WO1986003883A1 - Process for reducing the transmission error of current transformers, and precision current transformers - Google Patents

Process for reducing the transmission error of current transformers, and precision current transformers Download PDF

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WO1986003883A1
WO1986003883A1 PCT/HU1985/000079 HU8500079W WO8603883A1 WO 1986003883 A1 WO1986003883 A1 WO 1986003883A1 HU 8500079 W HU8500079 W HU 8500079W WO 8603883 A1 WO8603883 A1 WO 8603883A1
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WO
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magnetic flux
amplifier
iron core
current transformer
coil system
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Application number
PCT/HU1985/000079
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English (en)
French (fr)
Inventor
István ZOLTÁN
Péter PATAKI
László SCHNELL
József DUDÁS
Original Assignee
Budapesti Müszaki Egyetem
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Publication date
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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00—Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • G01R17/02—Arrangements in which the value to be measured is automatically compared with a reference value
    • G01R17/06—Automatic balancing arrangements

Definitions

  • the invention relates to a method for
  • the aim of the invention is to develop a method and a current transformer by means of which the error caused by the winding capacitances can be reduced to a significant extent.
  • the invention is based on the knowledge that the error caused by the winding capacitances can be compensated if the speed of the magnetic flux change is detected in the iron core of the current transformer and a compensation coil arranged on the iron core is fed with a signal proportional thereto.
  • the invention thus consists on the one hand in a method for reducing the transmission error of current transformers which contain a primary coil system and secondary coil system arranged on an iron core, the magnetic flux or the speed of the change in magnetic flux in the iron core of the current transformer being detected and a first proportional to the speed of the change in magnetic flux Electrical signal is generated, with which a compensation coil compensating the excitations resulting from the winding capacitances of the coil systems is fed.
  • the error caused by the winding capacitances can be reduced to a significant extent by approximately two orders of magnitude, i.e. practically eliminable.
  • the compensation coil is fed with a first voltage proportional to the speed of the change in the magnetic flux via a capacitor connected in series. In this case, the error compensation is almost independent of the frequency.
  • the invention further relates to a precision current transformer which is provided with a primary and secondary coil system arranged on an iron core, the current transformer having a signal transmitter for detecting the rate of change of the magnetic flux of the iron core, a compensation coil arranged on the iron core or on an indicator core, and one Output of the signal generator connecting, first amplifier is formed, wherein the output of the first amplifier is connected to the compensation coil.
  • the arrangement of the compensation coil on the iron core enables subsequent expansion, while the arrangement on the indicator core does not take into account the inductive feedback.
  • second amplifier is connected to the output of the signal transmitter, the output of which is connected to a terminal leading to the load impedance of the secondary coil system. In this case the fault becomes independent of the load impedance.
  • the signal transmitter can be designed extremely simply by a detector coil arranged on the iron core, but other solutions are also possible, for example the use of a Hall probe which detects the magnetic flux in the iron core.
  • Such a configuration is also advantageous in which the first or second amplifier is designed with an adjustable gain coefficient and a capacitor is connected in series at its output.
  • the capacitor connected in series ensures the frequency independence of the error compensation.
  • the accuracy can be increased even further if the current transformers are provided with a switching system that adjusts the gain coefficient of the current transformer / the current transformers synchronously with the change in the measuring range. This can be done, for example, by switching the feedback resistance of operational amplifiers.
  • the active, two-stage current transformer 1 shown in the figure contains a primary coil system 5 and a secondary coil system 6 arranged on a toroidal iron core, an indicator coil 8 and a compensation coil system 9 located on the inside of the iron core 4 (working core), also arranged on a toroidal indicator core 7, and an indicator amplifier 10.
  • the primary coil system 5 and the secondary coils System 6 for realizing the measurement range conversion by one coil each with multiple taps.
  • the primary coil system 5 or the secondary coil system can be formed by a single coil with two outputs.
  • a generator 2, symbolizing the current I 1 to be measured, is connected to the current transformer 1 via terminals K and L.
  • the terminal K is connected to one end of the primary coil system 5, while the terminal L corresponds to the set measuring range with one of the terminals L 1 , L 2 .... L n-1 , L n of the primary coil system 5, in the figure with the terminal L 1 , is connected.
