DE1120585B - Messeinrichtung an Stromschienen zur Bildung einer dem Quadrat des Stromes proportionalen Messgroesse - Google Patents

Description

• Meßeinrichtung an Stromschienen zur Bildung einer dem Quadrat des Stromes proportionalen Meßgröße Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßeinrichtung zur Bildung einer Spannung, die dem Quadrat eines Stromes proportional ist. So besteht in vielen Fällen die Aufgabe, zur Effektivwertmessung eines in einer Stromschiene fließenden Stromes eine stromquadratproportionale Meßspannung dadurch zu bilden, daß das Magnetfeld des Stromes als Maß für den Strom herangezogen wird. Mit Hilfe von magnetfeldempfindlichen Einrichtungen, wie z.B. magnetfeldabhängigen Widerständen, Hallspannungserzeugern od. dgl., ist man in der Lage, Meßwerte zu bilden, die dem Magnetfeld und damit auch dem zu erfassenden Strom innerhalb gewisser Grenzen proportional sind.
• Eine bekannte Einrichtung zur Bildung einer dem Quadrat eines Stromes proportionalen Spannung verwendet einen um die Stromschiene gelegten Rogowskigürtel, dem ein Hallquadrator nachgeschaltet ist. Die mit einer solchen Einrichtung erzielbare Genauigkeit ist jedoch beschränkt und kann nur dann gesteigert werden, wenn unmittelbar mit Hilfe eines Halispannungserzeugers an der Stromschiene gemessen wird.
• Es ist bekannt, einen Hallmultiplikator unter Verwendung von zwei im gleichen Magnetfeld angeordneten Hallspannungserzeugem aufzubauen, von denen der erste mit konstantem Steuerstrom erregt ist. Eine solche Anordnung wäre für die Zwecke der Bildung einer dem Quadrat eines Stromes proportionalen Spannung geeignet, wenn man die beiden Hallspannungserzeuger so anordnet, daß sie beide in gleicher Weise vom Magnetfeld des Stromes beeinflußt werden. Die Notwendigkeit der Verwendung symmetrischer Verstärker für die Hallspannungen führt jedoch zu einem erheblichen Aufwand.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß das Quadrat einer Größe gleich dem Absolutwert des Produktes aus der Größe und dessen Absolutwert ist.
• Zur Vermeidung der aufwendigen symmetrischen Verstärker ist daher die Meßeinrichtung nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstrom des zweiten Hallspannungserzeugers über einen Gleichrichter und einen unsymmetrischen Verstärker aus der Hallspannung des ersten Hallspannungserzeugers abgeleitet ist und daß die gleichgerichtete und gegebenenfalls verstärkte Hallspannung des zweiten Hallspannungserzeugers die Meßgröße darstellt.
• Dabei ist es zweckmäßig, ein gemeinsames Ferritjoch zu verwenden, welches im Feld der Stromschiene angebracht wird und in dessen Luftspalt die beiden Hallplättchen untergebracht sind. Auf diese Weise ist Gewähr dafür gegeben, daß die beiden Hallspannungserzeuger in gleicher Weise vom Magnetfeld be- einflußt werden, so daß eine hohe Genauigkeit der Messung erzielbar ist.
• Die Erfindung ermöglicht eine Betragsbildung durch Brückengleichrichter nach Bildung der ersten und der zweiten Hallspannung. Die verwendeten Verstärker, die als einfache Gleichspannungs-Breitbandverstärker ausgebildet sein können, brauchen daher keine symmetrischen Endstufen aufzuweisen.
• An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen an Hand eines Ausführungsbeispiels ein prinzipielles Blockschaltbild der gesamten Meßeinrichtung und ein Schaltschema eines Verstärkers derselben.
• In dem Blockschaltbild gemäß Fig. 1 sind die beiden Hallspannungserzeuger 1 und 2 in einem Magnetfeld angeordnet, welches durch die Pfeile 3 versinnbildlicht ist. Das MagnetfeldB möge dem Stroml mit großer Annäherung proportional sein. Dem Hallgenerator 1 wird ein Steuerstromlsl von konstanter Größe zugeführt. Die Hallspannung wird verstärkt und als Steuerstrom dem zweiten Hallspannungserzeuger 2 zugeleitet. Der Verstärker enthält zwei Stufen 4 und 5, zwischen denen sich ein Brückengleichrichter 6 befindet. Die vom Hallspannungserzeuges 2 abgeleitete Hallspannung kann einem ähnlich gestalteten Verstärker zugeleitet werden. Von diesem ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel nur der Brückengleichrichter 7 veranschaulicht.
• Fig. 2 zeigt in einem Ausführungsbeispiel einen Verstärker, wie er beispielsweise am Ausgang des Hallspannungserzeugers 2 angeordnet sein kann. In Übereinstimmung mit Fig. 1 ist der Hallspannungserzeuger mit 2 und der Brückengleichrichter mit 7 bezeichnet. Die Eingangsstufe ist durch Transistoren 8 und 9 gebildet, während ausgangsseitig die Transistoren 10 und 11 an den Brückengleichrichter angeschlossen sind. Mit 12 ist eine Meßschleife bezeichnet. Die Verstärker bieten den Vorteil, daß bei symmetrischem Eingang keine symmetrischen Endstufen notwendig sind.
• Die Erfindung eignet sich für alle Meßeinrichtungen, bei denen eine stromquadratproportionale Meßspannung gebildet werden soll. Somit hat die Erfindung unter anderem auch für die Messung des Wirkungsgrades elektrischer Anlagen aller Art Bedeutung. Sie eignet sich zur Prüfung von Antrieben, beispielsweise von Walzwerken, Bahnen, Hebezeugen usw., sowie auch für Prüfanlagen, für Sicherungen aller Art. Der besondere Vorteil liegt in der Vermeidung des sonst notwendigen, einen hohen Aufwand bedeutenden symmetrischen Verstärkers zwischen niederohmigen Hallgeneratoren.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßeinrichtung an Stromschienen zur Bildung einer dem Quadrat des Stromes proportionalen Meßgröße unter Verwendung von zwei in gleichem Magnetfeld angeordneten Hallspannungserzeugern, von denen der erste mit konstantem Steuerstrom erregt ist, dadurch gekenn- zeichnet, daß der Steuerstrom des zweiten Hallspannungserzeugers über einen Gleichrichter und einen unsymmetrischen Verstärker aus der Hallspannung des ersten Hallspannungserzeugers abgeleitet ist, und daß die gleichgerichtete und gegebenenfalls verstärkte Hallspannung des zweiten Hallspannungserzeugers die Meßgröße darstellt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Luftspalt eines vorzugsweise durch ein Ferritjoch gebildeten Magnetsystems zwei Hallgeneratoren angeordnet sind.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker als Gleichspannungs-Breitbandverstärker ausgebildet ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Transistorverstärker.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des Verstärkers mit symmetrischem Eingang und unsymmetrischem Augang eine Gleichrichteranordnung, insbesondere in Brückenschaltung, vorgesehen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichteranordnung zwischen Vorstufe und Endstufe des Verstärkers geschaltet ist. ~~~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 414; USA.-Patentschriften Nr. 2 545 369, 2767911.