DE2413297A1

DE2413297A1 - Mit aktiven lastelementen abgeschlossener stromtransformator zur lieferung phaseninvertierter signale

Info

Publication number: DE2413297A1
Application number: DE2413297A
Authority: DE
Inventors: Miran Milkovic
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1973-03-30
Filing date: 1974-03-20
Publication date: 1974-10-10
Also published as: CA1006916A; JPS5026035A; CH574160A5; US3815011A

Description

Dr. rer. naf. Horst Schüler PATENTANWALT

l8 . März 1974

Frankfurt/Main 1, Niddastraße 52

Telefon (Uli) 237220 Telex: 04-16759 mapat d Postscheck-Konto ι 282420-602 Frankfurt/M.

Bankkonto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

2657-RD-6274

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road Schenectady, N. Y., USA

Mit aktiven Lastelementen abgeschlossener Sfromtransformator zur Lieferung phasen-invertierter Signale

In der deutschen Patentanmeldung P 23 29 25** mit der Bezeichnung "Stromwandler mit aktivem Lastabschluß" ist u. a. ein Stromtransformator beschrieben, der durch ein aktives Lastelement mit-einem virtuellen Kurzschlußkreis abgeschlossen ist, wie beispielsweise einem Gegen-Wirkwiderstandsverstärker

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(transresistance amplifier),, der auch eine Ausgangssignalspannung erzeugt, die proportional zum Strom in der Primärwicklung des'Stromtransformators ist.

In der gleichzeitig eingereichten deutschen Patentanmeldung P (Anmelderin: General Electric Company, Anmelderzeichen: 2658-RD-58OI) mit der Bezeichnung "Stromtransformator mit aktivem Lastabschluß zur Ausbildung u. a. einer Phasenwirkeländerung" wird u. a. ein Stromtransformator vorgeschlagen, der mit einem virtuellen Kurzschlußkreis durch einen Gegen-Wirkwiderstands- oder Gegen-Impedanzverstcfrker abgeschlossen ist, der ein Ausgangsspannungssignal liefert, das dem Primärstrom im Transformator proportional ist. Dieser verstärker enthält Mittel zur Verschiebung des Phasenwinkels zvrischen dem primären oder sekundären Transformatorstrom und der Ausgangsspannung.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf den Abschluß von Instrumenten-Stromtransformatoren in einem virtuellen Kurzschlußzustand, wobei die Entwicklung eines Ausgangsspannungssignals ermöglicht wird, das proportional zum Strom in der Primärwicklung des Transformators ist. Insbesondere be? zieht sich die Erfindung auf den Abschluß eines Instrumenten-Stromtransformators in einem praktischen Kurzschlußzustand, wobei die Entwicklung einer Vielzahl von Ausgangsspannungssignalen ermöglicht wird, die jeweils dem Strom in der Primärwicklung des Stromtransformators proportional und desgleichen relativ zu den anderen entwickelten Spannungssignalen phasenverschoben sind.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Stromtransformator mit primären und sekundären Wicklungen geschaffen, die Primär- bzw. Sekundärstrom leiten können. Weiterhin ist ein Paar aktiver Lastelemente in der Form von Operationsverstärkern vorgesehen, die als Gegen-Wirkwiderstandsverstär-

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ker (transresistive Verstärker) arbeiten. Jeder Operationsverstärker weist eine relativ hohe Verstärkung auf und enthält invertierende und nicht-invertierende Eingangsklemmen und desgleichen eine Ausgangsklemme. Zwischen den invertierenden und nicht invertierenden Eingangsklemmen von jedem Verstärker besteht eine relativ kleine Eingangsimpedanz aufgrund einer Gegenkopplungswirkung. -

Die Enden der Sekundärwicklungen sind mit den invertierenden Eingangsklemmen von verschiedenen Operationsverstärkern verbunden und die nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker sind gemeinsam verbunden, so daß die Sekundärwicklung in einem virtuellen Kurzschlußzustand abgeschlossen ist. Weiterhin ist ein Paar Rückkopplungsimpedanzen (beispielsweise ohmsehe Widerstände) vorgesehen. Jede Rückkopplungsimpedanz ist einem anderen Operationsverstärker zwischen einer invertierenden Eingangsklemme und dessen Ausgangsklemme parallel geschaltet. Die Verstärker erzeugen an ihren Ausgangsklemmen zwei AusgangsSpannungen bei einem Strom in der Sekundärwicklung des Stromtransformators. Diese Spannungen treten zwischen den Ausgangsklemmen von jedem Verstärker und den gemeinsam verbundenen, nicht-invertierenden Klemmen der Verstärker auf. Die Spannungen sind relativ zueinander phasenverschoben, wobei die Phasenverschiebung beispielsweise 180° betragen kann.

