DE1086341B

DE1086341B - Resting DC current transducer

Info

Publication number: DE1086341B
Application number: DEL31901A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Lang; Dipl-Ing Rudolf Zahorka
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1958-12-05
Filing date: 1958-12-05
Publication date: 1960-08-04

Description

Ruhender Gleichstrom-Meßwandler Ruhende Gleichstrom-Meßwandler werden bekanntlich in der Besag-Schaltung ausgeführt, wobei zwei ferromagnetische Kerne von dem zu messenden primären Gleichstrom vormagnetisiert werden. Die Kerne tragen Wechselstromwicklungen, die mit entgegengesetztem Wicklungssinn geschaltet und in einzelnen Teilspulen aufgetrennt sind. Eine möglichst hohe Meßgenauigkeit wird bekanntlich dann erzielt, wenn bei Verwendung von hochpermeablem Kernmaterial durch hohe Gleichstrommagnetisierung der Arbeitsbereich des Wandlers so weit in das Sättigungsgebiet verschoben wird, daß, von diesem Punkt aus betrachtet, die Magnetisierungskurve praktisch rechteckig verläuft, derart, daß in gleichem Maße wie bei einem Wechselstromwandler das Gesetz der Amperewindungsgleichheit erfüllt ist. Die Genauigkeitsprüfung dieser Wandler erfolgt mit Hilfe von Meßanordnungen, die in bezug auf den Wandler symmetrische Magnetfelder ergeben, so daß die in einzelnen Teilspulen aufgespaltenen und auf den Schenkel aufgebrachten Wechselstromwicklungen gleich belastet sind.Resting DC current transducers Resting DC current transformers are used known to be executed in the Besag circuit, with two ferromagnetic cores be biased by the primary direct current to be measured. Carry the kernels AC windings that are connected with opposite winding directions and in individual sub-coils are separated. A measurement accuracy that is as high as possible is known then achieved when using highly permeable core material through high direct current magnetization the working range of the converter is shifted so far into the saturation area, that, viewed from this point, the magnetization curve is practically rectangular runs in such a way that the law to the same extent as with an AC converter the ampere-turn equality is fulfilled. The accuracy test of these converters takes place with the help of measuring arrangements which are symmetrical with respect to the transducer Magnetic fields result, so that the split into individual sub-coils and on the AC windings applied to the legs are equally loaded.

Beim Einbau und Betrieb von Gleichstrom-Meßwandlern in Anlagen sind jedoch die Felder in bezug auf den Wandler oft nicht mehr symmetrisch; vielmehr wird die Form der Felder bestimmt sowohl durch die Form der Schienenpakete selbst als auch durch deren Kröpfungen und ferner durch benachbarte Schienen sowie in der Nähe liegende Eisenmassen. Unabhängig von der Form der Felder ist für denselben Primärstrom das Integral di Hs ds für den Wandler konstant, das gleich ist der umfaßten Durchflutung und damit gleich dem Primärstrom. Durch die Unsymmetrie des Magnetfeldes wird aber die Aufteilung der Durchflutung auf die einzelnen Teilspulen des Wandlers ungleich, so daß diejenigen Spulen, an denen der größte Teil des Integralwertes liegt, auch den größten Strom führen. Infolgedessen ist man gezwungen, alle Spulen thermisch so stark zu dimensionieren, daß selbst bei der größtmöglichen Unsymmetrie des Magnetfeldes einzelne Teilspulen nicht überlastet sind. Eine weitere Folge solcher Unsymmetrien ist, daß sich auch der tbersetzungsfehler des Wandlers in einem Ausmaß ändern kann, das für Wandler hoher Klassengenauigkeit nicht mehr zulässig ist. When installing and operating direct current transducers in systems however, the fields are often no longer symmetrical with respect to the transducer; much more the shape of the fields is determined by the shape of the rail packages themselves as well as by their crankings and also by neighboring rails as well as in the Nearby iron masses. Regardless of the shape of the fields is for the same Primary current the integral di Hs ds constant for the converter, which is the same as the one included Flooding and thus equal to the primary current. Due to the asymmetry of the magnetic field however, the distribution of the flow to the individual coil sections of the converter unequal, so that those coils on which the largest part of the integral value also carry the largest current. As a result, one is forced to use all the coils Thermally dimensioned so strongly that even with the greatest possible asymmetry of the magnetic field, individual sub-coils are not overloaded. Another consequence of such Asymmetry is that the translation error of the converter also increases to an extent can change, which is no longer permissible for converters of high class accuracy.

Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, daß sich diese Nachteile vermeiden ließen, wenn es gelänge, den Wandler von Fremdfeldeinflüssen unab hängig zu machen und sogar darüber hinaus grundsätzlich das Magnetfeld an der Einbaustelle in bezug auf den Wandler symmetrisch zu gestalten. The invention is based on the idea that these disadvantages could avoid, if it succeeded, the converter independent of external field influences to make and even more fundamentally the magnetic field at the installation point to make symmetrical with respect to the transducer.

Zwar ist es bereits bekannt, durch Anwendung von Kunstschaltungen, beispielweise Zu- und Gegenschaltung verschiedener Wicklungen oder Wicklungsgrup- pen, solche Unsymmetrien nach Möglichkeit auszugleichen. Jedoch ist der Aufwand hierfür sehr beträchtlich, und die Genauigkeit des gesamten Wandlers leidet unter dem zusätzlichen Wicklungsaufwand. Zur Vermeidung örtlicher Flußungleichheiten und Sbersättigungen in Gleichstromwandlerkernen ist es ferner bekannt, deren Kerngestalt dem Kraftlinienverlauf des durch den Meßstrom erzeugten Flusses anzupassen. Although it is already known, through the use of art circuits, e.g. connection and counter connection of different windings or winding groups pen, to compensate for such asymmetries as far as possible. However, the effort for this is very considerable, and the accuracy of the entire transducer suffers from the additional Winding effort. To avoid local flow imbalances and saturation In direct current converter cores, it is also known that their core shape follows the course of the lines of force to adapt the flow generated by the measuring current.

Dabei wird der Einfluß von Störfeldenl jedoch unberücksichtigt gelassen.However, the influence of interference fields is not taken into account.

Wesentlich einfacher und betriebssicherer läßt sich die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch lösen, daß durch eine gegenüber der zentralen, symmetrischen Lage in bezug auf den Gleichstromleiter bewirkte Verschiebung des Wandlers in und/oder durch Verdrehung des Wandlers gegen die Ebene des erregenden Magnetfeldes die Durchflutung de; einzelnen Teilspulen gleich oder angenähert gleichgemacht wird und daß darüber hinaus noch vorhandene Durchflutungsunsymmetrien durch magnetische Abschirmung der am meisten beaufschlagten Spulen so vergleichmäßigt werden, daß in bezug auf den Wandler das Magnetfeld weitgehend symmetrisch wirkt. Eine Verschiebung des Wandlers in Richtung des Magnetfeldes oder eine Verdrehung gegen die Ebene des Magnetfeldes setzt natürlich voraus, daß das Fenster des Wandlers ausreichend groß gemacht wird, so daß eine gewissermaßen exzentrische Anordnung auf der Primärschiene möglich ist. Man wird also den Wandler so in der Anlage einbauen, daß an den Schenkeln und den einzelnen Teilspulen, soweit es die örtliche Feldausbildung erlaubt, eine möglichst gleichmäßige Aufteilung des Integrals Hs ds zustande kommt. Man erreicht dadurch eine weitgehend gleichmäßige Beaufschlagung der Spulen und damit eine weitgehend gleichmäßige thermische Belastung, so daß die Bemessung nur noch für den Nennwert zu erfolgen hat. Der Ubersetzungsfehler des Wandlers entspricht dann dem in Prüffeld gemessenen Wert, so daß die Gewähr für die garantierte Klassengenauigkeit des Wandlers auch am Einbauort besteht. The posed According to the invention, the object is achieved in that by one opposite the central, symmetrical Position in relation to the direct current conductor caused displacement of the converter in and / or by turning the transducer against the level of the exciting magnetic field, the flow de; individual sub-coils is made the same or approximately the same and that above In addition, existing flow asymmetries due to magnetic shielding of the most acted upon coils are so uniform that with respect to the Converter, the magnetic field acts largely symmetrically. A shift in the converter in the direction of the magnetic field or a twist against the plane of the magnetic field assumes, of course, that the window of the converter is made sufficiently large, so that a more or less eccentric arrangement on the primary rail is possible. So you will install the converter in the system that on the legs and the individual coil sections, as far as the local field training allows, one if possible uniform distribution of the integral Hs ds comes about. One achieves through it a largely uniform loading of the coils and thus a largely uniform thermal load, so that the rating is only for the nominal value has to be done. The translation error of the converter then corresponds to that in the test field measured Value, so that the guarantee of the guaranteed class accuracy of the converter also exists at the installation site.

