DD233914A3

DD233914A3 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR THE COMPARISON OF INTERFACES

Info

Publication number: DD233914A3
Application number: DD26022184A
Authority: DD
Inventors: Werner Tiepner
Original assignee: Ministerrat Der Ddr Asmw
Priority date: 1984-02-22
Filing date: 1984-02-22
Publication date: 1986-03-19

Abstract

Es wird eine Schaltungsanordnung angegeben, mit der zwei in einem grossen Verhaeltnis zueinander stehende Stroeme gleicher Frequenz durch Amperewindungskompensation miteinander verglichen werden koennen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass der kleinere Strom ueber eine Komparatorwicklung mit grosser dekadisch unterteilter anzapfbarer Windungszahl gefuehrt wird, waehrend der groessere Strom durch einen vorzugsweise induktiven Stromteiler wahlweise im Verhaeltnis neunhundertneunundneunzig, neunundneunzig oder neun zu eins aufgeteilt werden kann und der jeweils kleinere Stromanteil ueber eine zweite gegensinnig wirkende Komparatorwicklung mit zehn Windungen, abgreifbar zwischen Null und Zehn, gefuehrt wird. Dieser Teilstrom wird wiederum durch einen induktiven Stromteiler im Verhaeltnis Neun zu Eins aufgeteilt und dann sein zehnter Teil ueber eine zweite gleichartige Komparatorwicklung gefuehrt. Durch mehrmalige Anordnung gleichartiger Stromteiler und Komparatorwicklungen koennen Stroeme, die in einem grossen Verhaeltnis zueinander stehen bei hoher Aufloesung miteinander verglichen werden, wobei der Amplitudenfeinabgleich des Stromkomparators ueber die Wicklung erfolgt, die vom groesseren der zu vergleichenden Stroeme durchflossen wird. Fig. 1A circuit arrangement is provided with which two currents of the same frequency, which are in a large ratio, can be compared with each other by ampere-turn compensation. It is characterized in that the smaller current is passed through a comparator winding with a large decadal subdivided tapable number of windings, while the larger current can be divided by a preferably inductive current divider either in the ratio of nine hundred ninety nine, ninety nine or nine to one and the smaller current share over one second oppositely acting comparator winding with ten turns, tapped between zero and ten, is guided. This sub-current is in turn divided by an inductive current divider in the ratio nine to one and then its tenth part over a second similar comparator winding out. By repeated arrangement of similar current divider and comparator windings Stroeme, which are in a large ratio to each other at high resolution can be compared with each other, the amplitude fine adjustment of the current comparator via the winding is carried out, which is traversed by the larger of the Stroeme to be compared. Fig. 1

Description

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Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromvergleichseinrichtung zu schaffen, mit der Wechselströme gleicher Frequenz, jedoch unterschiedlicher Amplitude und Phasenlage mit hoher Genauigkeit verglichen werden können. Sie soll nach dem Prinzip der Amperewindungskompensation arbeiten und so ausgelegt sein, daß auch sehr große Stromverhältnisse mit geringem technischem Aufwand gemessen werden können.The invention has for its object to provide a current comparison device, with the AC currents of the same frequency, but different amplitude and phase angle can be compared with high accuracy. It should work on the principle of Amperewindungskompensation and be designed so that even very large current conditions can be measured with little technical effort.

Eine solche Stromvergleichseinrichtung läßt sich verwirklichen mit Hilfe eines Stromkomparators in Verbindung mit induktiven Stromteilern.Such a current comparison device can be realized with the aid of a current comparator in conjunction with inductive current dividers.

Die vom größeren der beiden zu vergleichenden Ströme durchflossene Wicklung des Stromkomparators ist in mehrere gleichartige Einzelwicklungen mit je einem stellbaren Abgriff unterteilt, die in gleicher Wirkungsrichtung vom Strom durchflossen werden, wobei jeder Abgriff mit der Anzapfung eines induktiven Stromteilers verbunden ist.The current flowing through the larger of the two currents to be compared comparator current comparator is divided into several similar single windings, each with an adjustable tap, which are traversed in the same direction of action from the stream, each tap is connected to the tap of an inductive current divider.