Die Erfindung wird'nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschreibung und der Zeichnung zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Figur 1 ist eine schematisehe Darstellung von einem Ausführungs· beispiel der Erfindung und zeigt einen Instrumenten Stromtransformator, der durch ein Paar Gegen-Wirkwiderstandsverstärker in einem virtuellen Kurzschlußzustand abgeschlossen ist.

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Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Instrumenten-Stromtransformator eine Sekundärwicklung mit Mittelanzapfung aufweist, wobei die Sekundärwicklung in einem virtuellen Kurzschlußzustand durch ein Paar Gegen-Wirkwiderstandsverstärker abgeschlossen ist .

In Figur 1 ist ein Instrumenten-Stromtransformator CT gezeigt, der eine Primärwicklung mit Np-Windungen und eine Sekundärwicklung mit Ns-Windungen aufweist. Das Windungsverhältnis des Stromtransformators beträgt K = Ns/Np. Die Primärwicklung Np leitet einen Primärstrom Ip und die Sekundärwicklung Ns leitet· einen Sekundärstrom Is. Somit sind die Beziehungen K = Ns/Np = = Ip/Is allgemein bekannte Beziehungen im Transformatorbetrieb.

Wie in Figur 1 gezeigt ist, sind zwei entgegengesetzt gepolte Dioden Dl und D2 parallel zueinander und desgleichen parallel zur Sekundärwicklung Ns geschaltet. Für den Fall, daß der Sekundärteil des Stromtransformators an den Klemmen A und B unterbrochen werden sollte, dienen die Dioden Dl und D2 dazu , daß ein Leerlauf der Sekundärwicklung Ns verhindert wird.

Weiterhin ist in Figur 1 ein Paar Operationsverstärker Al und A2 gezeigt, die elektrisch im wesentlichen gleich sind. Jeder Operationsverstärker Al und A2 enthält eine invertierende Eingangsklemme, die durch ein Minuszeichen (-) bezeichnet ist, und eine nicht-invertierende Eingangsklemme, die durch ein Pluszeichen (+) bezeichnet ist. Die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers Al ist elektrisch mit dem einen Ende der Wicklung Ns verbunden, während die invertierende Eingangsklemme des Operationsverstärkers A2 elektrisch mit dem anderen Ende der Sekundärwicklung Ns verbunden ist. Wie ferner aus Figur 1 hervorgeht, sind die nicht-invertierenden Eingangsklemmen beider Operationsverstärker Al und A2 gemeinsam mit einer Signal- oder Referenzerdung verbunden. Weiterhin

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ist ein Paar Rückkopplungswiderstände in der Form von Widerstandselementen Rl und R2 vorgesehen. Das eine Ende des Widerstandselementes Rl ist.mit dem Ausgang des Operationsverstärkers Al verbunden, während das andere Ende des gleichen Widerstandselementes mit·der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers Al an einem Summierpunkt Sl verbunden ist. In ähnlicher Weise ist das eine Ende des Widerstandselementes R2 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers A2 verbunden, während das andere Ende des gleichen Widerstandselementes mit der invertierenden Eingangsklemme des Operationsverstärkers A2 an einem Summierpunkt S2 verbunden ist. Rl und R2. können ohmsehe Widerstandselemente sein.

Die Sekundärwicklung des Transformators liegt an den Summierpunkten Sl und S2 auf dem gleichen Potential wie die nicht invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker Al und A2 wegen der Rückkopplungswirkung der Gegen-Wirkwiderstandsverstärker, die durch die Operationsverstärker Al und A2 und deren zugehörige Rückkopplungs-Wirkwiderstandselemente Rl und R2 gebildet werden. An den Ausgangsklemmen von jedem der Operationsverstärker Al und A2 werden die AusgangsSignalspannungen Vl und V2 entwickelt, die in bezug auf die Referenz- oder Signalerdung (die nicht invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker Al und A2) um 18O° phasenverschoben sind.

