SE431031B - Anordning for metning av momentanstromsverde - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 8205104-6 isolering. Denna kända strömmätare uppvisar därför låg funktions- säkerhet, när man mäter strömmar, som ändras med hög hastighet. Även en annan momentanströmvärdemätare är känd, vilken omfattar en strömtransformator, vars primärlindning är inkopplad i en krets för den ström, som skall mätas, och vars styrsdnuñärlürháng är kopplad till styringângar på två seriekopplade omkopplare, vilkas förbindníngspunkt är kopplad till den ena anslutnings- ledaren från strömtransformatorns utgångssekundärlindning, vars andra utgående ledare är kopplad till ett mittuttag på en elek- trisk, för matning av omkopplarna avsedd strömkälla via ett mot- stånd, över vilket signalen motsvarar momentanvärdet av den ström, som skall mätas. Dessutom omfattar denna kända mätanord- ning en enhet för mätning av strömmens derivata, vilken enhet är utförd med en strömtransformator med luftspalt, vars primär- lindning är seriekopplad med den förstnämnda strömtransformatorns primärlindning och vars sekundärlindning jämte motstånd är kopp- lad till ett RC-filter. Omkopplarna är uppbyggda av transistorer.

Denna kända mätanordnings strömtransformator blir mättad vid den tidpunkt, då transistoromkopplarna omkopplas, varvid om- kopplarna genomflytes av mättningsströmmar, vilka är avsevärt högre än de beräknade arbetsströmvärdena, vilket leder till större utsignalvågighet, större effektförluster över omkopp- larna och lägre funktionssäkerhet hos denna kända anordning.

Denna kända mätanordnings arbetsförlopp karakteriseras av låg omkopplingsfrekvens hos transistoromkopplarna. För att hålla utsignalvågigheten låg har denna kända mätanordnings RC-filter avsevärd tidskonstant, vilket även leder till ökning av anord- ningens dimensioner. Den fördröjning, som förorsakas av filtret, kompenseras medelst en signal, som uttages från sekundärlind- ningen på strömtransformatorn med luftgap, vars förekomst ytter- ligare ökar mätanordningens dimensioner. När den ström, som skall mätas, ändras mycket snabbt, alstras dessutom över ström- transformatorns sekundärlindning höga spänningar, vilka leder till överslag i lindningens isolering, vilket minskar denna kända mätanordnings funktionssäkerhet. 10 15 20 25 30 35 8205104-6 Det huvudsakliga syftet med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för mätning av momentanströmvärde, vid vilken man genom minskning av de genom omkopplarna flytande omkopplings- strömmarna och genom eliminering av eventuella överspänningar över kretsen kunnat öka mätanordningens funktionssäkerhet, minska dess dimensioner och förenkla konstruktionen.

Detta syfte uppnås enligt uppfinningen medelst en anordning för mätning av momentanströmvärde, vilken omfattar en strömtrans- formator, vars primärlindning genomflytes av den ström, som skall mätas, och vars styrsekundärlindning är kopplad till styr- ingångar på två omkopplare, vilka är seriekopplade med en mat- ningskälla och vilkas förbindningspunkt är kopplad till den ena anslutningsledaren från strömtransformatorns utgângssekundär- lindning, vars andra anslutningsledare är kopplad till ett mitt- uttag på en elektrisk, för matning av omkopplarna avsedd ström- källa via ett motstånd, över vilket spänningen motsvarar momen- tanvärdet av den ström, som skall mätas, varvid det för uppfin- ningen utmärkande är att mätanordningen är försedd med dels en dämpspole, vars ena anslutningsledare är kopplad till förbind- ningspunkten mellan omkopplarna och vars andra anslutningsledare är kopplad till endera anslutningsledaren från strömtransforma- torns utgångssekundärlindning, och dels en signalalstrare för bildande av signaler för styrning av omkopplarna, vilken signal- alstrares ingångar är kopplade till anslutningsledarna från strömtransformatorns styrsekundärlindning, medan dess utgångar är kopplade till var sin styringång pâ omkopplarna.

