DE2505761A1 - Magnetkreis sowie strommesser und differenztransformator damit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetkreis für einen Strommesser und insbesondere für einen Differenztransformator oder -wandler zum Erfassen einer Differenz zwischen den durch zwei Leiter fließenden Ströme· Sie betrifft auch eine Meßeinrichtung oder einen Differenztransformator, der einen derartigen Magnetkreis verwendet.

Ein Differenztransformator, Differenzwandler oder Ausgleichsübertrager besteht aus einem geschlossenen Magnetkreis, in dem zwei Primär (strom) kr eise oder -schleifen jeweils einen Induktionsfluß induzieren. Die Wicklungsrichtung und die Windungszahl jedes elektrischen Primärkreises ist so, daß sie jeweils einen Fluß entgegengesetzter Richtung und gleichen Absolutwertes für einen Normalwert der Stromstärke jedes Stroms induzieren. Der Gesamtfluß ist im Magnetkreis demnach Null, und kein Strom wird in der Sekundärwicklung bzw. Se-

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kundär (strom) kreis oder -schleife induziert, die bzw. der mit einem Meßinstrument oder -gerät verbunden ist. Wenn dagegen bei den Primärströmen kein Abgleich erreicht oder erzeugt wird, fließt ein Differenz-Induktionsfluß im Magnetkreis, und eine Spannung bzw. ein Strom tritt im Sekundär kreis auf.

Üblicherweise bestehen die Magnetkreise der Differenztransformatoren aus Kreisringen oder Toruskörpern, die aus einem Metallband gewunden sind, mit einer Zwischen-Isoliersehicht zwischen jeder Windung zur Bildung eines lameliierten oder geschichteten Kreises. Ein derartiger Torus oder Toruskörper ist in der Fig. 1 dargestellt, bei dem Leiter 1 und 2 Primärkreise bilden, die den Torus 3 umgeben oder umschließen, auf den auch ein Sekundärkreis bzw. dessen Leiter 4 aufgewickelt ist, der mit dem Meßgerät verbunden ist. Diese Kreise erfüllen alle Bedingungen bei den üblichen Anwendungen, erlauben jedoch keine oder nur eine schlechte Miniaturisierung. Darüber hinaus ist durch diesen Torus kein Maximum der Meßempfindlichkeit erreichbar, da keine Magnetkreise erreichbar sind, die minimale Reluktanz (Magnetwiderstand) besitzen für den Durchtritt eines maximalen Induktionsflusses abhängig von einer bestimmten magnetomotorischen Kraft (MMK).

Wenn ein Torus sehr kleiner Abmessungen erreicht werden soll, treten, mechanische Belastungen auf, die Bänder oder Streifen zur Verwendung als Wicklung oder Windung erfordern, deren Dicke geringer ist als es die Betriebsbedingungen und insbesondere die Frequenz der verwendeten Ströme fordern. Daraus ergibt sich eine Lamellierung oder Schichtung, die größer ist als der Magnetkern, der die Wärme-

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abfuhr oder -verteilung hemmt. Das ist um so mehr ausgeprägt, als der Weg der Wärme nach außen zum Durchqueren der elektrischen Isolierschichten zwingt, die die Windungen trennen, und diese Schichten sind ebenfalls wärmeisolierend bzw. wärmedämmend.

Es ist auch festzustellen, daß bei einem Torus-Magnetkreis nur ein Fenster bzw. eine Öffnung vorgesehen werden kann, das bzw. die stets rund ist. Es gibt daher bei einer derartigen Ausführungsform leere oder unausgefüllte Bereiche, die zusammen im allgemeinen die Form eines Zylinders haben und zu einem Gesamt-Raumbedarf führen, der bei vielen Anwendungen zu groß ist.

Schließlich ist der Querschnitt zum Durchtritt des Magnet- oder Induktionsflusses bei einem Toruskreis stets konstant, was zwangsläufig nicht die beste Kraftlinienverteilung ermöglicht. Aus dem gleichen Grund gibt die Kreisform einen Magnetkreis mit unnützem Transversal-Raumbedarf und erhöht die Länge des Kreises, die in die Reluktanz eingeht.

Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Vermeidung. dieser Nachteile einen Magnetkreis zu schaffen, der insbesondere verringerten Raumbedarf und verringertes Gewicht besitzt mit verbesserter Reluktanz und erleichterter Wärmeabfuhr.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen flachen prismatischen Block mit mindestens einer Öffnung in Richtung der geringsten Blockdiche und aus dünnen Platten, die in Form des Querschnitts der Öffnung geschnitten und senkrecht auf die Richtung der Öffnung aufeinandergestapelt sind.

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Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht die Ausbildung der Öffnungen der Außenhülle oder Umhüllenden der Primär- und Sekundärdrähte bzw. der Leiter der Kreise vor dem Durchtritt durch die jeweilige Öffnung.

Ein Strommesser oder Differenztransformator oder -wandler, der den erfindungsgemäßen Magnetkreis enthält, enthält vorteilhaft einen Abschnitt des Primär (strom )kreises und einen Abschnitt des Sekundär (strom) kreises, die bereits die entsprechenden Öffnungen des Magnetkreises bzw. des Blocks durchsetzen und zum Anschluß an einen Steuer- oder Regelkreis und an einen Meßgerätekreis bestimmt sind.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. leinen herkömmlichen Magnetkreis,

Fig. 2 perspektivisch und vergrößert einen gemäß der Erfindung ausgeführten Differenztransformator,

Fig. 3 und 4 weitere Ausführungsbeispiele der Öffnungen der Magnetkreise entsprechend der Anzahl und der Dimensionen der durch die Öffnungen tretenden Leiter.