  • the primary coil system 5 is between the terminals K and L 1 with a section with a number of turns N 11 , between the terminals L 1 and L 2 with a section with a number of turns N 12 , etc. and between the terminals L n-1 and L n is formed with a section with a number of turns N 1n , the turn capacities of the sections corresponding to C 11 , C 12 ... C ln .
  • the current transformer 1 is followed by a load impedance 3 with an impedance Z 2 via the terminals k and 1.
  • the earthed terminal k is connected to one end of the secondary coil system 6, while the terminal 1 is connected to one of the measuring ranges
  • Terminals 1 1 ,, l 2 ... l m -1 , l m of the secondary coil system 6 in the figure to terminal l 1 - is connected.
  • the secondary coil system 6 is between the terminals k and 1 1 with a section with a number of turns N 21 , between the terminals l 1 and l 2 with a section with a number of turns N 22 , etc. and between the terminals l m-1 and l m formed with a section with a number of turns N 2m , these sections having corresponding turn capacities C 21 , C 22 ... C 2m .
  • a current I ma is added to the current induced in the secondary coil system 6 in a manner known per se.
  • the terminal 1 is connected to one of the terminals l 1 'l 2 ' ... l m-1 ', l m ' of the compensation coil system 9 located on the indicator core 7 - in the present exemplary embodiment with the inhibitor l 1 ' , wherein the terminal l 1 'corresponds to the terminal 1 1 of the secondary coil system 6.
  • the terminals l 1 ', l 2 '... l m-1 ', l m '- corresponding to the secondary coil system 6 - there are sections with number of turns N 21 , N 22 ... N 2m .
  • the mentioned end of the compensation coil system 9 is led to the output of the indicator amplifier 10, at the inputs of which the connections of the indicator coil 8 located on the indicator core 7 are connected with a number of turns N e .
  • the compensation coil 11 with a number of turns N c is arranged on the iron core 4 (working core) according to the invention in the illustrated embodiment, the compensation coil 11 Is fed via an amplifier 14 from a signal generator 13, which generates a signal proportional to the rate of change of the magnetic flux ⁇ occurring in the iron core 4.
  • the signal transmitter 13 is formed by a detector coil 12 which is arranged on the iron core 4 and is grounded at one of its terminals and has a number of turns N d .
  • the signal generator 13 can also be designed in a different way, for example by means of a differential element connected downstream of a flow detector designed with a Hall probe.
  • the other terminal of the detector coil 12 is connected to the input of the amplifier 14, this input being connected via a resistor 17 connected in series with a value R 1 to the
  • REPLACEMENT LEAF inverting input of an operational amplifier 16 is guided.
  • the non-inverting input of the operational amplifier 16 is grounded, while the output of the operational amplifier 16 is connected to the inverting input of the operational amplifier 16 via a resistor 18 with a variable value R 2 and via a resistor 19 with a value R 3 and capacitor 20 connected in series a capacitance C 1 is led to a terminal of the compensation coil 11.
  • the other terminal of the compensation coil 11 is grounded. It is advantageous to arrange the earthed compensation coil 11 and the earthed detector coil 12 in the current converter 1 according to the invention in the vicinity of the sector coil system 6, further away from the primary coil system 5. As a result, no additional insulation is required to achieve the prescribed operating voltage.
  • the compensation coil 11 according to the invention can be arranged on the indicator core 7 instead of the iron core 4 or on a smoothing core which is known and which may surround the indicator core 7.
  • the amplifier 14 can supply the power according to the figure.
  • the detector coil 12 not only connects to the amplifier 14, but also to the input of the amplifier 15.
  • the input of the amplifier 15 is connected via a series-connected resistor 22 with a value R 4 to the inverting input of an operational amplifier 21, the non-inverting input of which is grounded, while its output is connected to the one via a resistor 23 with a variable value R 5 inverting input, and on the other hand via a
  • the sinusoidal current I 1 of the generator 2 excites the section of the primary coil system 5 formed with a number of turns N 11 , whereupon a current is induced in the section of the secondary coil system 6 formed with a number of turns N 21 .
  • a current I ma flows through the load impedance 3 if the effect of the winding capacities C 11 ... C 1n , C 21 ... C 2m is disregarded.
