DE1117740B

DE1117740B - Measuring transducers or measuring amplifiers for direct currents based on the transducer principle

Info

Publication number: DE1117740B
Application number: DEL28012A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Peter Konrad Hermann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1957-07-02
Filing date: 1957-07-02
Publication date: 1961-11-23

Description

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. Measuring transducer or measuring amplifier for direct currents based on the transducer principle The present invention relates to a transducer or amplifier for Direct currents based on the transducer principle. Such transducers or measuring amplifiers are made up of saturable iron cores which are premagnetized by the measuring current and have excitation windings fed by alternating currents. the The output variable is an alternating voltage, the frequency of which is either the same or the same a multiple of the frequency of the exciting alternating current. This output voltage is either tapped at suitable points on the AC excitation winding itself or on additional windings.

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. The known arrangements of these transducers or measuring amplifiers are however, characterized throughout that all AC excitation windings of an alternating current or alternating voltage source. The known circuits have regardless of the frequency of their output voltage versus frequency of the excitation current is multiplied or not, the disadvantage of inductive feedback on the pre-magnetizing input circuit. There are fundamental frequencies in the input circuit or high frequency voltages induced, so that a large inductance in the input circuit is necessary to suppress these repercussions. The known circuits are therefore not suitable for those cases in which a direct current is to be measured, which flows in an operationally low-resistance circuit to be maintained. It is already an arrangement has become known in which four cores are used to build the transducer and when switching on a large inductance in the input circuit can be dispensed with. This circuit is however due to an additional direct current bias Winding marked on each core, which makes the saturable chokes very large Take on proportions.

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. It is an object of the present invention to provide transducers or to develop measuring amplifiers that are made up of saturable iron cores, which carry a maximum of three windings and which have inductive effects on the Input circuit does not occur, so that they can also be used to measure currents in low resistance Measuring circles can be used.

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. To solve this problem, a transducer is provided according to the invention or a measuring amplifier is proposed which consists of inductors which are pre-magnetized by the measuring current exists, in which the pre-magnetizing measuring current through one in the alternating current excitation windings itself or in additional Mains windings induced harmonic voltage shown and which is characterized in that the number of the measuring current leading bias winding chained cores is twice as large as that Ratio n of the frequency of the measuring current depicting the harmonic voltage to Frequency of the alternating voltage exciting the nuclei and that of the excitation of the AC excitation winding serving each core with 2n alternating voltages are shifted against each other in their phase by -lt and are connected in such a way that each of them two alternating current excitation windings connected in series in opposite directions feeds.

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. In the drawings are some embodiments according to the invention shown. In Fig. 1, 1 denotes the input winding, with the four Cores 2 to 5 are chained. Each of these four cores carries one of the AC excitation windings 6 to 9. Two of the alternating current excitation windings are in series in opposite directions connected to the secondary winding of a transformer 10 and 11, respectively.

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.The transformers are on the primary side, for example from an existing one Mains fed by two voltages out of phase by 900. The supply voltage have the frequency f. The centers of the secondary windings of both transformers are connected to each other. If you grab the between the connection points of the opposite directions AC exciter windings connected in series from occurring voltage, see above this has the frequency 2f. Its size is a measure of the input winding 1 current flowing through it. In the embodiment according to Fig. 1 occurs this voltage between terminals 12 and 13.

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. An example for a frequency quadrupling is shown in FIG. 2. In this For example, the input winding 14 is connected to the eight cores 15 to 22. Everyone the core is excited via one of the windings 23-30. For this purpose, the Windings 23 to 30 over an inductance 31 to 38 each - shifted 4 on Three-phase network connected. In the embodiment is for the connection Three-phase transformer 39 is provided, the primary winding of which is connected in a delta is. This triangle is denoted by 40. The secondary winding of the transformer 39 has eight marked with the numbers I to VIII, each shifted by 45 ° Taps with the contacts of the inductors, which are designated in the same way 31 to 38 are connected. For the sake of simplicity, the output variable is shown in FIG Example not taken directly from the windings 23 to 30, but from the windings 40 to 47, which are connected in series with each other and at the output terminals 48, 49 output a variable proportional to the input variable. While in the embodiment 1, the excitation voltage was impressed on the windings 6 to 9, is at In this embodiment the windings 23 to 30 as a result of the upstream connection of the inductors 31 to 38 the excitation current impressed. Which arrangement is more advantageous will must be decided on a case-by-case basis. While when the excitation voltage is impressed as the input variable increases, the output variable initially increases and then almost remains constant, the output value falls when the excitation current is applied, if the input variable has exceeded a certain value, decreases again.

Es kann dadurch eine Zweideutigkeit hervorgerufen werden, die oft unerwünscht ist.It can create an ambiguity that is often is undesirable.

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. In Fig. 3 is an application example for the specified transducer specified a compensation circuit for measuring high direct currents. The one to be measured Current is therefore supplied to the input winding 50. This winding can, for example be formed by the current-carrying conductor itself.

Als Maß für die Größe dieses Stromes soll ein Kompensationsstrom dienen, der die Wirkung des zu messenden Stromes auf den Transduktor kompensiert.A compensation current should serve as a measure of the magnitude of this current, which compensates for the effect of the current to be measured on the transducer.

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.This current is fed to the compensation winding 51. Because the compensation current is very small compared to the current to be measured, the winding 51 contains very many Turns, so that the small current flowing through them also has a great effect in the transducer. The direct current to be measured is generally only be badly smoothed. There is therefore still a damping winding on the transducer 52 provided, which increases the time constant of the arrangement so that the bad Smoothing of the current to be measured remains without influence. The windings mentioned are linked to the four cores 53 to 56. Each of the cores sits accordingly the embodiment 1, a winding 57 to 60. These windings are in opposite pairs in series to the secondary sides of the transformers 61 and 62 connected. These transformers are on the primary side with a phase shift of 900 Voltages fed. Let the frequency of the supply voltage be 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.Between the secondary sides of the transformers and the AC exciter windings choke coils 63 to 66 are connected, through which a current-dependent excitation of the AC excitation windings is effected at the line frequency. The output voltage is in turn connected in series between the connection points of the pairs AC excitation winding tapped. It again has the frequency 2f. Up there the transducer the difference between the effects of the input current and the compensating current Current acts, the output voltage is a measure of the control deviation in the control loop of the compensation current. This control loop can be based on methods known per se being constructed. If the output voltage is rectified depending on the phase, then there are the sign of the rectified voltage is also the sign of the system deviation at. In an analogous manner, the transducer according to the invention can also be used as a solution other tasks.

Claims

PATENT CLAIM: measuring transducer or measuring amplifier for direct currents according to the transducer principle with choke coils premagnetized by the measuring current, in which the pre-magnetizing measuring current through one in the alternating current exciter windings harmonic voltage induced itself or in additional output windings is, characterized in that the number of leading the measuring current with one Bias winding chained cores is twice the ratio n the frequency of the harmonic voltage representing the measuring current to the frequency of the AC voltage exciting the nuclei and that which are used to excite the on each nucleus seated alternating current excitation winding serving 2n alternating voltages in their phase are shifted from one another by zn lt and are connected in such a way that each of them feeds two alternating current excitation windings connected in series in opposite directions.

Publications considered: German Patent No. 657 127; French Patent No. 710,090; Patent No. 6,199 of the Office for Inventions and patents in the Soviet zone of occupation in Germany; magazine Proceed. of the IEE, 1950, p. 642; ATM V 3216-1, August 1933; Book by W. A. Geyger, "Magnetic-Amplifier Circuits", 1954, New York -Toronto - London, pp. 223 to 332.