DE2409247A1

DE2409247A1 - Ammeter with integrating amplifier - uses measuring holders for magnetic measurement of alternating and pulsating direct currents

Info

Publication number: DE2409247A1
Application number: DE2409247A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl Ing Bajorat; Dieter Dipl Ing Hoffmann; Hanfried Profe
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-02-22
Filing date: 1974-02-22
Publication date: 1975-09-04

Abstract

The measuring apparatus is used particularly to measure current distribution in rectifier equipment. A boster voltage generator transmits to a connected integrating amplifier, in addition to the current-proportional quantity supplied by the first integrating amplifier, an additive constant amounting to the d.c. component suppressed by the amplifier. The booster voltage generator can consist of a precision peak-value meter and memory which is constantly set at the amount of the negative amplitude of the output voltage from the first amplifier. The input of the generator can be earthed to measure pure a.c. flows.

Description

Strommeßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine Strommeßeinrichtung unter Verwendung einer fremdfeldunempfindlichen, über einen Integrationsverstärker arbeitenden Strommeßzange zur magnetischen Messung von Wechsel- und pulsierenden Gleichströmen, insbesondere zur Stromverteilungsmessung in Stromrichteranlagen. Current measuring device The invention relates to a current measuring device using an external field insensitive, via an integration amplifier working clamp meter for magnetic measurement of alternating and pulsating Direct currents, in particular for measuring current distribution in power converter systems.

Strommessungen an Stromrichterventilen größerer Stromrichteranlagen werden nach dem bisherigen Stand der Technlk in der pise vorgenommenZ, daß der Spannungsabfall an der dem jeweiligen Stromrichterventil zugeordneten Sicherung gemessen und unter Verwendung der Strom-Spannungskennlinie des betreffenden Sicherungstyps der Ventil strom bestimmt wurde. Dieses Meßverfahren ist infolge von Exemplarstreuungen der Sicherungen, unterschIedlichen Stromkurven usw.Current measurements on converter valves in larger converter systems are made according to the previous state of the art in the pise that the voltage drop measured at the fuse assigned to the respective converter valve and below Use of the current-voltage characteristic of the respective fuse type of the valve current was determined. This measurement method is due to sample variations the Fuses, different current curves, etc.

relativ ungenau. (Fehler½ 5 5 %) und ist für den Messenden bei höheren Betrinbsspannungen- rnit erheblichen Gefahren, verbunden. Für eine genauere und erheblich ungefährlichere Messung von Ventilströmen ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 05 f8 eine otrOmmeßzange zur magnetischen Messung und oszillographischen Darstellung von veehselstrcmen und pulsierenden Gleichströmen bekannt. Eine Weiterentwicklung dieser bekannten Strommeßzange ist durch eine runde Form und völligem Verzicht von metallischen Bauteilen im Bereich der Meßwicklung gekennzeichnet und gestattet es, auch in der Nähe starker Fremdfelder einwandfrei zu oszillographieren. Die von einer Strommeßzange gelieferten Oszillogramme lassen sich jedoch nur z.B. mit Hilfe eines Planimeters auswerten. Weitergehende Aussagen über.den Stromwert (Effektwert, Mittelwert) sind nicht möglich, was insbesondere bei einer Vielzahl von Meßstellen, wie sie beispielsweise durch eine große Zahl von in Reihe oder parallelgeschalteten Stromrichterventilen eines Stromrichters gegeben.ist, störend ist.relatively imprecise. (Error ½ 5 5%) and is for the measurer at higher Operational tensions are associated with considerable dangers. For a more accurate and The German patent application provides a considerably less dangerous measurement of valve currents 19 05 f8 an otro measuring clamp for magnetic measurement and oscillographic display known from veehselstrcmen and pulsating direct currents. A further development this known clamp meter is round and completely dispensed with metallic components in the area of the measuring winding and allows can also be perfectly oscillographed in the vicinity of strong external fields. The one from one The oscillograms supplied with the clamp meter can only be read, for example, with the help of a Evaluate planimeters. Further statements about the current value (effect value, mean value) are not possible, which is particularly the case with a large number of measuring points like them for example by a large number of converter valves connected in series or in parallel of a converter. is, is disturbing.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein geeignetes Auswert- und Anzeigegerät für eine fremdfeldunempfindliche- Strommeßzange zur magnetischen Messung von tw'echsel- oder pulsierenden Gleichströmen zu schaffen, die es ermöglichen, die Wechsel- oder pulsierenden Gleichströme als arithmetischen Mittelwert und/oder Effektivw.ert direkt als Zahlenwert anzuzeigen mit einem Fehler c 2 %.The object of the present invention is therefore to provide a suitable evaluation and display device for an external field insensitive current measuring clamp for magnetic Measurement of alternating or pulsating direct currents to create the it allow the alternating or pulsating direct currents as an arithmetic mean and / or display the effective value directly as a numerical value with an error of c 2%.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Zusatzspannungsgenerator vorgesehen ist, welcher zusätzlich zu der vorn Integrationsserstärker gelieferten stromproportionalen Größe eine additive Konstante in Höhe des vom Integrationsverstärker unterdrückten Gleichstromanteils an einen nachgeschalteten Summierverstärker abgibt.This object is achieved according to the invention in that an additional voltage generator is provided, which is supplied in addition to the front integration booster current proportional quantity an additive constant in the amount of the integration amplifier suppressed direct current component to a downstream summing amplifier.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspannungsgenerator aus einem Präzisions-Spitzenwert-iiesser unc-Speicher besteht und konstant auf den Betrag der negativen Amplitude der Ausgangsspannung des Intesrationsverstärkers eingestellt ist. Ein dem Summierverstarker über einen Umschalter nachgeschalteter Funktionsbaustein bildet den arithmetischen Mittels'ert oder den Effektivwert des zu messenden Stromes in Form einer analogen Gleichspannung, die wahlweise einem nachgeschalteten Digitalvoltmeter zur Anzeige des Meßstromes als Zahlenwert eingegeben werden kann.Further embodiments of the invention are characterized in that that the additional voltage generator from a precision peak value iiesser unc memory and constant to the amount of the negative amplitude of the output voltage of the intesration amplifier is set. One to the summing amplifier over one The switch of the downstream function block forms the arithmetic mean value or the effective value of the current to be measured in the form of an analogue direct voltage, optionally a downstream digital voltmeter to display the measuring current can be entered as a numerical value.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die zu messenden arithmetischen Mittelwerte und Effektivwerte des Stromes dIrekt abgelesen werden können. außerdem sind Messungen auch reiner Wechselströme sowie Messungen in Stromkreisen ohne Sicherung oder Shunt und potentialfreie Messungen bei gleichzeitiger Vergrößerung der Genauigkeit moslich.The advantages achieved with the invention are in particular: that the arithmetic mean values to be measured and rms values of the current can be read directly. in addition, measurements are also cleaner Alternating currents as well as measurements in circuits without fuse or shunt and potential-free Measurements while increasing the accuracy moslich.

