um. In this case, the IND indicator sees the operation as symmetrical. An example of the curve shape of the signal Im occurring in this situation is shown in Figure 2e. Thus, the output signal UE of the detector IND 25 as a function of the total ampere turns Ip * Np-Is * Ns is as shown in Fig. 3a of the accompanying drawing. Various asymmetries cause large residuals in the signal UE to cause a residual residual UEsat of zero, which in the other direction (positive in 30 cases in Figure 3a) changes the feedback from negative to positive, causing the reverse signal Lee's.

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.In order to prevent a malfunction such as that described above, the current measuring transducer according to the invention is characterized in that it further comprises an attenuator adapted to generate a signal proportional to the compensating current for summing said control signal to generate positive feedback to the amplifier.

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.The current transducer according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a schematic circuit diagram of a known type of current transducer, Figs. 2a to 2e show curve shapes illustrating the operation of the transducer of Fig. 1; as a function of the total amperage of the waveform of the signal 15 UE, Fig. 3b shows the current ammeter of the waveform of the signal UE 'according to the invention and Fig. 4 shows an example of a schematic circuit diagram of a current transducer according to the invention.

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.Figure 4 shows a schematic circuit diagram of a current measuring transducer according to the invention. It corresponds to the current measuring transducer according to Fig. 1, except for the environment of the integrating amplifier stage A. Thus, in the current transducer of Fig. 4 25, a signal generator SG is further used to generate the compensation current Is, which generates a signal UM which produces a current Im in the winding Nm, which is detected by the detector IND. This detector, like the circuit of Figure 1, generates the output signal 30 UE. However, in order to prevent the integrating amplifier stage A from locking in its erroneous extreme, an attenuator V is added to the circuit, the input of which is an output voltage UO acting across the resistor RL and which supplies its attenuated signal 35 to an adder S where it is summed by the detector IND. The input 5 ο π ^ / 3 of the integrating amplifier stage A is now the above-mentioned sum UE '. Attenuator V provides a local positive feedback around amplifier stage A with a signal proportional to voltage UO. The magnitude of this feedback signal is selected so that, when the value of the current Is is at its maximum, i.e. at the value Ismax, it has an absolute value greater than the above-mentioned voltage UEsat. In this case, the equivalent input signal UE 'seen by the amplifier stage A is as shown in Fig. 3b. Thus, in the overdrive situation, the voltage UEsat can no longer control the amplifier stage A to its false extreme value, because the polarity of the UE 'does not change to the wrong signal even with a large overdrive.

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.The operation of the current transducer according to Fig. 4 can be described as follows. When the value 15 of the measured current lp exceeds the normal range and the integrating amplifier stage A is no longer able to monitor it by limiting the output UO1 of the amplifier stage A and thus also the output voltage UO, the positive feedback provided by the attenuator V is sufficient to keep the output stage 20 of the amplifier stage A -it UE according to Figure 3a would become incorrect. Since the voltage UEsat is practically small, little positive feedback is required and its effect on the accuracy of the converter can be compensated, if desired, for example by tuning the resistor RL.

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.In practice, the attenuator V can be provided only by using a resistor circuit which divides a part of the output voltage UO across the resistor RL into positive feedback to the integrating amplifier stage A. The current transducer according to the invention , as in the example shown, without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims

A compensating current transducer comprising 5 magnetic cores (Cl) having a first winding (Np) for the current to be measured (Ip) and a second winding (Ns) for the compensation current (Is) and means (SG, Nm) wound on it. , IND, A) for adjusting the magnitude of the compensating current (Is) so that the magnetic flux generated by it in the magnetic core 10 (Cl) compensates for the magnetic flux generated by the measured current (Ip), these compensating current (Is) setting means including a magnetization arranged around the magnetic core (C1) winding (Nm), means (SG) for generating a magnetizing current (Is) in the magnetizing winding (Nm), a detector (IND) for detecting the symmetry of the excitation current curve shape and generating a proportional control signal (UE) and receiving a control signal (UE) of the integrating amplifier stage (A); to set the compensating current (Is) to 20 characterized in that it further comprises an attenuator (V) adapted to generate a signal proportional to the compensation current (Is) for summing said control signal (UE) to generate a positive feedback to the amplifier-25 stage (A). I! 7 901/13 In the case of rotation, with the aid of the compensating principle and up to 5 in the magnetic core (Cl), the head of which is lindad en första lindning (Np) en Ström (lp) som skall mätäs och en andra lindning (Ns) fens en compensations Is) och medel (SG, Nm, IND, A) for the installation of the compensation strands (Is) styrka head and adjusting the setting of the core-10 net current to the core of the magnetic core (Cl) compensating the magnetic flux to the substrate on the strom (lp) of a scaly rotor, the colors of the stem are mounted on the compensating strands (Is) upstream of the magnetization ring (Nm) are arranged on the end of the magnetic stem (Cl), 15 grid (SG) on the strut of the magnetization core (Cl) net derivation (Nm), and indicator (IND) for the indicator ring with symmetrical hos magnetization circuits curve and for generating the current proportional signal (UE) and for integrating the star signal (A) for motor-20 tagging ignored (UE) and for the installation of the compensation compensations (Is) on the basis of the current, - kännetecknad därav, att den ytterligare upp visar en dämpare (V) anordnad att generera en mot compensationsströmmen (Is) proportional signal för att sununeras i 25 accounts of this signal (UE) for the first command of the position: :: tiv äterkoppling account förstärkningssteget (A).