Der in Figur 1 gezeigte Stromtransformator CT weist nur eine Sekundärwicklung Ns. auf, die mit aktiven Lastelementen an beiden Klemmen A und B der Sekundärwicklung belastet ist. In Figur 1 ist die Kombination des Operationsverstärkers Al und dessen Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement Rl in angegebener Weise geschaltet, um einen ersten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker (transresistance amplifier) oder ein erstes aktives Lastelement zu bilden. In ähnlicher Weise bildet der Operationsverstärker A2 zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement R2 einen zweiten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker oder zweites aktives Lastelement. Da das Potential an

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den Summierpunkten Sl und 52 im wesentlichen das gleiche ist wie an den nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Operationsverstärker Al und A2 "sieht" die Sekundärwicklung Ns des Stromtrans formators CT (in der Wirkung) einen Kurzschlußzustand. Beide Operationsverstärker Al und A2 werden in ihren linearen Bereichen betrieben.

Die in Figur 1 gezeigten Operationsverstärker Al und A2 (das gleiche gilt für die in Figur 2 gezeigten Operationsverstärker) sind Hochleistungs-Operationsverstärker, wie sie beispielsweise als Type iiA74l von der Firma Fäirchild Semiconductor, einer Abteilung der Fäirchild Camera and Instrument Corporation, 313 Fäirchild Drive, Mountainview, California, vertrieben werden. Diese Operationsverstärker sind in Bezug.auf ihren Aufbau und Betrieb in der bereits eingangs erwähnten deutschen Patentanmeldung P 23 29 25¹I näher spezifiziert.

In dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bezeichnet. Wie in Figur 2 gezeigt ist, bildet der Operationsverstärker Al zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstandselement Rl einen ersten Gegen-Wirkwiderstandsverstärker oder ein erstes aktives Lastelement. In ähnlicher Weise bildet der Operationsverstärker A2 zusammen mit seinem Rückkopplungs-Wirkwiderstand R2 einen zweiten transresistiven Verstärker oder ein zweites aktives Lastelement. Der Stromtransformator CTl enthält eine Sekundärwicklung Ns mit Mittelanzapfung. Beide vorstehend angegebenen Gegen-Wirkwiderstandsverstärker arbeiten als Verstärker im Α-Betrieb, die in einer Gegentakt-Anordnung mit dem Stromtransformator CTl verbunden sind. Die Summierpunkte Sl und S2 sind virtuell auf dem gleichen Potential wie die nicht-invertierenden Eingangsklemmen der Verstärker Al und A2. Die Ausgangsspannungen Vl und V2 sind, wie in Figur 2 angegeben ist, um l80° phasenverschoben.

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Die Spannungen Vl und V2 sind sowohl in Figur 1 als auch in Figur 2 proportional zum Primärstrom Ip in der Primärwicklung der entsprechenden Stromtransformatoren .

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Claims

Ansprüche

1. Stromtransformator mit Primär- und Sekundärwicklungen, gekennzeichnet durch ein Paar Gegen-Wirkwiderstandsverstärker (Al, A2), die jeweils invertierende (-) und nicht-invertierende (+) Eingangsklemmen und

■ eine Ausgangsklemme aufweisen, wobei die invertierende Eingangsklemme von jedem der zwei Verstärker mit unterschiedlichen Enden der Sekundärwicklung -(Ns) und die nicht-invertierenden Eingangsklemmen der zwei Verstärker gemeinsam verbunden sind.

2. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung·(Ns) eine Mittelanzapfung (Fig. 2) aufweist und die nicht-invertierenden Eingangsklemmen gemeinsam mit der Mittelanzapfung verbunden sind.

3. Stromtransformator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Paar entgegengesetzt gepolter Dioden (Dl, D2) vorgesehen ist, die zueinander und zur Sekundärwicklung (Ns) parallel geschaltet sind.

4. Stromtransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Rückkopplungs-Impedanzen (Rl,. R2) vorgesehen ist, die jeweils einem anderen der Verstärker (Al, A2) zwischen dessen invertierender Eingangsklemme und dessen Ausgangsklemme parallel geschaltet sind.

5. Stromtransformator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zwei Ausgangsspannungen (Vl, V2) relativ zueinander phasenverschoben sind.

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6. Stromtransformator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichne
phasenverschoben sind.

kennzeichnet , daß die Ausgangsspannungen 180

7. Stromtransformator nach den Ansprüchen 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Verstärker (Al, A2) elektrisch im wesentlichen identisch sind.

8. Stromtransformator nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärker (Al, A2) in ihren linearen gereichen betrieben sind.

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