E>n Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnuna Figur 2 den Verlauf der Spannungen an den einzelnen Elementen der Anordnung nach Figur 1 bei der Annahme eines zu messenden .Ventilstromes bei ohmscher Last In der Figur 1 umschließen die Wicklungsträger 2 mit den darauf befindlichen hier nicht naher dargestellten Wicklungen das Meßobjekt 1, das beispielsweise eine stromdurchflossene Leitung innerhalb einer Stromrichterschaltung sein kann. Die Wicklungen 2 sind an einen Integrationsverstärker 3, angeschlossen. Das vom Interationsverstärker gelieferte Signal wird auf zwei Strompfade verzweigt. Der eine Pfad führt direkt auf einen ersten Eingang eines Sumierverstärkers 5. Der zweite Pfad bringt das Signal auf den Eingang eines Zusatzspannungsgenerators 4, der beispielsweise aus einem Präzisions-Spitzenwert-Messer und -Speicher bestehen kann und aus einem Einweg-Präzisionsgleichrichter mit nachgeschalteten RC-Glied aufgebaut sein kann. (Siehe beispelsweise Tietze-Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik, 2. Auflage 1971, Sie 250). Der Ausgang des Zusatzspannungsgenertors 4 wird an einen zweiten Eingang des Summierverstä'rkers 5 geführt und mit dem Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 3 überlagert.FIG. 1 shows a block diagram of the arrangement according to the invention FIG. 2 shows the profile of the voltages on the individual elements of the arrangement Figure 1 with the assumption of a .Ventilstromes to be measured with an ohmic load In the Figure 1 do not enclose the winding support 2 with those located thereon here The windings shown in more detail, the device under test 1, which is, for example, a current-carrying Line within a converter circuit can be. The windings 2 are on an integration amplifier 3 is connected. The one delivered by the iteration amplifier The signal is branched to two current paths. One path leads directly to one first input of a summing amplifier 5. The second path applies the signal the input of an additional voltage generator 4, the for example can consist of a precision peak value meter and memory and of one One-way precision rectifier can be constructed with a downstream RC element. (See for example Tietze-Schenk, semiconductor circuit technology, 2nd edition 1971, You 250). The output of the additional voltage generator 4 is connected to a second input of the summing amplifier 5 and with the output signal of the integration amplifier 3 superimposed.

Gleichzeitig dient der Summiervertärker 5 durch umschaltbare Rückführungszweige der Meßbereichswahl.At the same time, the summing amplifier 5 is used by switchable feedback branches the selection of the measuring range.

