DE19535551C2 - Stromwandleranordnung mit einem Shunt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromwandleranordnung mit einem Shunt.

In einem Stromwandler können durch eingekoppelte Fremdmagnet­ felder große Meßfehler entstehen. Dies ist insbesondere bei Stromwandlern für Elektrizitätszähler problematisch, da hier eine verbrauchte Leistung oder Arbeit zunächst gezählt und dann verrechnet werden soll. Ein Meßfehler hat also gegebe­ nenfalls eine fehlerhafte Verrechnung zur Folge.

Ein Shunt auf der Primärseite des Stromwandlers ermöglicht die Verwendung eines kleinen Wandlerkerns, da durch den ei­ gentlichen Primärleiter dann nur ein Teil des zu messenden Stromes fließt. Dieser erzeugt ein nur geringes Magnetfeld, wodurch der Wandlerkern weniger schnell in Sättigung geht. Aber auch bei dieser Ausführung kann der Fremdfeldfehler groß sein, da über die Primärwicklung und den Shunt ein Kurz­ schlußstrom fließen kann, welcher einen zusätzlichen Magnet­ fluß im Wandlerkern erzeugt.

Aus der US 4, 240, 059 ist ein Stromwandler bekannt, dessen Shunt in zwei Teilpfade aufgeteilt ist. Die in der eigentli­ chen Primärwicklung fließenden induzierten Ströme heben sich gegeneinander auf, wodurch Fremdfeldfehler vermieden werden. Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung von Fremdfeldfehlern besteht darin, daß der gesamte Stromwandler magnetisch abge­ schirmt wird. Diese Lösung ist jedoch recht aufwendig.

Aus der DE 34 01 594 C2 ist ein Meßwandler bekannt, der einen Shunt mit einem Shunt- und dazu parallelen Meßstrompfad auf­ weist. Der Shunt besteht aus einem Flachleiter und weist Öff­ nungen zur Aufnahme eines Magnetkerns auf. Der für den Shunt ver­ wendete Flachleiter ist um eine in seine Querrichtung verlau­ fende Biegekante derart umgelegt, daß jeder Hauptstrompfad beziehungsweise Teil eines Hauptstrompfades des einen Schen­ kels des Flachleiters mindestens annähernd deckungsgleich über einen Hauptstrompfad oder Teil eines Hauptstrompfades des anderen Schenkels liegt.

Aus der GB 2 050 070 A ist eine Stromwandleranordnung mit ei­ nem einstückigen Stanzteil bekannt, die einen Shunt- und ei­ nen dazu parallelen Meßstrompfad aufweist. Aus der DE 36 19 423 A1 ist eine Stromwandleranordnung bekannt, bei der der Meßstrompfad zumindest annähernd die Form einer Acht aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Stromwand­ leranordnung anzugeben, bei der ein Einfluß von magnetischen Fremdstörfeldern vermieden ist, wobei eine einfache Herstell­ barkeit gegeben sein soll.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einer Stromwandleranordnung mit einem Shunt, der von einem ein­ stückigen Stanzteil, das einen Shunt, und einen dazu paralle­ len Meßstrompfad aufweist, gebildet ist, wobei der Meß­ strompfad zumindest annähernd die Form einer Acht hat und ein magnetisierbarer Kern die beiden einander kreuzenden Leiter­ stücke innerhalb des achtförmigen Verlaufs umschließt, und wobei der Kern eine Sekundärwicklung aufweist. Diese Strom­ wandleranordnung verhindert Fremdfeldeinflüsse, insbesondere auf den Kern, auf einfache Weise. Fremdfelder werden gut kom­ pensiert. Durch ihren einfachen Aufbau eignet sie sich gege­ benenfalls auch für eine automatisierte Herstellung.

Das Stanzteil kann unter Bildung der Form einer Acht entlang einer Biegelinie gefaltet oder gebogen sein. Die Herstellung des Shunts gestaltet sich daher als sehr einfach, wobei der Biegevorgang bezüglich Toleranzen nicht kritisch ist. Damit sind auch nur wenige Arbeitsgänge zur Herstellung der Strom­ wandleranordnung nötig.