  • the current I ma is generated in a known manner by the indicator amplifier 10 in such a way that a zero magnetic flux is set in the indator core 7 with good approximation by means of the current I ma forced into the compensation coil system 9. In this way, the error caused by the magnetizing current can practically be eliminated.
  • the parasitic excitations can be compensated for by a current I c fed into the compensation coil 11 with a number of turns N c if the following condition is ensured: It is obvious that the current I c at the in the
  • Figure embodiment shown can be approximately determined by the following relationship: ⁇ if the value of the control circuit stabilizing against stand 19 is much smaller than the impedance of the capacitor 20, ie By inserting the relationships / 1 /, / 2 / and / 4 / into the relationship / 3 / the following condition is obtained:
  • the parasitic excitations resulting from the winding capacitances can be compensated for independently of the frequency.
  • the setting is made by changing the value R 2 of the resistor 18.
  • a current I z of corresponding magnitude is also forced into the load impedance 3 in order to ensure an even greater independence of the error of the current transformer 1 from the size of the load impedance 3 .
  • the magnitude of the current I z can be changed by changing the value R 5 of the Resistor 23 can be set.
  • Accuracy can be further increased. This can be implemented, for example, in such a way that the current transformer is provided with a switching system which, together with the change in the measuring range, inserts resistors 18 or 23 with different values into the circuit.
  • the error caused by the winding capacitances can be reduced by approximately two orders of magnitude.
  • the invention can be used in both passive and active, single and multi-stage current transformers.
  • a particular advantage of the invention is that the error caused by the winding capacitances of the primary coil system or secondary coil system can also be compensated for independently of frequency. Another advantage is that the compensation can also be achieved through subsequent expansion of finished current transformers, ie. can be realized by arranging the compensation coil on the iron core 4.

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Description

VERFAHREN ZUR REDUZIERUNG DES ÜBERTRAGUNGSFEHLERS VON STROMWANDLERN, SOWIE PRAEZISIONSSTROMWANDLER
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Reduzierung des Übertragungsfehlers von Stromwandlern, sowie einen dementsprechend ausgebildeten Präzisionsstromwandler.
In der Praxis werden zur Transformation und Messung von Wechselstrom weitverbreitet Stromwandler verwendet. Eine Hauptquelle des Übertragungsfehlers dieser Stromwandler ergibt sich daraus, dass zur Aufmagnetisierung des Eisenkerns Magnetisierungsstrom erforderlich ist, wodurch Übersetzungs(Verhältnis- oder Quotienten) und Winkelfehler entstehen. Zur Reduzierung des durch den Magnetisierungsstrom hervorgerufenen Fehlers ist eine Reihe von Lösungen bekannt. Bei passiven Stromwandlern wird durch Anwendung von kostenaufwendigen Eisenkernen mit hoher Qualität der Magnetisierungsstrom selbst verringert, während bei aktiven, zweistufigen Stromwandlern der durch den Magnetisierungsstrom hervorgerufene Fehler- zum Beispel elektronisch - kompensiert wird.
Alle diese technischen Massnahmen sind jedoch gegenüber den durch die Windungskapazitäten der Wicklungen des Stromwandlers hervorgerufenen Fehlern erfolglos, welche bei hoher Windungszahl, bzw. bei hohen Anforderungen hinsichtlich der Genauigkeit einen nicht vernachlässigbaren Übertragungsfehler zur Folge haben. Entsprechend der sich ausgebildeten fachlichen Auffassung kann der durch die Windungskapazitäten hervorgerufene Fehler nicht beseitigt, sondern durch die Verwendung von speziellen, kapazitätsarmen, dicken Schichtisolationen mit kleiner Dielektrizitätslconstante oder von speziellen kapazitätsarmen Wicklungsarten nur reduziert werden. Auf diese Weise kann eine 2...4-fache Verbesserung erreicht werden, was in vielen Fällen nicht mehr ausreichend ist.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und einen Stromwandler zu entwickeln, mittels derer der durch die Windungskapazitäten hervorgerufene Fehler in bedeutendem Masse reduziert werden kann. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der durch die Windungskapazitäten hervorgerufene Fehler dadurch kompensiert werden kann, wenn im Eisenkern des Stromwandlers die Geschwindigkeit der Magnetflussänderung detektiert wird und mit einem dazu proportionalen Signal eine auf dem Eisenkern angeordnete Kompensationsspule gespeist wird.