Der Ausgang des Summiervertärkers 5 ist über einen Umschalter mit einem Funktionsbaustein 6 verbunden, der aus dem Ausgangssignal des Summierverstirkers 5 je nach der Jtellung des Umschalters den adthmetischen Mittelwert oder aen Effektivwert des zu messenden Stromes in Form eine an.mlogen Gleichspannung bildet. Die Ausgangsgleichspannung des runktionsbaustelnes 6 wird über ein Filter 7, das eventuell verbleibende Restwelligkeiten bei Meßfrequenzen bis herab zu 15 Hz aussiebt, einem Digitalvoltmeter 3 eingegeben, das den Meßstrom als Zahlenwert einschließlich der Xommastellung anzeigt. Der Anschluß eines Meßwertdruckers 9 oder Rechners 10 mit Plotter 11 am Digitalvoltmeter 8 ermöglicht eine Registrierung und Auswertung der Meßergebnisse.The output of the summing amplifier 5 is via a switch a function block 6 connected, which is derived from the output signal of the summing amplifier 5 depending on the position of the switch, the mathematical mean value or the effective value of the current to be measured in the form of an analogous direct voltage. The DC output voltage of the function module 6 is through a filter 7 that any residual ripples sifts out at measuring frequencies down to 15 Hz, entered a digital voltmeter 3, which shows the measured current as a numerical value including the xomma position. The connection a measured value printer 9 or computer 10 with plotter 11 on the digital voltmeter 8 a registration and evaluation of the measurement results.

Der Eingang des Zusatzspannungsgenerators 4 kann durch einen Eingangsumschalter an tasse und somit außer Funktion li n der Figur 2 ist der Verlauf der Spannungen an Bausteinen des beschriebenen Blockschaltbildes bei der Annahme eines in Figur 2a dargestellten Meßstromes aufgetragen. Bei der Messung pulsierender Gleichströme nach Figur 2a, wie sie bei Dioden und Thyristoren austreten können, bewirkt die Strommeß7ange 2 auEgrun-z i;-rer Funktion als magnetischer Spannungsmesser (Maxwellsches Durchflutungsgesetz) eine Differentation des Stromes nach der Zeit (u = const dI/dt), die von dem eingebauten Integrationsverstärker 3 wieder rückgängig gemacht wird. Eine vorhandene additive Konstante des Stromes ( = Gleichstromanteil) wird be dieser Operation unterdrückt, was eine Verschiebung der zu messenden Größe gegenüber der nullinie bedeutet, derart, daß die verbieibende stromproportionale Ausgangsgröße des Integrationsverstärkers 3 eine in der Figur 2b dargestellte reine Wechselspannung mit der positiven Halbwelle F1 und der negativen Halbwelle F2 ist. Zu einer korrekten Mittelvertbildung ist es daher erforderlich, der Ausgangsspannung des integrationsverstärkers 3 eine Gleichspannung zu überlagern, deren Größe so bemessen ist, daß sich der Verlauf der zu messenden Spannung während der stromlesen Pause wieder mit der Nullinie deckt. Die Größe dieser in der Figur 3c dargestellten Gleichspannung ist demnach abhängig von der Größe des Meßstromes und dem Stromflußwinkel und entspricht in ihrem Betrage der negativen Amplitude # # # der Ausgangsspannung des Integrationsvertärkers 3.The input of the additional voltage generator 4 can be through an input switch on cup and thus out of function li n of FIG. 2 is the curve of the voltages on the modules of the block diagram described, assuming one in FIG 2a plotted measuring current shown. When measuring pulsating direct currents according to Figure 2a, as they can emerge with diodes and thyristors, causes the Current meter 2 outer function as a magnetic voltmeter (Maxwell's Flux law) a differentiation of the current with respect to time (u = const dI / dt), which is reversed by the built-in integration amplifier 3. An existing additive constant of the current (= direct current component) is used in this Operation suppresses what is a shift in the quantity to be measured compared to the zero line means such that the remaining output variable proportional to the current of the integration amplifier 3 is a pure alternating voltage shown in FIG. 2b with the positive half-wave F1 and the negative half-wave F2. To a correct one It is therefore necessary to calculate the mean value of the output voltage of the integration amplifier 3 to superimpose a DC voltage, the size of which is such that the course the voltage to be measured again coincides with the zero line during the current reading break. The size of this DC voltage shown in FIG. 3c is therefore dependent on the size of the measuring current and the current conduction angle and corresponds in their amount the negative amplitude # # # of the output voltage of the integration amplifier 3.