An die Sekundärwicklung kann ein Zähler für elektrische Ener­ gie anschließbar sein. Damit ist eine bevorzugte Anwendung der Stromwandleranordnung gegeben.

Gegebenenfalls können die zwei bogenförmigen Abschnitte oder Teile der Acht durch Biegen oder eine zweite Faltung überein­ andergelegt sein. Damit ist ein sehr kompakter Aufbau der Stromwandleranordnung möglich. Die beiden Teile lassen sich dann einfach auf einem Schenkel des Kerns anordnen. Es sind jedoch auch Mehrfachbiegungen des Stanzteils um verschiedene Achsen möglich, so daß eine Vielzahl von Windungen beide Schenkel des Kerns umfassen.

Die Erfindung, weitere Details und Vorteile werden nachfol­ gend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 einen erfindungsgemäßen Shunt in verschiedenen Ansichten und

Fig. 4 eine Stromwandleranordnung mit einem Shunt gemäß Fig. 1 und 3.

Fig. 1 zeigt einen Shunt 1, der einen Shuntstrompfad 3 und ei­ nen Meßstrompfad 5 hat. Der Meßstrompfad 5 bildet in der Draufsicht zumindest annähernd die Form einer Acht, wobei dich seine Leiterstücke 11 kreuzen.

Fig. 2 zeigt das Stanzteil 7, aus dem der Shunt 1 gemäß Fig. 1 hergestellt ist. Die Form einer Acht gemäß Fig. 1 wird dadurch erzeugt, daß das Stanzteil 7 gemäß der gezeigten charakteri­ stischen Form entlang der Biegelinie B gebogen oder gefaltet wird. Die gezeigte Form kann gegebenenfalls als teilweise ge­ scherte Rechtecksform beschrieben werden. Die Form kann auch abgewandelt sein, z. B. als geschertes Rechteck, so daß sich nach der Faltung ein achtförmiger Verlauf nach Art von zwei aneinandergesetzten Dreiecken ergibt. Es sind auch mäander- oder labyrinthförmige Verläufe denkbar, die nach geeigneter Biegung die gewünschte Wicklungsanzahl oder -form ergeben.

Fig. 3 zeigt den gebogenen Shunt 1 in einer räumlichen Dar­ stellung. Er weist quasi eine 2-lagige Form auf.

Fig. 4 zeigt eine Stromwandleranordnung (8), bei der der Shunt 1 gemaß den oben beschriebenen Figuren Verwendung findet. Da­ bei umschließt ein Kern 9 die beiden einander kreuz enden Lei­ terstücke 11 innerhalb des achtförmigen Verlaufs. Auf dem Kern 9 ist zusätzlich (schematisch dargestellt) eine Sekun­ därwicklung 13 angeordnet, die an ein nicht näher gezeigtes elektrisches Gerät, insbesondere einen elektrischen Zähler, geführt oder angeschlossen ist. Der Shunt 1 wird von einem Primärstrom Ip, der Shuntstrompfad 3 von einem Shuntstrom Is und der Meßstrompfad 5 von einem Meßstrom Im durchflossen.

Die Stromwandleranordnung 8 funktioniert folgendermaßen:
Auf den zwei gegenüberliegenden Schenkeln 15a, 15b des Kerns 9 sind durch den achtförmigen Verlauf des Meßstrompfads 5 zwei Primärwicklungen gleicher Windungszahl (nämlich 1) gebildet. Der von einem Primärstrom Ip in beiden Schenkein 15a, 15b her­ vorgerufene Magnetfluß addiert sich dabei. Die von einem Fremdmagnetfeld H in dem Meßstrompfad 5 induzierten Ströme heben sich dagegen auf.

Durch den Meßstrom Im wird im Schenkel 15b ein nach "oben" gerichteter Magnetfluß (entgegen dem Feld H) und im Schenkel 15a ein nach unten gerichteter Magnetfluß erzeugt. Beide Flüsse addieren sich und erzeugen in der Sekundärwicklung 13 eine Spannung Ua, die ein Abbild des Primärstromes Ip lie­ fert.