Den enligt uppfinningen föreslagna anordningen har hög funktions- säkerhet genom att dämpspolen är inkopplad i kretsen för ström- transformatorns utgångssekundärlindning, vilken spole bidrar till att begränsa de genom omkopplarna flytande strömmarna till en magnetiseringsström i strömtransformatorn. Genom att spolen är inkopplad i lågspänningskretsen, kan höga spänningar icke alstras över spolen. Användningen av dämpspolen och signalalstra- ren för styrning av omkopplarna i den med höga omkopplingsfrek- venser arbetande svagströmkretsen gör det möjligt att minska mätanordningens dimensioner, eftersom man för drift under dessa förhållanden använder en spole med små dimensioner. Den genom 10 15 20 25 30 35' 8205104- 6 inkoppling av spolen i kretsen förorsakade fördröjningen kom- penseras medelst signalalstraren, vilken omfattar ett derive- ringssteg och ett tröskelelement.

Genom att spolen omfattar ytterligare en lindning, som är in- kopplad i kretsen för den ström, som skall mätas, och som ut- göres av strömtransformatorns primärlindning, kan man begränsa de genom omkopplarna flytande strömmarna till spolens magneti- seringsström, varvid signalalstraren får formen av ett s.k. skalförinställningselement.

Mätanordningens dimensioner minskas ytterligare genom att dämp- spolens huvudlindning utgöres av strömtransformatorns utgångs- sekundärlindning, som omger spolens och strömtransformatorns magnetflödesledare.

Uppfinningen beskrives närmare nedan med ledning av åtföljande ritning, där fig. 1 visar ett kopplingsschema över anordningen enligt uppfinningen, fig. 2 ett kopplingsschema över en andra utföringsform av mätanordningen, som omfattar en dämpspole med ytterligare lindning, och fig. 3 schematiskt dämpspolens och strömtransformatorlindningarnas placering på magnetflödesledarna.

Anordningen enligt uppfinningen för mätning av en ströms momen- tanvärde omfattar en strömtransformator 1 (fig. 1), vars primär- lindning 2 är inkopplad i en krets för den ström, som skall mä- tas, varvid anslutningsledare från strömtransformatorns 1 styr- sekundärlindning 3 är kopplade till ingångar på en signalalstra- re 4 för bildande av signaler för styrning av omkopplarna, medan alstrarens 4 utgångar är kopplade till styringångar 5, 6 på var sin av tvâ seriekopplade omkopplare 7, 8.

Omkopplaren 7 omfattar ett i en riktning ledande omkopplings- element 9 och en diod 10, medan omkopplaren 8 omfattar ett i en riktning ledande omkopplingselement 11 och en diod 12. Den * av omkopplarna 7 och 8 uppbyggda kretsens anslutningsledare är kopplade till en likspänningskälla 13 med ett mittuttag 14. 10 15 20 25 30 35 8205104-6 .Ul Förbindningspunkten 15 mellan omkopplarna 7 och 8 är kopplad till den ena anslutningsledaren från strömtransformatorns 1 utgångssekundärlindning 16 via en dämpspole 17, medan lind- ningens 16 andra anslutningsledare via ett motstånd 18 är kopplad till matningskällans 13 mittuttag 14. Motståndet 18 är parallellkopplat med en voltmeter 19, över vilken spän- ningen motsvarar momentanvärdet av den ström, som skall mätas.

Signalalstraren 4 omfattar en deriveringsenhet 20 i serie med ett tröskelelement 21, vars utgångar utgör alstrarens 4 ut- gångar.

Vid en andra möjlig utföringsform av mätaren enligt uppfinningen omger strömtransformatorns 1 primärlindning 2 (fig. 2) spolens 17 magnetflödesledare 22 och är avsedd att påverka spolens 17 ytterligare lindning (ett parti 23 i fig. 2). I detta fall bortfaller behovet att kompensera fördröjningen i strömkretsen, varför alstraren 4 utgöres av ett skalförinställningselement.

Spolens 17 huvudlindning (ett parti 24 i fig. 2) utgöres av strömtransformatorns 1 utgângssekundärlindning 16, som omger spolens 17 och strömtransformatorns 1 magnetflödesledare 22 (fig. 3) respektive 25.

Momentanströmvärdemätaren fungerar på följande sätt. En ström i1, som skall mätas, flyter genom strömtransformatorns 1 primär- lindning 2 (fig. 1). Omkopplarna 7, 8 bildar tillsammans med strömtransformatorn 1 och spolen 17 en vippa, vari omkopplarna 7, 8 omkopplas genom förekomsten av en återkopplingskrets med avseende på en sekundärström iz, som flyter genom en krets med spolen 17, utgàngssekundärlindningen 16, strömtransformatorns 1 styrsekundärlindning 3 och alstraren 4. Vippans svängnings- frekvens bör vara hög och är beroende av spolens 17 induktans, deriveringskretsens 20 tidskonstant och hysteresslingbredden hos tröskelelementet 21, som utgöres av en Schmitt-vippa. Om- kopplarnas 7, 8 omkopplingsfrekvens varierar inom ett omrâde av nâgra tiotal kHz och utgör exempelvis 50 kHz, när man mäter strömvärden, som ändras med en frekvens av från O till 150 Hz.