Der den kleineren Teilstrom führende Anschluß des Stromteilers ist mit einer der weiteren Einzelwicklungen verbunden und die die größeren Teilströme führenden Anschlüsse der Stromteiler sind untereinander und gemeinsam mit dem stellbaren Abgriff der niederwertigsten Einzelwicklung und der Ausgangsklemme verbunden.The smaller partial current leading terminal of the flow divider is connected to one of the other individual windings and the larger part currents leading terminals of the flow divider are connected to each other and together with the adjustable tap of the lowest value single winding and the output terminal.

Zur Erweiterung des Meßbereichs ist die Eingangsklemme der ersten Einzelwicklung, die mit der Eingangsklemme dieser Komparatorwicklung verbunden ist, mit dem den größeren Teilstrom führenden Anschluß eines weiteren induktiven Stromteilers verbunden, während an den den kleineren Teilstrom führenden Anschluß dieses Stromteilers der stellbare Abgriff der niederwertigsten Einzelwicklung gemeinsam mit den Anschlüssen der anderen Stromteiler geführt ist, wobei der Ausgang dieser Komparatorwicklung die Anzapfung dieses Stromteilers ist.To extend the measuring range, the input terminal of the first single winding, which is connected to the input terminal of this comparator winding, connected to the larger partial current leading terminal of another inductive current divider, while common to the smaller partial current leading terminal of this current divider of the adjustable tap of the lowest value single winding is guided with the terminals of the other current divider, wherein the output of this comparator winding is the tap of this flow divider.

embodiment

Die erfindungsgemäße Stromvergleichseinrichtung besteht aus einem speziellen Stromkomparator und mehreren vorzugsweise induktiven Stromteilern.The current comparison device according to the invention consists of a special current comparator and a plurality of preferably inductive current dividers.

Induktive Stromteiler, die aus einem weichmagnetischen Ringbandkern und einer Wicklung mit Anzapfung bestehen, erzwingen die Stromteilung im umgekehrten Verhältnis der Windungszahl ihrer Teilwicklungen, wenn der zu teilende Strom über die Wicklungsanzapfung zugeführt wird.Inductive current dividers, which consist of a soft magnetic ring band core and a tapped winding, force the current split in inverse proportion to the number of turns of their partial windings, when the current to be divided is supplied via the winding tapping.

Bei unterschiedlichen zu vergleichenden Strömen soll Amperewindungsgleichgewicht im Stromkomparator dadurch herbeigeführt werden, daß die effektive Windungszahl jener Komparatorwicklung verändert wird, die vom größeren der zu vergleichenden Ströme durchflossen wird. Dies soll verwirklicht werden, indem diese Komparatorwicklung aus mehreren gleichartigen Einzelwicklungen besteht, die in Verbindung mit induktiven Stromteilern so zusammenwirken, daß die zum Komparaturabgleich erforderliche effektive Windungszahl mit einer der geforderten Auflösung entsprechenden Genauigkeit eingestellt werden kann.At different currents to be compared Amperewindungsgleichgewicht in the current comparator should be brought about by the fact that the effective number of turns of that comparator winding is changed, which is traversed by the larger of the currents to be compared. This is to be realized by this comparator winding consists of several similar single windings, which cooperate in conjunction with inductive current dividers so that the required for Komparaturabgleich effective number of turns can be adjusted with a resolution corresponding to the required resolution.

Um einen übermäßigen Einfluß des ohmschen Widerstandes dieser veränderbaren Wicklung auf das Meßergebnis zu vermeiden besteht jede Einzelwicklung vorzugsweise nur aus zehn Windungen, die zwischen null und zehn abgegriffen werden können, wobei jede folgende Einzelwicklung jeweils nur vom zehnten Teil des Stromes der vorhergehenden durchflossen werden soll. Dies soll verwirklicht werden, indem der Strom, nachdem er die wahlweise zwischen null und zehn Windungen einstellbare erste Einzelwicklung durchflossen hat, einem vorzugsweise induktiven Stromteiler zugeführt wird, der ihn im Verhältnis neun zu eins aufteilt.In order to avoid an excessive influence of the ohmic resistance of this variable winding on the measurement result, each individual winding is preferably only ten turns that can be tapped between zero and ten, each subsequent single winding is to be traversed only by tenth part of the flow of the previous. This is to be realized by the current having flowed through the first individual winding, which can be set optionally between zero and ten turns, to a preferably inductive current divider which divides it in a ratio of nine to one.

