-
Meßwandler oder Meßverstärker für Gleichströme nach demTransduktorprinzip
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Meßwandler oder Meßverstärker für
Gleichströme nach dem Transduktorprinzip. Solche Meßwandler oder Meßverstärker sind
aus sättigbaren Eisenkernen aufgebaut, die von dem Meßstrom vormagnetisiert werden
und die Erregerwicklungen besitzen, die von Wechselströmen gespeist werden. Die
Ausgangsgröße ist eine Wechselspannung, deren Frequenz entweder gleich oder gleich
einem Vielfachen der Frequenz des erregenden Wechselstromes ist. Diese Ausgangsspannung
wird entweder an geeigneten Stellen der Wechselstromerregerwicklung selbst abgegriffen
oder an zusätzlichen Wicklungen.
-
Die bekannten Anordnungen dieser Meßwandler oder Meßverstärker sind
jedoch durchweg dadurch gekennzeichnet, daß alle Wechselstromerregerwicklungen von
einer Wechselstrom- oder Wechselspannungsquelle gespeist werden. Die bekannten Schaltungen
haben, unabhängig davon, ob die Frequenz ihrer Ausgangsspannung gegenüber der Frequenz
des Erregerstromes vervielfacht ist oder nicht, den Nachteil induktiver Rückwirkungen
auf den vormagnetisierenden Eingangskreis. Es werden in dem Eingangskreis grundfrequente
oder oberfrequente Spannungen induziert, so daß im Eingangskreis eine große Induktivität
zur Unterdrückung dieser Rückwirkungen erforderlich ist. Die bekannten Schaltungen
eignen sich also nicht für solche Fälle, in denen ein Gleichstrom zu messen ist,
der in einem betriebsmäßig niederohmig zu haltenden Kreis fließt. Es ist auch bereits
eine Anordnung bekanntgeworden, bei der vier Kerne zum Aufbau des Meßwandlers verwendet
werden und bei dem auf das Einschalten einer großen Induktivität in den Eingangskreis
verzichtet werden kann. Diese Schaltung ist jedoch durch eine zusätzliche gleichstromvormagnetisierende
Wicklung auf jedem Kern gekennzeichnet, wodurch die sättigbaren Drosseln sehr große
Ausmaße annehmen.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Meßwandler
oder Meßverstärker zu entwickeln, die aus sättigbaren Eisenkernen aufgebaut sind,
die höchstens drei Wicklungen tragen und bei denen induktive Rückwirkungen auf den
Eingangskreis nicht auftreten, so daß sie auch zur Messung von Strömen in niederohmigen
Meßkreisen verwendet werden können.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Meßwandler
oder Meßverstärker vorgeschlagen, der aus vom Meßstrom vormagnetisierten Drosselspulen
besteht, bei denen der vormagnetisierende Meßstrom durch eine in den Wechselstromerregerwicklungen
selbst oder in zusätzlichen Aus-
gangswicklungen induzierte Oberwellenspannung abgebildet
wird und der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zahl der mit einer den Meßstrom
führenden Vormagnetisierungswicklung verketteten Kerne doppelt so groß ist wie das
Verhältnis n der Frequenz der den Meß strom abbildenden Oberwellensp annung zur
Frequenz der die Kerne erregenden Wechselspannung und daß die zur Erregung der auf
jedem Kern sitzenden Wechselstromerregerwicklung dienenden 2n Wechselspannungen
in ihrer Phase um -lt gegeneinander verschoben sind und so angeschlossen sind, daß
jede von ihnen zwei gegensinnig in Reihe geschaltete Wechselstromerregerwicklungen
speist.
-
In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele nach der Erfindung
dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 die Eingangswicklung bezeichnet, die mit den vier
Kernen 2 bis 5 verkettet ist. Jeder dieser vier Kerne trägt eine der Wechselstromerregerwicklungen
6 bis 9. Jeweils zwei der Wechselstromerregerwicklungen sind gegensinnig in Reihe
an die Sekundärwicklung eines Transformators 10 bzw. 11 angeschlossen.
-
Die Transformatoren werden primärseitig beispielsweise von einem vorhandenen
Netz durch zwei um 900 phasenverschobene Spannungen gespeist. Die Speisespannung
habe die Frequenz f. Die Mittelpunkte der Sekundärwicklungen beider Transformatoren
sind miteinander verbunden. Greift man die zwischen den Verbindungspunkten der gegensinnig
in Reihe geschalteten Wechselstromerregerwicklungen auftretende Spannung ab, so
hat diese die Frequenz 2f. Ihre Größe ist ein Maß für den die Eingangswicklung 1
durchfließenden Strom. In dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 tritt
diese Spannung zwischen den Klemmen 12 und 13 auf.