Das von außen auftretende Magnetfeld H erzeugt in den Schen­ keln 15a und 15b gleichgerichtete Magnetflüsse, die im Kern 9 gegeneinander fließen. Das resultierende Magnetfeld ent­ spricht der Differenz der beiden Flüsse. Diese Flüsse indu­ zieren jedoch in der Sekundärwicklung 13 lediglich eine Spannung, die der Unsymmetrie des Kerns 9 entspricht und im allgemeinen vernachlässigt werden kann.

Der die eigentliche Primärspule, nämlich den Meßstrompfad 5, durchfließende Meßstrom Im kann durch eine beliebige Festle­ gung des Verhältnisses zwischen der Größe des Shuntstrompfa­ des 3 und des Meßstrompfades 5 bestimmt werden. Dazu können der Shuntstrompfad 3 und/oder der Meßstrompfad 5 beliebig ge­ staltet werden. Dies gilt unter der Maßgabe, daß ein Schenkel des Kerns 9 vom Magnetfluß entsprechend dem Meßstrom Im in positiver Richtung und der gegenüberliegende Schenkel 15b vom gleichen Magnetfluß in entgegengesetzter Richtung (besser: in gleichsinniger Richtung) durchflossen ist, wobei die Anzahl der Windungen auf beiden Schenkeln 15a, 15b in der gleichen Größenordnung liegen.

Die Form des Shuntstrompfades 3 kann ebenfalls beliebig ge­ wählt werden. Gegebenenfalls kann dieser Mittel zum Kühlen, z. B. Kühlflächen, aufweisen. Dabei ist auf ein gleichmäßiges Temperaturverhalten zwischen Shuntstrompfad 3 und Meßstrom­ pfad 5 zu achten.

Durch entsprechende Gestaltung der Sekundärwicklung 13 kann die vom Fremdfeld dort induzierte Spannung ebenfalls völlig kompensiert werden. Dies kann beispielsweise dadurch erzielt werden, daß die Windungen der Sekundärwicklung 13 mit ent­ sprechendem wickelsinn auf die beiden Schenkeln 15a und 15b des Kerns derart verteilt werden, daß der Fremdfeldeinfluß kompensiert ist.

Ein besonders kleiner Aufbau der Stromwandleranordnung kann dadurch erzielt werden, daß der Shunt 1 entsprechend der Dar­ stellung in Fig. 1 nochmals entlang der Biegelinie C gebogen oder gefaltet wird. Damit kann der Meßstrompfad um nur ei­ nen Schenkel des Kerns 9 angeordnet werden, wodurch ein be­ sonders kompakter Aufbau der gesamten Anordnung möglich ist.

Claims (4)

1. Stromwandleranordnung (8) mit einem Shunt (1), der von ei­ nem einstückigen Stanzteil (7), der einen Shunt- und einen dazu parallelen Meßstrompfad (3 bzw. 5) aufweist, gebildet ist, wobei der Meßstrompfad (5) zumindest annähernd die Form einer Acht hat und ein magnetisierbarer Kern (9) die beiden einander kreuzenden Leiterstücke (11) innerhalb des achtför­ migen Verlaufs umschließt, und wobei der Kern (9) eine Sekun­ därwicklung (13) aufweist.

2. Stromwandleranordnung nach Anspruch 1, wobei das Stanzteil (7) unter Bildung der Form einer Acht entlang einer Biegeli­ nie (B) gefaltet oder gebogen ist.

3. Stromwandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei an die Sekundärwicklung (13) ein Zähler für elektrische Energie an­ schließbar ist.

4. Stromwandleranordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei der Meßstrompfad (5) ein zweites Mal gefaltet ist derart, daß seine beiden, die Form der Acht bildenden bogenförmigen Teile etwa deckungsgleich übereinander auf einen Schenkel (15a, 15b) des Kerns (9) angeordnet sind.