Die Erfindung besteht somit einerseits in einem Verfahren zur Reduzierung des Übertragungsfehlers von Stromwandlern, welche ein auf einem Eisenkern angeordnetes Primärspulensystem und Sekundärspulensystem enthalten, wobei der Magnetfluss oder die Geschwindigkeit der Magnetflussänderung im Eisenkern des Stromwandlers detektiert wird und ein zu der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung proportionales, erstes elektrisches Signal erzeugt wird, mit welchem eine die sich aus den Windungskapazitäten der Spulensysteme ergebenden Erregungen kompensierende Kompensationsspule gespeist wird.
Durch die erfindungsgemässen Massnahmen ist der durch die Windungskapazitäten hervorgerufene Fehler in einem bedeutenden Masse, um etwa zwei Grössenordnungen reduzierbar, d.h. praktisch beseitigbar.
Es ist äusserst vorteilhaft, wenn die Kompensationsspule mit einer zu der Geschwindigkeit der Aenderung des Magnet flusses proportionalen ersten Spannung über einen in Reihe geschalteten Kondensator gespeist wird. In diesem Falle ist nämlich die Fehlerkompensation annähernd unabhängig von der Frequenz.
Es wurde weiterhin erkannt, dass infolge der Abhängigkeit des sich aus den Windungskapazitäten ergebenden Fehlers von der sich dem Sekundärspulensystem anschliessenden Lastimpedanz eine noch vollkommenere Kompensation erreicht werden kann, wenn auch ein zu der Geschwindigkeit der
Aenderung des Magnetflusses proportionales, zweites elektrisches Signal erzeugt wird und die sich dem Sekundärspulensystem anschliessende Lastimpedanz mit dem zweiten elektrischen Signal gespeist wird. Auch in diesem Falle ist es zur Gewährleistung des Frequenzunabhängigkeit vorteilhaft, wenn die Lastimpedanz mit der zur Geschwindigkeit der Aenderung des Magnetflusses proportionalen zweiten Spannung über einen in Reihe geschalteten zweiten Kondensator gespeist wird.
Bei Strömwandlern, deren Messbereich umschaltbar ist kann eine noch vollkommenere Fehlerkompensation dadurch gesichert werden, dass der Proportionsalitätsfaktor zwischen der Geschwindigkeit der Aenderung des Magnetflusses und dem ersten, bzw. zweiten elektrischen Signal in Abhängigkeit von der Messgrenze des Stromwandlers geändert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Präzisionsstromwandler, welcher mit einem auf einem Eisenkern angeordneten Primär- und Sekundärspulensystem versehen ist, wobei der Stromwandler mit einem Signalgeber zur Detektion der Aenderungsgeschwindigkeit des Magnetflusses des Eisenkerns, einer auf dem Eisenkern oder auf einem Indikatorkern angeordneten Kompensationsspule und einem sich dem Ausgang des Signalgebers anschliessenden, ersten Verstärker ausgebildet ist, wobei der Ausgang des ersten Verstärkers an der Kompensationsspule angeschlossen ist. Die Anordnung der Kompensationsspule auf dem Eisenkern ermöglicht eine nachträgliche Erweiterung, während bei der Anordnung auf dem Indikatorkern die induktive Rückkopplung nicht zu berücksichtigen ist. Bei einer bevorzugten Aus führungsform ist an den Ausgang des Signalgebers ein weiterer, zweiter Verstärker angeschlossen, dessen Ausgang an eine zur Lastimpedanz des Sekundärspulensystems führende Klemme angeschlossen ist. In diesem Falle wird der Fehler von der Lastimpedanz unabhängig.
Der Signalgeber kann äusserst einfach durch eine auf dem Eisenkern angeordnete Detektorspule ausgebildet werien, es sind jedoch auch andere Lösungen möglich, zum Beispiel die Anwendung einer Hall-Sonde, welche den Magnetfluss im Eisenkern detektiert.