Der zehnte Teil des ursprünglichen Stromes durchfließt dann die zweite der gleichartigen, in ihrer wirksamen Windungszahl einstellbaren Einzelwicklungen und wird dann wiederum durch einen weiteren induktiven Stromteiler im Verhältnis neun zu eins aufgeteilt. Dieser nun hundertste Teil des ursprünglichen Stromes wird der dritten Einzelwicklung zugeführt.The tenth part of the original current then flows through the second of the similar, adjustable in their effective number of turns single windings and is then in turn divided by another inductive flow divider in the ratio of nine to one. This now hundredth part of the original stream is fed to the third single winding.

Diese Anordnungen von Komparatorwicklungen und induktiven Stromteilern werden so oft wiederholt, wie es zur Einstellung der effektiven Komparatorwindungszahl entsprechend der geforderten Auflösung zur Erzielung des Amperewindungsgleichgewichts im Komparatorkern notwendig ist.These arrangements of comparator windings and inductive current dividers are repeated as many times as necessary to set the effective comparator turn number corresponding to the required resolution to achieve the ampere-turn balance in the comparator core.

Die vom kleineren der zu vergleichenden Ströme durchflossene Komparatorwicklung wird vorzugsweise mit tausend Windungen ausgeführt, die bei hundert und zehn Windungen anzapfbar sind (Fig. 1).The comparator winding through which the smaller of the currents to be compared is preferably carried out with one thousand turns, which can be tapped at one hundred and ten windings (FIG. 1).

Zur weiteren Erhöhung der möglichen zu messenden Stromverhältnisse soll nur ein definierter Teil des größeren der zu vergleichenden Ströme die in ihrer effektiven Windungszahl kontinuierlich veränderbare Komparatorwicklung durchfließen.To further increase the possible current conditions to be measured, only a defined part of the larger of the currents to be compared is to flow through the comparator winding which can be continuously varied in its effective number of turns.

Dies soll verwirklicht werden, indem ein weiterer spezieller induktiver Stromteiler so zwischen den Wicklungsanfang der ersten Einzelwicklung der effektiven Komparatorwicklung und den gemeinsamen Ausgangspunkt der den Einzelwicklungen zugeordneten induktiven Stromteiler geschaltet wird, daß der Gesamtstrom am Verbindungspunkt der beiden Stromteilerwicklungen austritt.This is to be realized by switching another special inductive current divider between the beginning of the winding of the first single winding of the effective comparator winding and the common starting point of the individual windings associated inductive power divider that the total current exits at the junction of the two current divider windings.

Das Windungszahlverhältnis des speziellen induktiven Stromteilers muß dem gewünschten Stromteilungsverhältnis umgekehrt proportional sein. Vorzugsweise wird dieser induktive Stromteiler so ausgelegt und geschaltet, daß er den Gesamtstrom in zwei Teilströme, die wahlweise im Verhältnis neunhundertneunundneunzig, neunundneunzig oder neun zu eins stehen, aufteilt und nur der jeweils kleinere Stromanteil die veränderbare Komparatorwicklung durchfließt (Fig. 2).The turns ratio of the particular inductive divider must be inversely proportional to the desired current split ratio. Preferably, this inductive current divider is designed and switched to divide the total current into two substreams, optionally at a ratio of nine hundred ninety-nine, ninety-nine or nine to one, and only the respective smaller proportion of current passes through the variable comparator winding (Figure 2).

Bei geeigneter Ausführung haben induktive Stromteiler sehr kleine Teilungsfehler, sind einfach herzustellen und stellen für den Gesamtstromkreis nur einen relativ kleinen komplexen Widerstand da', da der imaginäre Widerstandsanteil des Stromteilers infolge der gegenläufiger Magnetisierung durch die ' eilströme nach Null strebt unc. sein realer Widerstandsanteil überwiegend durch den ohmschen Widerstand der Wicklungen bestimmt wird.In a suitable embodiment, inductive current dividers have very small pitch errors, are easy to fabricate, and provide only a relatively small complex resistance to the overall circuit because the imaginary resistance portion of the current divider tends to zero due to the inverse magnetization through the rush currents. its real resistance component is mainly determined by the ohmic resistance of the windings.