Der herkömmliche Magnetkreis gemäß Fig. 1 wurde bereits weiter oben erläutert.

In Fig. 2 bilden, wie in Fig. 1, die Leiter 1 und 2 den Primär-

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(strom)kreis. Der Magnetkreis besteht hier aus einem Stapel dünner Platten 11, die voneinander durch dünne, elektrischisolierende Schichten getrennt sind. Jede Platte 11 weist zwei eingeschnittene längliche Fenster auf, deren Übereinander lagerung zwei Öffnungen 12 bildet, die in Richtung der kleinsten Dickenausdehnung den Magnetkreis durchsetzen, der die Form eines ebenen prismatischen Blocks 10 aufweist. Die Leiter 1 und 2 sind in diesen Öffnungen 12 aufgenommen, ebenso wie der Sekundär (strom) kreis bzw. dessen Leiter 4, der eine Schleife um den Innenkern des Magnetkreises bildet.

Die Fig. 3 zeigt die Form der Öffnungen 12 bzw. Fenster besser, in denen die Leiter 1, 2 und 4 aufgenommen sind.

Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das drei Drähte oder Leiter für die Primärkreise und drei Drähte oder Leiter für den Sekundärkreis verwendet; hier ist der Schnitt der Fenster insbesondere an die Form der Gesamtanordnung der Leiter angepaßt, die es durchsetzen, und auch der Außenschnitt der Platten selbst ist an die Form der Innenöffnungen angepaßt.

Es ist erkennbar, insbesondere aus den Fig. 3 und 4, daß die unausgefüllten oder Leer-Bereiche um die Leiter praktisch verschwunden sind, was eine erste Raum-Einsparung mit sich bringt. Darüber hinaus ist der Querschnitt zum Durchtritt des Magnet- oder Induktions fluss es veränderlich, was die Ausbreitung oder Verteilung der Kraftlinien im Kreis und einen erhöhten Induktionsfluß bei gleicher MMK ermöglicht, bzw. umgekehrt lediglich eine verringerte MMK benötigt, um einen bestimmten Induktionsfluß zu erhalten.

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Schließlich können bei den beschriebenen Aasführungsformen, wenn es die verwendeten Frequenzen zulassen, einfach Platten 11 verwendet werden, die relativ dick sind, was die Isolierschichten begrenzt und eine bessere Wärmeabfuhr ermöglicht. Diese Abfuhr wird übrigens noch dadurch erleichtert, daß die Isolierschichten parallel zur Wärmeausbreitungsrichtung bzw. zur Bahn der Wärmeträger sind, wobei jedes Plättchen bzw. jede Platte 11 in gewisser Weise als Heizrippe wirkt. Es kann .,a'.ier, im Vergleich zur üblichen Verwendung eines Torus, eine größere Wärmeabgabe bzw. Wärmeentwicklung infolge des Stromflusses in den den Kreis durchsetzenden Leitern zugelassen werden, d. h., daß der Querschnitt der elektrischen Leiter, demzufolge der Querschnitt der Durchtritts-Öffnungen und die Länge der magnetischen Kraftlinien im Kreis verringert werden kann, was von neuem einen Gewichts- und Raum-Gewinn mit sich bringt.

Es sind noch weitere Ausführungsbeispiele möglich, z. B. kann ein Magnetkreis mit einer einzigen Innenöffnung und .mit einer offenen Nut oder einem Schlitz verwendet werden, die bzw. der in der Schnittfläche des prismatischen Blocks gebildet ist, was einen zweiten Durchtritt der Leiter ohne überflüssigen Vorsprung oder Ansatz ermöglicht.

Schließlich beziehen sich alle beschriebenen Ausführungsbeispiele auf Differenztransformatoren mit zwei den Primärkreis bildenden Leitern. Die Erfindung ist jedoch auch anwendbar bei einem einfachen Strommesser mit einem einzigen Primärkreis, wobei der Sekundärmeßkreis anzeigt, ob im Primärkreis ein Strom fließt oder nicht.

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Claims (5)

Patentansprüche

1. ^Magnetkreis sowie Strommesser und Differenztransformator damit, der durchsetzt ist von mindestens einem Primärkreis des mindestens einen zu fühlenden Stroms und von mindestens einem Sekundärkreis zum Erfassen des induzierten Signals,

gekennzeichnet durch

einen flachen prismatischen Block (lO) mit mindestens einer Öffnung (12) in Richtung der geringsten Blockdicke und aus dünnen Platten (11), die in Form des Querschnitts der Öffnung (12) geschnitten und senkrecht auf die Richtung der Öffnung (12) aufeinandergestapelt sind.

2. Magnetkreis nach Anspruch 1 mit einer Öffnung, gekennzeichnet durch eine offene Nut in gleicher Richtung wie die Innen-Öffnung (12) und in einer Seitenwand des Blocks (10).

3. Magnetkreis nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei zueinander parallele Öffnungen (12).

4. Magnetkreis nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungsform der Außenhülle der Gesamtanordnung der Drähte (12) des Primärkreises und der Drähte (4) des Sekundärkreises entspricht, die in der Öffnung (12) aufgenommen sind.

5. Strommesser bzw. Differenztransformator mit einem Magnet-

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kreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Einbau in mindestens einen Primärkreis, in dem der mindestens eine zu messende Strom fließt und in mindestens einen Sekundärkreis zum Erfassen des induzierten Signals,

gekennzeichnet

durch einen Abschnitt (l, 2) des Primärkreises und einen Abschnitt (4) des Sekundärkreises, die jeweils bereits im Magnetkreis enthalten und an die zu steuernden Kreise bzw. die Meßgerätkreise anschließbar sind.

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