Auch eine solche Ausbildung ist vorteilhaft, bei welcher der erste, bzw. zweite Verstärker mit einstellbarem Verstärkungskoeffizienten ausgebildet ist und an seinem Ausang ein Kondensator in Reihe geschaltet ist. Der in Reihe geschaltete Kondensator gewährleistet die Frequenzunabhängigkeit der Fehlerkompensation.
Bei Stromwandlern mit umschaltbarem Messbereich kann die Genauigkeit noch weiter erhöht werden, wenn die Stromwandler mit einem Schaltsystem versehen sind, das den Verstärkungskoeffizienten des Stromwandlers/der Stromwandler synchron mit der Aenderung des Messbereiches einstellt. Dieses kann zum Beispiel durch Umschalten des Rückkopplungswiderstandes von Operationsverstärkern erfolgen.
Nachstehend werden das erfindungsgemässe Verfahrenund ier erfindungsgemässe Stromwandler anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei die Figur ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellt. Der in der Figur dargestellte aktive, zweistufige Stromwaniler 1 enthält auf einem toroidförmigen Eisenkern angeordnete Primärspulensystem 5 und Sekundärspulensystem 6, im Innern des Eisenkerns 4 (Arbeitskern) befindliche, auf einem ebenfalls toroidförmigen Indikatorkern 7 angeordnete Indikatorspule 8 und Kompensationsspulensystem 9, sowie einen Indikatorverstärker 10. In der dargestellten Ausführungsfom sind das Primärspulensystem 5 und das Sekundärspulen System 6 zur Realisierung der Messbereichumsehaltung durch je eine Spule mit mehreren Abgriffen ausgebildet. Es sind jedoch auch davon abweichende Ausbildungen möglich, z.B. kann das Primärspulensystem 5 oder das Sekundärspulensystem durch eine einzige Spule mit zwei Ausgängen gebildet werden.
An den Stromwandler 1 schliesst sich ein den zu messenden Strom I1 symbolisierender Generator 2 über Klemmen K und L an. Die Klemme K ist mit einem Ende des Primärspulensystems 5 verbunden, während die Klemme L entsprechend dem eingestellten Messbereich mit einer der Klemmen L1, L2 .... Ln-1, Ln des Primärspulensystems 5, in der Figur mit der Klemme L1, verbunden ist. Das Primär- spulensystem 5 ist zwischen den Klemmen K und L1 mit einem Abschnitt mit einer Windungszahl N11, zwischen den Klemmen L1 und L2 mit einem Abschnitt mit einer Windungszahl N12, usw. und zwischen den Klemmen Ln-1 und Ln mit einem Abschnitt mit einer Windungszahl N1n ausgebildet, wobei die Windungskapazitäten der Abschnitte entsprechend C11, C12...Cln sind.
Dem Stramwandler 1 schliesst sich eine Lastimpedanz 3 mit einer Impedanz Z2 über die Klemmen k und 1 an. Die geerdete Klemme k ist mit einem Ende des Sekύndärspulensystems 6 verbunden, während die Klemme 1 entsprechend dem eingestellten Messbereich an eine der
Klemmen 11, , l2...lm -1, lm des Sekundärspulensystems 6 in der Figur an die Klemme l1 - angeschlossen ist. Das Sekundärspulensystem 6 ist zwischen den Klemmen k und 11 mit einem Abschnitt mit einer Windungszahl N21 , zwischen den Klemmen l1 und l2 mit einen Abschnitt mit einer Windungszahl N22, usw. und zwischen den Klemmen lm-1 und lm mit einem Abschnitt mit einer Windungszahl N2m ausgebildet, wobei diese Abschnitte entsprechende Windungs¬kapazitäten C21, C22...C2m aufweisen. Zur Kompensierung des durch den Magnetisierungs strom des Eisenkerns hervorgerufenen Fehlers wird auf an sich bekannte Weise dem in dem Sekundärspulensystem 6 induzierten Strom ein Strom Ima zugefügt. Zu diesem Zweck wird die Klemme 1 mit einer der Klemmen l 1' l2'...lm-1', lm' des auf dem Indikatorkern 7 befindlichen Kompensationsspulensystem 9 - in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mit der Hemme l1' - verbunden, wobei die Klemme l1' der Klemme 11 des Sekundärspulensystems 6 entspricht. Zwischen dem einen Ende des Kompensationsspulensystems 9 und der Klemme l1', bzw. den Klemmen l1', l2'...lm-1', lm' - entsprechend dem Sekundärspulensystem 6 - befinden sich Abschnitte mit Windungszahlen N21, N22...N2m. Das erwähnte Ende des Kompensationsspulensystems 9 ist an den Ausgang des Indikatorverstärkers 10 geführt, an dessen Eingänge die AnSchlüsse der auf dem Indikatorenkern 7 befindlichen Indikatorspule 8 mit einer Windungszahl Ne angeschlossen sind. Zur Kompensierung der Wirkung der Windungskapazitäten C11...C1n und C21...C2m ist gemäss der Erfindung in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Kompensationsspule 11 mit einer Windungszahl Nc auf dem Eisenkern 4 (Arbeitskern) angeordnet, wobei die Kompensationsspule 11 über einem Verstärker 14 von einem Signalgeber 13 gespeist wird, welcher ein zu der Aenderungsgeschwindigkeit des in dem Eisenkern 4 auftretenden Magnetflusses ∅ proportionales Sigial erzeugt.