Durch an sich bekannte schaltungstechnische Maßnahmen muß sichergestellt sein, daß sich in der Stromverzweigung der angegebenen Schaltungsanordnung das ohmsche Widerstandsverhältnis, daß dem Windungszahlverhältnis des Stromteilers proportional sein muß, bei Windungszahländerungen der zugeordneten Komparatorwicklung nur vernachlässigbar ändern kann.By known circuitry measures must be ensured that in the current branching of the specified circuit, the ohmic resistance ratio that must be proportional to the Windungszahlverhältnis of the current divider can change only negligible in Windungszahländerungen the associated comparator.

Mit der angegebenen Auslegung der Stromvergleichseinrichtung ist es möglich, Stromverhältnisse zwischen eins zu eins und einer Million zu eins bei hoher Auflösung zu messen.With the stated design of the current comparator, it is possible to measure current ratios between one to one and one million to one at high resolution.

Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung dargestellt.To explain the invention, embodiments of the circuit arrangement according to the invention are shown in FIGS. 1 and 2.

Die Fig. 1 zeigt den schaltungstechnischen Aufbau der Stromvergleichseinrichtung.Fig. 1 shows the circuit construction of the current comparison device.

In Fig. 1 bedeuten:In Fig. 1 mean:

1 - weichmagnetischer Ringbandkern1 - soft magnetic ring band core

2 — Indikatorwicklung mit Nullindikator zur Kontrolle des Amperewindungsgleichgewichts2 - Indicator winding with zero indicator to control ampere-turn balance

3 — Bei zehn und hundert Windungen anzapfbare Komparatorwicklung mit insgesamt tausend Windungen3 - At ten and one hundred turns tapable comparator winding with a total of a thousand turns

4 bis 8 - Komparatorwicklungen gleicher Ausführung. Jede Wicklung besteht aus zehn Windungen, die zwischen eins und zehn abgegriffen werden können. Der sie durchfließende Strom erzeugt als Funktion der effektiven Windungszahl dieser Wicklung eine gerichtete magnetische Spannung, die der unter 3 beschriebenen entgegenwirkt.4 to 8 - Comparator windings of the same design. Each winding consists of ten turns that can be tapped between one and ten. The current flowing therethrough generates a directional magnetic stress as a function of the effective number of turns of this winding, which counteracts that described under 3.

9 bis 12 - gleichartig aufgebaute induktive Stromteiler. Sie bestehen aus einem weichmagnetischen Ringbandkern, auf dem zwei in Reihe geschaltete Wicklungen aufgebracht sind, deren Windungszahlen im Verhältnis neun zu eins stehen. Jeder Stromteiler teilt den ihm am Verbindungspunkt beider Wicklungen zugeführten Strom in zwei Teilströme auf, deren Verhältnis dem Windungszahlverhäitnis umgekehrt proportional ist9 to 12 - similar inductive current dividers. They consist of a soft-magnetic annular band core, on which two windings connected in series are applied, whose number of turns are in the ratio of nine to one. Each current divider divides the current supplied to it at the connection point of both windings into two partial currents whose ratio is inversely proportional to the number of windings

13 und 14 — zu vergleichende Ströme I, und I₂ 13 and 14 - to be compared currents I, and I ₂

Fig. 2 zeigt den Schaltungsaufbau der Stromvergleichseinrichtung unter Einbeziehung eines weiteren Stromteilers (15). Dieser ist in seinen Windungszahlverhältnissen so ausgelegt, daß er den unter 14 fließenden Strom wahlweise in den Verhältnissen 999/1, 99/1 und 9/1 aufteilt. Er dient zur Erhöhung der möglichen zu messenden Stromverhältnisse, wobei nur die jeweils kleineren Teilströme über die zugeordneten Komparatorwicklungen geführt werdenFIG. 2 shows the circuit configuration of the current comparison device, including a further current divider (15). This is designed in its Windungszahlverhältnissen so that it divides the current flowing under 14 either in the ratios 999/1, 99/1 and 9/1. It serves to increase the possible current conditions to be measured, with only the respective smaller partial currents being conducted via the associated comparator windings

Claims

Invention claim:

1. A circuit arrangement for comparing alternating currents by Amperewindungskompensation using a current comparator, consisting of a first through-flow of the reference current, a second, through-flow to be compared winding and a third winding to which the indicator device is connected, and inductive current dividers, characterized in that the winding of the current comparator (1) through which the larger of the two currents flows is subdivided into a plurality of identical individual windings (4 to 8) each having an adjustable tap which is traversed by the current in the same direction of action, each tap being connected to the tap of an inductive current divider (9 to 12) is connected, the smaller part of the current leading terminal to one of the further individual windings (5 to 8) and their larger part of the currents carrying connections with each other and together with the adjustable tap of the least significant single winding (8) connected to the output terminal.