Under vippans arbetsförlopp ommagnetiseras strömtransformatorns 1 kärna kontinuerligt, varvid man kan mata såväl lik- som växel- 10 15 20 25 30 35 3205104-ey 6 strömmen i1 från strömmätningskretsen in i utgångssekundär- lindningen 16. Den ström i1, som skall mätas, omvandlas till en sekundärström i2 genom att antalet amperevarv i primärlind- ningen 2 är lika med antalet amperevarv i strömtransformatorns 1 utgångssekundärlindning 16. Sekundärströmmen i2 flyter genom motståndet 18, över vilket spänningen motsvarar momentanvärdet av-strömmen i1. Spänningsfallet över motståndet 18 bör vara lågt jämfört med spänningen över matningskällan 13.

Antag att en värdemässigt konstant ström i1 flyter genom ström- transformatorns 1 primärlindning 2 i den medelst en pil i fig. 1 antydda riktningen. I detta fall flyter sekundärströmmen 12 i den medelst pilen vid i2 angivna riktningen. Om omkopplaren 7 är ledande flyter strömmen i2, lika med k.i1, där k är en pro- portionalitetsfaktor, genom omkopplingselementet 9, spolen 17, utgângssekundärlindningen 16 och motståndet 18 under inverkan av den positiva spänningen över källan 13, vilket resulterar i att strömtransformatorns 1 magnetflödesledare 25 ommagnetiseras i riktning mot den magnetiska flödestäthetens positiva värden.

Vid en viss tidpunkt börjar magnetflödesledaren 25 mättas, sam- tidigt som strömmen i2 ökar.

Spolen 17 bidrar till att begränsa strömmens iz ändringshastighet, varvid vid den tidpunkt, då strömtransformatorn 1 börjar mättas, spänningarna över spolen 17 och lindningen 16 omfördelas så, att spänningen över spolen 17 blir högre samtidigt som spänningen över lindningen 3 minskar, så att en växlande spänning bildas över deriveringskretsens 20 utgång. Vid den tidpunkt, då denna spänning har nollgenomgâng, bildar tröskelelementet 21 en signal, som överför omkopplingselementet 9 till icke-ledande tillstånd.

När elementet 9 icke är ledande, börjar strömmen i2 flyta ge- nom omkopplarens 8 diod 12. Från denna tidpunkt matas en nega- tiv spänning över strömtransformatorns 1 lindning 16, varför magnetflödesledaren 25 börjar ommagnetiseras i riktning mot den magnetiska flödestäthetens negativa värden. Efter en viss tid börjar strömtransformatorns 1 magnetflödesledare 25 mättas inom omrâdet för negativa magnetiska flödestätheter, samtidigt som spänningen över spolen 17 börjar öka och spänningen över« 10 15 20 25 30 35 8205104-6 lindningen 3 börjar minska. Deriveringsenheten 20 och tröskel- elementet 21 bildar en styrsignal, som gör elementet 9 ledande, varefter arbetsförloppet upprepas.

Genom att spolens 17 induktans, deriveringskretsens 20 tids- konstant och tröskelelementets 21 hysteresslingbredd har valts med det förutbestämda inbördes förhållandet, arbetar ström- transformatorn 1 utan mättning, vilket med andra ord innebär, att den genom motståndet 18 flytande strömmen i2 saknar vâgig- het.

Mätaren med strömtransformatorn 1, som är konstruktionsmässigt förenad med dämpspolen 17, fungerar på följande sätt. Omkopp- larna 7, 8 (fig. 2)bildar tillsammans med strömtransformatorn 1 och spolen 17 en vippa, som säkerställer, att strömtransfor- matorns 1 magnetflödesledare 25 ommagnetiseras kontinuerligt, varför strömmen i1 från mätkretsen kan transformeras till ström- men i i sekundärkretsen. Spolens 17 magnetflödesledare 22 2 saknar luftgap men dess magnetiska mättnadsflödestäthet är hög- re än strömtransformatorns 1 magnetflödesledare 25 genom att de båda magnetflödesledarna är framställda av magnetiska mate- rial av olika slag.

