DE3705450A1

DE3705450A1 - Stromwandler zur messung von rechteckstroemen nach dem kompensationsprinzip

Info

Publication number: DE3705450A1
Application number: DE19873705450
Authority: DE
Inventors: Friedrich Dipl Ing Lenhard
Original assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Current assignee: Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Priority date: 1987-02-20
Filing date: 1987-02-20
Publication date: 1988-09-01

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromwandler zur Messung von Rechteckströmen mit Gleichstromanteil, mit einem Magnet kern, der mit einer Meßwicklung und einer Kompensations wicklung versehen ist, bei dem die Kompensationswicklung an den Ausgang einer Steuerungseinheit angeschlossen ist, deren Eingang mit einem im Magnetfeld des Magnetkerns an geordneten Magnetfelddetektor so verbunden ist, daß der Ausgangsstrom der Steuerungseinheit so verändert wird, daß der Magnetfelddetektor den Magnetflußwert auf Null regelt.

Ein derartiger Stromwandler ist beispielsweise in der DE-OS 26 01 252 beschrieben. Er dient hier zur Messung von Gleichströmen mit galvanischer Trennung des Meßstromkrei ses vom zu messenden Stromkreis. In dem Luftspalt eines Magnetkerns befindet sich ein Hallgenerator, der den Ma gnetfluß mißt und den Strom in einer Kompensationswicklung so einstellt, daß dessen Magnetwirkung diejenige des Meß stromes kompensiert.

Mit dieser Meßeinrichtung lassen sich Gleichströme und - abhängig von der Reaktionsgeschwindigkeit der verwendeten Steuerungseinheit - niederfrequente Wechselströme mit Gleichstromanteil messen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ei nen Stromwandler anzugeben, bei dem der Kompensationsstrom unabhängig vom Gleichstromanteil auch bei sehr hohen Fre quenzen dem zu messenden Strom entspricht.

Das Neue besteht erfindungsgemäß darin, daß als Steuer ungseinheit ein Regelverstärker mit niedrigem elektrischen Widerstand im Ausgangskreis dient, daß der Magnetkern in sich geschlossen, aber an einer Umfangsstelle im wirksamen Querschnitt vermindert ist und daß sich der Magnetfeldde tektor in der Nähe der mit vermindertem Querschnitt verse henen Stelle des Magnetkerns befindet.

Außerdem weist der erfindungsgemäße Stromwandler den Vor teil auf, daß nur eine geringe Beeinflussung der Meßein richtung durch Fremdfelder möglich ist. Diese Verminderung von Einflüssen durch Fremdfelder ergibt sich - wie später noch näher erläutert wird - hauptsächlich dadurch, daß in dem Magnetkern kein durchgehender Luftspalt vorhanden ist, sondern daß dessen magnetisch wirksamer Querschnitt ledig lich an einer Stelle des Umfangs vermindert ist.

Die in den einzelnen Umfangsteilen des Magnetkerns wirken den Fremdfelder teilen sich somit weitgehend gleichmäßig auf die Umfangshälften auf, so daß ihre Wirkung auf die Kompensationsspule nur gering sein kann.

Zur Messung von Wechselströmen ist außerdem in der US-PS 32 19 930 ein Stromsensor beschrieben, bei dem ein Hallgenerator in einem teilgeschlitzten magnetischen Kern angeordnet ist. Hierbei dient die Ausgangsspannung des Hallgenerators als Meßspannung für den Strom. Besonders hohe Frequenzen oder Gleichströme lassen sich mit dieser Anordnung jedoch nicht erfassen. Außerdem wird kein Abbild des Primärstromes nach dem Kompensationsprinzip erzeugt.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind an Hand der Figuren nachstehend näher beschrieben.

In Fig. 1 ist ein Magnetkern 1 mit einer Meßwicklung 2 für den zu messenden Strom und einer Kompensationswicklung 3 dargestellt. An einer Stelle des Umfangs besitzt der Ma gnetkern 1 eine Aussparung 4, in der ein Magnetfelddetek tor 5 - hier ein Hallgenerator - angeordnet ist. Durch ei nen im Steuerstromkreis 6 fließenden Steuerstrom entsteht bei vorhandenem Magnetfeld in der Aussparung 4 durch den Hallgenerator eine Spannung an dem Eingang 7 eines Regel verstärkers 8, dessen Ausgang an einen Anschluß 9 der Kom pensationswicklung 3 angeschlossen ist. Der andere An schluß 10 der Kompensationswicklung 3 ist über einen klei nen Meßwiderstand 11 mit Erde 12 verbunden. Der Regelver stärker 8 ist so ausgelegt, daß der Stromkreis zwischen Erde, Regelverstärker 8, Kompensationswicklung 3 und Meß widerstand 11 insgesamt einen geringen elektischen Wider stand aufweist.