-
Ein Beispiel für eine Frequenzvervierfachung zeigt Fig. 2. In diesem
Beispiel ist die Eingangswicklung 14 mit den acht Kernen 15 bis 22 verbunden. Jeder
der Kerne wird über eine der Wicklungen 23 bis 30 erregt. Zu diesem Zweck sind die
Wicklungen 23 bis 30 über je eine Induktivität 31 bis 38 um - ver-4 schoben an ein
Drehstromnetz angeschlossen. In dem Ausführungsbeispiel ist für den Anschluß ein
Drehstromtransformator 39 vorgesehen, dessen Primärwicklung im Dreieck geschaltet
ist. Dieses Dreieck ist mit 40 bezeichnet. Die Sekundärwicklung des Transformators
39 besitzt acht mit den Ziffern I bis VIII bezeichnete, um jeweils 45° verschobene
Abgriffe, die mit den in der gleichen Weise bezeichneten Kontakten der Induktivitäten
31 bis 38 verbunden sind. Zur Vereinfachung wird die Ausgangsgröße in dem dargestellten
Beispiel nicht unmittelbar den Wicklungen 23 bis 30 entnommen, sondern den Wicklungen
40 bis 47, die miteinander in Reihe geschaltet sind und an den Ausgangsklemmen 48,
49 eine der Eingangsgröße proportionale Größe abgeben. Während bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 den Wicklungen 6 bis 9 die Erregerspannung aufgeprägt wurde, wird bei
diesem Ausführungsbeispiel den Wicklungen 23 bis 30 infolge Vorschaltung der Induktivitäten
31 bis 38 der Erregerstrom aufgeprägt. Welche Anordnung vorteilhafter ist, wird
von Fall zu Fall entschieden werden müssen. Während bei Aufprägung der Erregerspannung
mit zunehmender Eingangsgröße die Ausgangsgröße zunächst ansteigt und dann nahezu
konstant bleibt, fällt die Ausgangsgröße bei Aufprägung des Erregerstromes, wenn
die Eingangsgröße einen bestimmten Wert überschritten hat, wieder ab.
-
Es kann dadurch eine Zweideutigkeit hervorgerufen werden, die oft
unerwünscht ist.
-
In Fig. 3 ist als Anwendungsbeispiel für den angegebenen Transduktor
eine Kompensationsschaltung zur Messung hoher Gleichströme angegeben. Der zu messende
Strom wird daher der Eingangswicklung 50 zugeführt. Diese Wicklung kann beispielsweise
durch den stromführenden Leiter selbst gebildet werden.
-
Als Maß für die Größe dieses Stromes soll ein Kompensationsstrom dienen,
der die Wirkung des zu messenden Stromes auf den Transduktor kompensiert.
-
Dieser Strom wird der Kompensationswicklung 51 zugeführt. Da der Kompensationsstrom
gegenüber dem zu messenden Strom sehr klein ist, enthält die Wicklung 51 sehr viele
Windungen, so daß der sie durchfließende kleine Strom gleichfalls eine große Wirkung
in dem Transduktor hervorruft. Der zu messende Gleichstrom wird im alIgemeinen nur
schlecht geglättet sein. Es ist daher auf dem Transduktor noch eine Dämpfungswicklung
52 vorgesehen, die die Zeitkonstante der Anordnung so erhöht, daß die schlechte
Glättung des zu messenden Stromes ohne Einfluß bleibt. Die genannten Wicklungen
sind mit den vier Kernen 53 bis 56 verkettet. Auf jedem der Kerne sitzt entsprechend
dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 1 eine Wicklung 57 bis 60. Diese Wicklungen sind
paarweise gegensinnig in Reihe an die Sekundärseiten der Transformatoren 61 und
62 angeschlossen. Diese Transformatoren werden primärseitig mit um 900 phasenverschobenen
Spannungen gespeist. Die Frequenz der Speisespannung sei f.
-
Zwischen die Sekundärseiten der Transformatoren und die Wechselstromerregerwicklungen
sind Drosselspulen63 bis 66 geschaltet, durch die eine stromabhängige Erregung der
Wechselstromerregerwicklungen mit der Netzfrequenz bewirkt wird. Die Ausgangsspannung
wird wiederum zwischen den Verbindungspunkten der paarweise in Reihe geschalteten
Wechselstromerregerwicklung abgegriffen. Sie hat wiederum die Frequenz 2f. Da auf
den Transduktor die Differenz der Wirkungen des Eingangs stromes und des kompensierenden
Stromes einwirkt, ist die Ausgangsspannung ein Maß für die Regelabweichung im Regelkreis
des Kompensationsstromes. Dieser Regelkreis kann nach an sich bekannten Verfahren
aufgebaut werden. Richtet man die Ausgangsspannung phasenabhängig gleich, so gibt
das Vorzeichen der gleichgerichteten Spannung auch zugleich das Vorzeichen der Regelabweichung
an. In analoger Weise läßt sich der Transduktor nach der Erfindung auch zur Lösung
anderer Aufgaben einsetzen.