Die verschiedenen Möglichkeiten, den Wandler zu verlagern, sind in Fig. 1 dargestellt. Zunächst ist in Fig. ja die bekannte zentrische Einbauart eines Gleichstromwandlers gezeigt, bei der die Gleichstromschiene 1 genau durch die Mitte des Gleichstromwandlers verläuft. Der Gleichstromwandler selbst besteht wie üblich aus zwei Kernen, die parallel liegen und einzelne Teilspulen besitzen, und zwar bei einem viereckigen liernaufbau nach der Darstellung in jedem Keruschenkel eine Teilspule 2. Der Übersichtlichkeit halber wurde der Wandler schematisch durch diese Teilspulen angedeutet. Die erste Möglichkeit zum Ausgleich eines nichtsymmetrischen magnetischen Feldes ist in Fig. 1 b dargestellt. Dabei wird der Wandler exzentrisch zur Gleichstromschiene 1 eingebaut. Die beiden anderen Möglichkeiten für den Ausgleich eines unsymmetrischen Magnetfeldes zeigen die Fig. 1 c und 1 d, bei denen der Wandler entweder um eine horizontale Achse geneigt (Fig. l c) oder um seine vertikale Achse gedreht ist (Fig. 1 d). Selbstverständlich können diese drei Möglichkeiten erforderlichenfalls in beliebigen Kombinationen zur Anwendung gelangen. The various ways to relocate the converter are in Fig. 1 shown. First of all, the well-known centric installation type is shown in FIG DC converter shown in which the DC bus 1 exactly through the middle of the DC / DC converter. The DC / DC converter itself exists as usual from two cores that are parallel and have individual partial coils, namely in the case of a quadrangular leaning structure, one in each kerusle leg, as shown in the illustration Partial coil 2. For the sake of clarity, the converter has been shown schematically through this Partial coils indicated. The first way to compensate for a non-symmetrical magnetic field is shown in Fig. 1b. The converter becomes eccentric built in to direct current rail 1. The other two options for equalization 1 c and 1 d show an asymmetrical magnetic field, in which the transducer either inclined about a horizontal axis (Fig. 1 c) or about its vertical axis is rotated (Fig. 1 d). Of course, these three possibilities can be used if necessary can be used in any combination.

Die Symmetrierung des Magnetfeldes kann in einfacher Weise dadurch kontrolliert werden, daß man die Teilströme der einzelnen Teilspulen 2 mißt und den Wandler auf der Primärschiene 1 so justiert, daß in den Teilspulen 2 der dem symmetrischen Zustand entsprechende Strom fließt. The symmetrization of the magnetic field can thereby be achieved in a simple manner be controlled that the partial currents of the individual partial coils 2 are measured and the transducer on the primary rail 1 adjusted so that in the sub-coils 2 of the dem symmetrical state corresponding current flows.