In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Signalgeber 13 durch eine auf dem Eisenkern 4 angeordnete, an eine ihrer Klemmen geerdete Detektorspule 12 mit einer Windungszahl Nd gebildet. Der Signalgeber 13 kann jedoch auch auf eine andere Weise ausgebildet sein, z.B. durch ein einem mit einer Hall-Sonde ausgebildeten Flussdetektor nachgeschaltetes Differenzialglied. Die andere Klenme der Detektorspule 12 ist mit dem Eingang des Verstärkers 14 verbunden, wobei dieser Eingang über einen in Reihe geschalteten Widerstand 17 mit einen Wert R1 an den
ERSATZBLATT invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 16 gefüh ist. Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers 16 ist geerdet, während der Ausgang des Operationsverstärkers 16 über einen Widerstand 18 mit veränderbarem Wert R2 mit dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 16 verbunden ist und über in Reihe geschaltete, Widerstand 19 mit einem Wert R3 und Kondensator 20 mit einer Kapazität C1 an eine Klemme der Kompesationsspule 11 geführt ist. Die andere Klemme der Kompensationsspule 11 ist geerdet. Es ist vorteilhaft, in dem erfindungsgemässen Stromwandler 1 die geerdete Kompensationsspule 11 und die geerdete Detektorspule 12 in der Nähe des Sektmdärspulensystems 6, von dem Primärspulensystem 5 weiter entfernt anzuordnen. Dadurch ist zur Erzielung der vorgeschriebenen Betriebsspannung keine zusätzliche Isolierung erforderlich. Die erfindungsgemässe Kompensationsspule 11 kann abweichend von dem Ausführungsbeispiel in der Figur anstelle des Eisenkerns 4 auf dem Indikatorkern 7 oder auf einem den Indikatorkern 7 gegebenenfalls umgebenden, an sich gekannten Glättungskern angeordnet sein. Auch in diesem Falle kann die Speisung durch den Verstärker 14 gemäss der Figur erfolgen.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich die Detektorspule 12 nicht nur dem Verstärker 14, sondern auch dem Eingang des Verstärkers 15 anschliesst. Der Eingang des Verstärkers 15 ist über einen in Reihe geschalteten Widerstand 22 mit einem Wert R4 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 21 verbunden, dessen nichtinver- tierender Eingang geerdet ist, während sein Ausgang einerseits über einen Widerstand 23 mit veränderbarem Wert R5 an den invertierenden Eingang, und andererseits über eine
Reihenschaltung von einem stabilisierenden Widerstand 24 mit veränderbarem Wert R6 und einem Kondensator 25 mit einer Kapazität C2 an die Klemme 1 angeschlossen ist. Auf diese Weise wird dem in dem Sekundärspulensystem induzierten Strom neben dem Strom Ima ein Strom Iz ebenfalls zugefügt. Der in der Figur veranschaulichte, erfindungsgemässe Stromwandler funktioniert folgenderweise:
Der sinusförmige Strom I1 des Generators 2 erregt den mit einer Windungszahl N11 ausgebildeten Abschnitt des Primärspulensystems 5, worauf in dem mit einer Windungszahl N21 ausgebildeten Abschnitt des Sekundärspulensystems 6 ein Strom induziert wird. Durch Zugabe eines Stromes Ima zu diesem Strom fliesst über die Lastimpedanz 3 ein Strom
Figure imgf000010_0001
wenn von der Wirkung der Windungskapazitäten C11...C1n, C21...C2m abgesehen wird. Der Strom Ima wird von dem Indikatorverstärker 10 auf bekannte Weise derart erzeugt, dass in dem Indkatorkern 7 mit guter Annäherung ein Nullmagnetfluss mittels des in das Kompensationsspulensystem 9 erzwungenen Stromes Ima eingestellt wird. Auf diese Weise kann also praktisch der durch den Magnetisierungsstrom hervorgerufene Fehler beseitigt werden.