Om strömmarna i1 och i2 antages flyta i de genom olika pilar i fig. 2 angivna riktningarna och elementet 9 antages vara le- dande, inverkar spänningen med positiv polaritet över matnings- källan 13 sâ, att spolens 17 och transformatorns 1 magnetflödes- ledare 22, 25 ommagnetiseras i riktningen för positiva magne- tiska flödestätheter. Vid en viss tidpunkt mättas transforma- torns 1 magnetflödesledare 25, men spolens 17 magnetflödesledare 22 mättas icke, eftersom den har högre magnetisk mättnadsflödes- täthet än strömtransformatorn 1, varför strömmen iz icke ökar vid den tidpunkt, då transformatorn 1 mättas, varvid denna ström i2 kommer att motsvara strömmen i1, samtidigt som spänningen över strömtransformatorns 1 lindning 3 minskar till noll och där- efter ökar, sedan dess polaritet omkastats. I överensstämmelse med detta förlopp ändras utspänningen över den i form av ett skalförinställningselement uppbyggda signalalstraren 4, varför elementet 9 spärras, samtidigt som spänningen med negativ pola- 10 15 20 8205104--6 ritet från källan 13 tillföres lindningen 16 och spolens 17 och transformatorns 1 magnetflödesledare 22, 25 ommagnetiseras _i riktning mot negativa magnetiska flödestätheter._ Efter en tidsperiod mättas transformatorns 1 magnetflödeslcdare 25, varför polariteten hos spänningen över lindningen 3 och hos 'utspänningen från alstraren 4 växlas, vilket leder till att omkopplaren 7 på nytt blir ledande. Strömtransformatorns 1 mättning inom området för negativa magnetiska flödestätheter åtföljes i detta fall icke av någon strömändring, eftersom spolens 17 magnetflödesledare 22 förblir omättad.

Mätaren enligt uppfinningen möjliggör alltså, att över motståndet 18 en signal bildas, som är proportionell mot den ström, som skall mätas, och fri från vågighet, som förorsakas av magnet- flödesledarens 25 mättning.

Mätaren enligt uppfinningen får alltså enklare konstruktion genom att utsignalen med låg vågighet erhålles utan användning av en konstruktionsmässigt komplicerad och funktionsosäker strömtransformator med luftgap i kretsen för den ström, som skall mätas, samt utan användning av ett RC-filter med avse- värd tidskonstant.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 8205104-6 Patentkrav

1. Anordning för mätning av en elektrisk ströms momentan- värde, vilken omfattar en strömtransformator (1), vars primärlindning (2) genomflytes av den ström, som skall mätas, och vars styrsekundärlindning (3) är kopplad till styringångar (5, 6) på två omkopplare (7, 8), vilka är seriekopplade med en matningskälla (13) och vilkas förbind- ningspunkt (15) är kopplad till den ena anslutningsledaren på strömtransformatorns (1) utgângssekundärlindning (16), - vars andra anslutningsledare är kopplad till ett mittuttag (14) på matningskällan (13) ' för omkopplarna (7, 8) via ett motstånd (18), över vilket spänningen motsvarar momen- tanvärdet av den ström, som skall mätas, k ä n n e t e c k - n a d av dels en dämpspole (17), vars ena anslutningsledare är kopplad till förbindningspunkten (15) mellan omkopplarna (7, 8) och vars andra anslutningsledare är kopplad till en- dera anslutningsledaren på strömtransformatorns (1) utgångs- sekundärlindning (16), och dels en signalalstrare (4) för bildande av signaler för styrning av omkopplarna (7, 8), vilken signalalstrares ingångar är kopplade till anslutnings- ledarna på strömtransformatorns (1) styrsekundärlindning (3), medan dess utgångar är kopplade till var sin styringâng (5, 6) på omkopplarna (7, 8).

2. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att signalalstraren (4) omfattar en deriveringsenhet (20) i serie med ett tröskelelement (21) för kompensering av den fördröj- ning, som förorsakas av dämpspolen (17) vid dess självsväng- ningsfrekvens.

3. Anordning enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att strömtransformatorns (1) primärlindning (2) omger dämpspolens (17) magnetflödesledare (22).

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att strömtransformatorns (1) utgângssekundärlindning (16) omger dämpspolens (17) magnetflödesledare (22).