2. Circuit arrangement according to item 1, characterized in that the input terminal of the first single winding (4) which is connected to the input terminal of this comparator winding, with the larger part current leading terminal of another inductive current divider (15) is connected, while at the smaller partial current leading terminal of this current divider (15) of the adjustable tap of the lowest value single winding (8) is performed together with the terminals of the other current divider (9 to 12), wherein the output of this comparator winding is the tap of this current divider (15).

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to a circuit arrangement for current comparators, which operate on the principle of Amperewindungskompensation and are preferably used for comparing alternating currents of the same frequency.

Characteristic of the known technical solution

One of the fundamental tasks of measuring technology is the definition and representation of physical quantities. By means of ratio standards, multiples or parts of the physical units can then be transferred to the practically interesting measuring ranges.

Current comparators, in which current ratios are attributed to Windungszahlverhältnisse, are particularly suitable as ratio standards for comparable electrical currents of the same frequency.

In their simplest form current comparators consist of a soft magnetic ring band core on which three different windings are applied. Two of these windings variable in their effective number of turns are traversed by the currents to be compared so that the sum of their current and number of turns dependent magnetic voltages in the adjustment state goes to zero. The third winding serves to control the ampere-turn equilibrium by voltage measurement.

At a fixed unknown current ratio, ampere-turn equilibrium can then be established by varying the turns ratio of the current windings. In the adjustment case, the currents behave inversely proportional to the number of turns.

In order to be able to accurately determine any current conditions, current comparators with variable turns ratios up to about eleven hundred to one and a resolution of up to about one millionth have been developed (Peterson, Vol.

O. - A Transformer-Ratio-Arm-Bridge for Maasuring Large Capacitors aoove 100 Volts - Measuring bridge with variable transmission ratio for measuring large capacities at more than 100 volts - IEEE Trans. PA S vol. PAS-87 May 1968 pp 1354-1361) and (Küsters, NL; Peterson, O. A transform-ratio-arms bridge for high-voltage capacitance measurements - variable-ratio measuring bridge for measuring capacitance at high voltage - IEEE Trans, on Commun. and Electron. Vol. 82, pt 1, Nov. 1963, pp 606-611).

The realization of even larger turns ratio encounters technical difficulties in the high demanded translation accuracy for current comparators, and the determination of the inherent errors of such current comparators is not easy (Peterson, О .; Anderson, WE - A Wide-Range High-Voltage Capacitance Bridge with one PPM Accurecy - One millionth of a millionth high-voltage capacitance bridge - IEEE Trans. Instrum. Meas. Vol.

IM-24, No. 4, Dec. 1975).

In all known technical embodiments of current comparators, for the smallest effective winding, the number of turns is one and the ampere-turn balance is made by varying the effective number of turns of the larger ratio winding, which is generally composed of a plurality of series-connected and decadicated single-windings.

Embodiments of current comparators are also known in which the effective magnetic voltage of a comparator side is composed of the geometric sum of a plurality of different magnetic voltages, not infrequently the metrological requirement is that the total torsional ratio с eser sum side must not change.

This results in uit. Demand to bring about the ampere-turn balance of the comparator core by changing the number of turns of the opposing comparator winding.

When measuring large current ratios or comparing relatively large currents, this comparator winding has only one or a few turns. If it is composed of several similar and cooperating single windings, it can, in conjunction with inductive current dividers or current transformers, a current comparator are constructed in which the change in the Windungszahlverhältnisses for the purpose of Amperewindungskompensation done by the comparator, which is traversed by the larger of the currents to be compared ,

Object of the invention

The invention aims to provide a working according to the principle of Amperewindungskompensation power comparator for large current conditions, with the two different in their amplitude and phase different AC currents of the same frequency can be compared with high accuracy and low technical effort. It is further object of the invention to form the current comparison device so that the Amperewindungsabgleich the current comparator with high resolution by changing the effective number of turns of that comparator winding happens, which is traversed by the larger of the currents to be compared.