Demzufolge ist erfindungsgemäß der Zusatzspannungsgenerator 4 vorgesehen, der als Spitzengleichrichter für die negative Halbwelle F2 der Ausgangsspannung des Integrationsverstärkers 3 wirkt. Am Ausgang des Zusatzspannungsgenerators 4 steht somit wegen der invertierenden Wirkung des im Einweg-Präzisionsgleichter enthaltenen Operationsverstärkers eine positive Gleichspannung der Größe # # # zur Verfügung.Accordingly, the additional voltage generator 4 is provided according to the invention, as a peak rectifier for the negative half-wave F2 of the output voltage of the integration amplifier 3 acts. At the output of the additional voltage generator 4 is therefore due to the inverting effect of the one-way precision equivalent contained Operational amplifier provides a positive DC voltage of the size # # #.

Diese Gleichspannung wird an den zweiten Eingang des nachgeschalteten Surnmierverstärkers 5 gelegt und damit dem Ursprungssignal überlagert. Das In Figur 2d dargestellte, aus der Summation der beiden gestrichelt dargestellten SIgnale nach den Figuren 2b und 2c erhältliche Ausgangssignal des Summierverstärkers 5 ist nun auch bezüglich seiner Lage 7ur Nullinie ein Abbild des zu messenden Stromes.This DC voltage is applied to the second input of the downstream Summarizing amplifier 5 placed and thus superimposed on the original signal. That in figure 2d, from the summation of the two signals shown in dashed lines according to Figures 2b and 2c obtainable output signal of the summing amplifier 5 is now also an image of the current to be measured with regard to its position on the zero line.

um ein manchmal mechanisch behindertes Umdrehen der Zange (in Bezug auf die positive Stromrichtung bei pulsierendem Gleichstrom) zu erübrigen, kann das Meßsignal im Eingang des Gerätes umgepolt werden.a sometimes mechanically hindered turning of the pliers (in relation to to the positive current direction with pulsating direct current), can be superfluous the polarity of the measuring signal in the input of the device is reversed.

Claims

PatentansprücheClaims

1. Strommeßeinrichtung unter Verwendung einer fremåfeldunempfindlichen, über einen Integrationverstärker arbeitencen Strommeßzange zur magnetischen Messung von Wechsel-und pulserencen Gleichströmen, insbesondere zur Stromverteilungsmessung in Stromrichteranlagen, gekennzeichnet durch einen Zusatzspannungsgenerator (4), welcher zusätzlich zu der vom Integrationsverstärker (3) gelieferten strornproportionalen Größe eine additive Konstante in Höhe des vom Integrationsverstärker (3) unterdrückten Gleichstromanteils an einen nachgeschalteten Summierverstärker (5) abgibt.1. Current measuring device using a foreign field insensitive, Clamp clamps for magnetic measurement work via an integration amplifier of alternating and pulsating direct currents, in particular for current distribution measurement in power converter systems, characterized by an additional voltage generator (4), which is in addition to the current-proportional one supplied by the integration amplifier (3) Size is an additive constant equal to that suppressed by the integration amplifier (3) Outputs direct current component to a downstream summing amplifier (5).

2. Strommenßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatzspannungsgenerator (4) aus einem Prazisions-Spitzenwert-Messer und -Speicher besteht, der konstant auf den Betrag der negativen Amplitude der Ausgangsspannung des Integrationsverstärkers (3) eingestellt ist.2. Current measuring device according to claim 1, characterized in that the additional voltage generator (4) from a precision peak value meter and memory consists, which is constant on the amount of the negative amplitude of the output voltage of the integration amplifier (3) is set.

3. Strommeßeinrichtung'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingan des Zusatzspannungsgenerators (4) zur Messung reiner Wechsel ströme auf Masse gelegt ist.3. Strommeßeinrichtung'nach claim 1, characterized in that the input of the additional voltage generator (4) for measuring pure alternating currents Ground is laid.

4. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Summierverstärker (5) über einen Umschalter ein Funktionsbaustein (6) nachgeschaltet ist, der den arithmetischen Mittelwert oder den Effektivwert in Form einer analogen Gleichspannung bildet.4. Current measuring device according to claim 1 to 3, characterized in that that the summing amplifier (5) is followed by a function block (6) via a changeover switch which is the arithmetic mean or the effective value in the form of an analog DC voltage forms.

5. Strommeßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichspannung auf ein Digitalvoltmeter (7) gegeben wird, welches den gemessenen Wechselstrom als Zahlenwert anzeigt.5. Current measuring device according to claim 4, characterized in that the DC voltage is fed to a digital voltmeter (7), which the measured Displays alternating current as a numerical value.

5. Strommeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stromrichtungen bei pulsierendem Gleichstrom durch eine entsprechende Polaritätsumschaltung berücksichtigt sind.5. Current measuring device according to claims 1 to 5, characterized in that that both directions of current with pulsating direct current through a corresponding Polarity switching are taken into account.