Durch die Windungskapazitäten C11...C1n, C21... C2m ergibt sich jedoch ein solcher Fehler, welche auf obenerwähnte Weise nicht kompensiert werden kann.
Bei einem in dem Eisenkern 4 entstehenden sinusförmigen Magnetfluss ∅ mit einer Kreisfrequenz ω induzieren sich nämlich in dem Primär-, bzw. Sekundärspulenabschnitt mit einer Windungszahl Nli bzw. N2k Spannungen ω ∅Nli bzw. ω ∅N2k, infolgedessen fliesst in dem Spulenabschnitt und der dazugehörigen Windungskapazität Cli bzw. C2k ein Strom
Ili = ω2∅Nl i Cli bzw. I2k = ω2∅N2kC2k .
Deswegen entsteht in jedem einzelnen Spulenabschnitt eine parasitäre Erregung Il i Nli = ω2∅Cl Nli 2 /1/ bzw. I2kN2k = ω 2∅C2k N2k 2 /2/
Gemäss der Erfindung sind die parasitären Erregungen durch einen in die Kompensationsspule 11 mit einer Windungszahl Nc eingespeisten Strom Ic kompensierbar, wenn folgende Bedingung gewährleistet wird:
Figure imgf000011_0001
Es ist offensichtlich, dass der Strom Ic bei der in der
Figur dargestellten Ausführungsform annähernd durch folgende Beziehung bestimmt werden kann: ξ
Figure imgf000011_0002
wenn der Wert des den Regelungskreis stabilisierenden Wider standes 19 viel kleiner als die Impedanz des Kondensators 20 ist, d.h.
Figure imgf000011_0003
Durch Einsetzen der Beziehungen /1/, /2/ und /4/ in die Beziehung /3/ wird folgende Bedingung erhalten:
Figure imgf000011_0004
Daraus ist ersichtlich, dass bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die sich aus den Windungskapazitäten ergebenden parasitären Erregungen unabhängig von der Frequenz kompensierbar sind. Die Einstellung erfolgt durch die Aenderung des Wertes R2 des Widerstandes 18.
Bei höheren Ansprüchen bezüglich der Genauigkeit kann es erforderlich sein, dass über die obige Kompensation hinaus auch in die Lastimpedanz 3 ein Strom Iz von entsprechender Grosse erzwungen wird, um eine noch höhere Unabhängigkeit des Fehlers des Stromwandlers 1 von der Grösse der Lastimpedanz 3 zu gewährleisten. Die Grosse des Stromes Iz kann durch Aenderung des Wertes R5 des Widerstandes 23 eingestellt werden.
Die obenerwähnten Einstellungen können mittels einer an sich bekannten Kalibriereinrichtung mit Stromkomparatoren derart durchgeführt werden, dass die Grossen der Ströme Ic und Iz derart geregelt werden, dass der
Fehler des Stromwandlers 1 unabhängig von der Grösse der LastImpedanz 3 in vorgegebenen Fehlergrenzen liegt.
Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, den Wert des Widerstandes 18 bzw. 23 in Abhängigkeit von dem Messbereich des Stromwandlers 1 zu verändern, wodurch die
Genauigkeit noch weiter gesteigert werden kann. Dieses kann zum Beispiel derart realisiert werden, dass der Stromwandler mit einem Schaltsystem versehen ist, welches gemeinsam mit der Aenderung des Messbereiches Widerstände 18 bzw. 23 mit verschiedenen Werten in die Schaltung einfügt.