Wie bekannt, ist der benötigte Kernquerschnitt eines Stromwandlers abhängig von der Frequenz. Für diesen Kern querschnitt A _Fe gilt die Beziehung

A _Fe ∼ l/f

wenn f die Frequenz ist. Die Aussparung 4 wird vorteilhaf terweise so dimensioniert, daß an der Stelle mit dem ver minderten Querschnitt der Magnetkern 1 nur dann in die Sättigung kommt, wenn die Frequenz so niedrig ist, daß der Regelverstärker 8 ihr folgen kann. Hierdurch ergibt sich, daß oberhalb dieser Frequenz liegende Frequenzen in dem Magnetkern 1 einen Fluß verursachen, der von dem Magnet felddetektor 5 nicht mehr wahrgenommen wird, so daß der Regelverstärker 8 von diesem Fluß mit hoher Frequenz nicht mehr beeinflußt wird. Allerdings induziert dieser Magnet fluß - da er ein Wechselfeld ist - in der Kompensations wicklung 3 eine durch den Kompensationsstrom nicht mehr kompensierte Spannung, die in Verbindung mit dem geringen Widerstand im Ausgangskreis des Regelverstärkers 8 einen entsprechenden Strom in dem Meßwiderstand 11 zur Folge hat.

Gleichströme und Ströme mit niedriger Frequenz haben wegen der Sättigung des Magnetkerns 1 an der Umfangsstelle mit vermindertem Querschnitt einen Streufluß in der Aussparung 4 des Magnetkerns 1 zur Folge. Die dadurch entstehende Ausgangsspannung am Magnetfelddetektor 5 steuert den Strom in der Kompensationswicklung 3 so, daß der Streufluß in der Aussparung 4 zu Null wird. Damit wird erreicht, daß auch bei Strömen geringer Frequenz und auch bei Gleich strömen ein genaues Abbild des fließenden Stromes in der Meßwicklung 2 in der Kompensationswicklung 3 fließt.

Fig. 2 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß ein anderer Magnetfelddetektor 5 ver wendet ist, der sich am äußeren Umfang des Magnetkerns 1 befindet, und zwar an der Stelle, an der dieser Magnetkern 1 eine schlitzförmige Aussparung 4 aufweist. Die Wirkungs weise entspricht derjenigen nach dem Ausführungsbeispiel in Fig. 1.

In Fig. 3 wird ebenfalls ein Magnetfelddetektor 5 verwen det, der am äußeren Umfang des Magnetkerns 1 angebracht ist. Hier erfolgt die Verminderung des Querschnittes des Magnetkerns 1 dadurch, daß der Magnetkern von außen abge fräst wurde und so eine ebene Schnittfläche 13 aufweist.

Die Verminderung des Einflusses von Fremdfeldern bei Ver wendung des erfindungsgemäßen Magnetkerns mit einer Schwä chung des wirksamen Querschnittes anstelle eines Luftspal tes läßt sich an Hand der Fig. 4 und 5 erkennen.

In Fig. 4 ist ein Magnetfelddetektor - wie bei der Aus führung in Fig. 1 - in einer Aussparung im Magnekern 1 angeordnet, während in Fig. 5 ein Magnetfelddetektor 5 in einem Luftspalt im Magnetkern 1 vorgesehen ist entspre chend der Anordnung nach DE-OS 26 01 252.

Durch den hohen magnetischen Widerstand im Luftspalt der Anordnung nach Fig. 5 werden die Kraftlinien eines Fremd feldes, die durch Pfeile dargestellt sind, hauptsächlich im unteren Teil des Magnetkerns 1 sich ausbreiten und so einen Einfluß auf die auf den Magnetkern 1 aufgebrachte Kompensationswicklung ausüben.

Bei der Anordnung nach Fig. 4 verteilt sich der Fluß des Fremdfeldes auf beide Hälften des Magnetkerns, so daß in einer Kompensationswicklung sich dessen Wirkung aufhebt. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Kompensationswick lung - wie in Fig. 1 dargestellt - über den ganzen Umfang des Magnetkerns verteilt gewickelt ist.

Der erfindungsgemäße Stromwandler kann also sowohl Gleich ströme als auch Ströme mit sehr hohen Frequenzen (bis über 1 MHz) abbilden und ist deshalb besonders zur Messung von Rechteckströmen geeignet, bei denen Oberwellen mit sehr hoher Frequenz auftreten.

Claims

1. Stromwandler, insbesondere zur Messung von Rechteck strömen mit Gleichstromanteil, mit einem Magnetkern (1), der mit einer Meßwicklung (2) und einer Kompensationswick lung (3) versehen ist, bei dem die Kompensationswicklung an den Ausgang einer Steuerungseinheit angeschlossen ist, deren Eingang mit einem im Magnetfeld des Magnetkerns (1) angeordneten Magnetfelddetektor (5) so verbunden ist, daß der Ausgangsstrom der Steuerungseinheit so verändert wird, daß der Magnetfelddetektor (5) den Magnetflußwert auf Null regelt, dadurch gekennzeichnet, daß als Steuerungseinheit ein Regelverstärker (8) mit nie drigem elektrischen Widerstand im Ausgangskreis dient, daß der Magnetkern (1) in sich geschlossen, aber an einer Um fangsstelle im wirksamen Querschnitt vermindert ist und daß sich der Magnetfelddetektor (5) in der Nähe der mit vermindertem Querschnitt versehenen Stelle des Magnetkerns (1) befindet.

2. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle verminderten Querschnitts im Magnetkern (1) durch Anbringung einer Aussparung (4) verwirklicht ist.

3. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle verminderten Querschnitts durch eine ebene Schnittfläche (13) an einem ringförmigen Magnetkern ver wirklicht ist.

4. Stromwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationswicklung (3) gleichmäßig um den Um fang des Magnetkerns (1) verteilt angeordnet ist.