Noch vorhandene Restunsymmetrien, die durch die Verschiebung des Meßwandlers in der Ebene des Magnetfeldes oder durch Verdrehung des Wandlers gegen diese Ebene nicht ganz beseitigt sind, werden, da man das Fenster des Wandlers aus wirtschaftlichen Erwägungen nicht beliebig groß machen wird und da ferner die örtlichen Verhältnisse keinen optimalen Einbau bzw. eine genaue Justierung ermöglichen, dadurch vergleichmäßigt, daß man die stärker belasteten Schenkel und Teilspulen durch geeignete Abschirmungen entlastet (Fig. 2). Die Abschirmung wird man dabei zweckmäßigerweise so aufbauen, daß auf einem unmagnetischen Träger 3 übereinandergeschichtete Blechstreifen 4 angeordnet werden, die quer zur Richtung der Feldlinien des magnetischen Eigenfeldes des Gleichstromwandlers liegen, wobei, in Richtung der Feldlinien des magnetischen Eigenfeldes gesehen, Luft- und Eisenstrecken miteinander abwechseln. Das Eisen darf dabei, wie bereits an anderer Stelle vorgeschlagen, nicht gesättigt sein, und Luft- und Eisenstrecken müssen in einem solchen Verhältnis zueinander stehen, daß die resultierende Permeabilität der Abschirmung bei den im Normalbetrieb auftretenden Feldstärken möglichst groß ist. Die bisher üblichen Abschirmungen gegen Fremdfeldeinflüsse bestehen aus einem Blechschirm und haben bei Feldstärken von 100 A/cm Permeabilitäten von 10 bis 50p0. Die vorgesehenen Abschirmungen dagegen erreichen bei den gleichen Feldstärken noch Permeabilitäten von 100 bis 150 mio Physikalisch ist die Wirkung der Abschirmungen bezüglich der belasteten Schenkel und Teilspulen dadurch wirksam, daß ein Teil des an ihnen liegenden Feldes magnetisch kurzgeschlossen wird, so daß das Feld sich auf die nicht abgeschirmten und vorher schwächer belasteten Schenkel bzw. Spulen verlagert. Remaining asymmetries caused by the displacement of the Transducer in the plane of the magnetic field or by rotating the transducer against this level cannot be entirely eliminated, since you have the window of the converter out economic considerations will not make arbitrarily large and there also the local Conditions do not allow optimal installation or precise adjustment, thereby leveled out that the more heavily loaded legs and sub-coils by suitable Shields relieved (Fig. 2). The shielding is expedient build so that on a non-magnetic carrier 3 stacked sheet metal strips 4 are arranged transversely to the direction of the field lines of the own magnetic field of the direct current converter are, in the direction of the field lines of the magnetic Seen own field, alternate air and iron distances with each other. The iron is allowed as already suggested elsewhere, should not be saturated, and air- and iron lines must be in such a relationship that the resulting permeability of the shield for those occurring in normal operation Field strengths is as great as possible. The usual ones so far Shielding against external field influences consist of a sheet metal shield and have permeabilities at field strengths of 100 A / cm from 10 to 50p0. The shields provided, however, achieve the same Field strengths or permeabilities of 100 to 150 million. The effect is physical of the shielding effective with regard to the loaded legs and partial coils, that part of the field applied to them is magnetically short-circuited, so that the field is applied to the unshielded and previously less stressed legs or coils relocated.

PATENTANSPROCHE: 1. Ruhender Gleichstrom-Meßwandler mit zwei ferromagnetischen Kernen, die von dem zu messenden primären, in einer Schiene od. dgl. strangförmigem Leiter fließenden Gleichstrom vormagnetisiert werden und an einer Wechselspannung liegende, mit entgegengesetztem Wicklungssinn geschaltete, in mehrere Teilspulen unterteilte Wechselstromwicklungen tragen, und mit Vorkehrungen zum Erzielen einer gleichmäßigen magnetischen Durchflutung aller Kernteile, dadurcligckennzeichnet, daß durch eine gegenüber der zentralen, symmetrischen Lage in bezug auf den Gleichstromleiter bewirkte Verschiebung des Wandlers in und/oder durch Verdrehung des Wandlers gegen die Ebene des erregenden Magnetfeldes die Durchflutung der einzelnen Teilspulen gleich oder angenähert gleichgemacht ist und daß darüber hinaus noch vorhandene Durchflutungsunsymmetrien durch magnetische Abschirmung der am meisten beaufschlagten Spulen so vergleichmäßigt sind, daß in bezug auf den Wandler das Magnetfeld weitgehend symmetrisch wirkt. PATENT CLAIMS: 1. Static DC current transducer with two ferromagnetic Cores from the primary to be measured, or in a rail Conductors flowing direct current are biased and connected to an alternating voltage lying, switched with opposite winding directions, in several sub-coils Carrying split AC windings, and with provisions for achieving a uniform magnetic flux of all core parts, which is characterized by that by an opposite the central, symmetrical position with respect to the direct current conductor caused displacement of the transducer in and / or by rotating the transducer against the level of the exciting magnetic field the flow through the individual sub-coils is equal or approximately made equal and that in addition still existing Flooding asymmetries due to magnetic shielding of the most exposed Coils are evened out so that the magnetic field with respect to the transducer is largely acts symmetrically.

Claims

2. DC transducer according to claim 1, characterized in that that to determine the symmetry of the magnetic conditions on the transducer a Arrangement for measuring the currents in the sub-coils is provided.

3. DC transducer according to claim 1 and 2, characterized in that that the shield consists of stacked sheet metal strips that transversely to the direction of the field lines of the own magnetic field of the direct current converter lie.

4. DC transducer according to claim 1 to 3, characterized in that that stacks of sheet metal strips lie side by side in such a way that they are affected by the field lines of the Self-field are penetrated perpendicular to the longitudinal direction of the sheet metal strips.

Documents considered: German Patent No. 961557; U.S. Patent No. 2,800630.