Mit Hilfe des erfindungsgemässen Verfahrens und der Schaltungsanordnung kann der durch die Windungskapazitäten hervorgerufene Fehler um ca. zwei Grössenordnungen reduziert werden. Die Erfindung kann sowohl bei passiven als auch bei aktiven, ein- und mehrstufigen Stromwandlern verwendet werden.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der durch die Windungskapazitäten des Primärspulensystems bzw. Sekundärspulensystems hervorgerufene Fehler auch frequenzunabhängig kompensiert werden kann. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kompensation auch durch nachträgliche Erweiterung von fertigen Stromwandlern, dh. durch Anordnung der Kompensationsspule auf dem Eisenkern 4, realisiert werden kann.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Reduzierung des Übertragungsfehlers von Stromwandlern, welche mit auf einem Eisenkern angeordnetem Primärspulensystem und Sekundärspulensystem versehen ist, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass im Eisenkern des Stromwandlers der Magnetfluss oder die Geschwindigkeit der Magnetflussänderung detektiert und ein zu der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung proportionales, erstes elektrisches Signal erzeugt wird, wobei mit dem ersten elektrischen Signal eine die sich aus den Windungskapazitäten ergebenden Erregungen kompensierende Kompensationsspule gespeist wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e nn z e i c h n e t , dass die Kompensationsspule mit einer zu der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung proportionalen ersten Spannung über einen in Reihe geschalteten erste Kondensator gespeist wird.
3. Verfahren nach Anspruch l,oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein zu der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung proportionales zweites elektrisches Signal erzeugt wird, mit welchem eine sich dem Sekundärspulensystem anschliessende Lastimpedanz gespeist wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Lastimpedanz mit einer zu der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung proportionalen zweiten Spannung über einen in Reihe geschalteten zweiten Kondensator gespeist wird.
5. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass der Proportionalitätsfaktor zwischen der Geschwindigkeit der Magnetflussänderung und dem ersten, bzw. zweiten elektrischen Signal in Abhängigkeit von dem Messbereich des Stromwandlers geändert wird.
6. Präzisionsstromwandler mit auf einem Eisenkern angeordentem Primärspulensyste.m und Sekundäspulensystem, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , dass ein die Geschwindigkeit der Magnetflussänderung des Eisenkerns (4) detektierender Signalgeber (13), eine auf dem Eisenkern (4) oder einem Indikatorkern (7) angeordnete Kompensationsspule (11) und ein an den Ausgang des Signalgebers (13) angeschlossener erster Verstärker (14) vorgsehen sind, wobei der Ausgang des ersten Verstärkers (14) an die Kompensationsspule (11) angeschlossen ist.
7. Stromwandler nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass an den Ausgang des Signalgebers (13) ein zweiter Verstärker (15) angeschlossen ist, wobei sich der Ausgang des zweiten Verstärkers (15) einer zur Lastimpedanz (3) des Sekundärspulensystems (6) geführten Klemme (1) anschliesst.
8. Stromwandler nach Anspruch 6 oder 7, dadurch g e k e nn z e i c h n e t , dass der Signalgeber (13) durch eine auf dem Eisenkern angeordnete Detektorspule (12) gebildet wird.
9. Stromwandler nach Anspruch 7 oder 8, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , dass der erste, bzw. zweite
Verstärker (14, 15) als Verstärker mit einstellbarem Verstärkerkoeffizient ausgebildet ist und sein Ausgang mit einem Koodensator (20, 25) in Reihe geschaltet ist.
10. Stromwandler nach Anspruch 9, dadurch g e k e nn z e i c hn e t , dass das Primärspulensystem (5) und/oder Sekundärspulensystem (6) zur Umschaltung des Messbereiches mit mehreren herausführenden Klemmen (L1...Ln, l1...lm) versehen ist und der Stromwandler (1) mit einem Schaltsystem zu einer mit der Messbereichsänderung synchronen Einstellung des Verstärkerkoeffizienten des/der Verstärkers /Verstärker (14, 15) ausgebildet ist.
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