DE2920484A1

DE2920484A1 - Messeinrichtung mit magnetischem kreis zum messen eines gleichstroms

Info

Publication number: DE2920484A1
Application number: DE2920484A
Authority: DE
Inventors: Werner Breckel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1979-05-21
Filing date: 1979-05-21
Publication date: 1980-12-04

Description

s. 5500 *

27*4.1979 A 39 B/Bn

BOBERT BOSCH GMBH. 7000 Stuttgart 1

Meßeinrichtung mit magnetischem Kreis zum Messen eines Gleichstroms

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung gemäß der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer derartigen aus der CH-PS 5ζμ* 9/flf bekannten Einrichtung erfolgt die Kompensation durch Regelung der die Sekundärwicklung speisenden Wechselspannung in der Weise, daß die Induktionsänderung im magnetischen Kreis konstant gehalten wird. Bei der bekannten Einrichtung beeinflußt die Remanenz die Meßgenauigkeit.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die Remanenz die Meßgenauigkeit nicht beeinflußt und daß Nichtlinearitäten der Magnetisierungskennlinie des mag-

030049/0081

netischen Kreises keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben.

Die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung. So benötigt die Einrichtung gemäß Unteranspruch 3 lediglich eine einzige Sekundärwicklung. '

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Pig. 1 ein erstes Ausfühfungsbeispiel in einer einfacheren Schaltungsausführung und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 speist ein einseitig geerdeter Wechselstromgenerator 1 über einen als Gleichstromsperre wirkenden Kondensator 2 eine Sekundärwicklung 3 eines magnetischen Kreises 4, I der zwei U-förmige Joche 5 aufweist, die Teil einer Strom- | meßzange sind und daher in nicht näher dargestellter Weise

0300A9/0081

voneinander entfernt und mit ihren Enden in gegenseitige Anlage gebracht werden können, so daß ein geschlossener Kreis gebildet ist, wie in der Figur dargestellt ist. Durch den Kreis k ist auch eine den zu messenden Gleichstrom führende Meßleitung gelegt, die die nur eine einzige Windung aufweisende Primärwicklung 7 bildet· Der Verbindungspunkt 9 zwischen der Sekundärwicklung 3 und dem Kondensator 2 kann als Ausgang des Generators 1 betrachtet werden und ist über einen Widerstand 11 mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 12 verbunden; dieser Eingang ist über einen Kondensator Ii+ mit Masse verbunden, der nicht-invertierende Eingang des Operationsverstärkers 12 ist mit Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12 ist einerseits über einen Kondensator 16 mit Masse und andererseits über einen Widerstand 18 mit dem einen Anschluß einer weiteren Sekundärwicklung 20 verbunden, deren anderer Anschluß über die Parallelschaltung eines Kondensators 22 mit einem Widerstand 22+ mit Masse verbunden ist.

Die Stromstärke des Generators 1 und die Windungszahl der Sekundärwicklung 3 ist unter Berücksichtigung der magneti-• sehen Eigenschaften des magnetischen Kreises i+ so bemessen, daß die Hysteresisschleife bis zur Sättigung ausgesteuert wird, aber nicht wesentlich darüberhinaus. Die Kurvenform des gelieferten Wechselstroms kann in weiten Grenzen beliebig gewählt sein, sie soll jedoch symmetrisch sein. Der Widerstand 11 und der Kondensator 1/+ bilden eine Integrierschaltung. Wenn durch die Primärwicklung 7 kein Strom fließt, so liegt am Punkt 9» also am Eingang der Integrierschaltung, eine reine symmetrische Wechselspannung, am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12 liegt daher das Potential O V. Da der andere Eingang dieses Verstärkers auf dem gleichen Potential liegt, liefert der

030049/0081

■f Operationsverstärker keinen Strom· Sobald durch die Prill märwicklung 7 ein Gleichstrom fließt, wird die am Punkt 9 |s herrschende Spannung unsymmetrisch,und dadurch erscheint

I am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12

II eine je nach Stromrichtung in der Primärwicklung 7 positii; ve oder negative Gleichspannung, die einen derartigen Aus-4 gangsstrom Ia des Operationsverstärkers 12 liefert, daß

:| hierdurch die vom Gleichstrom in der Primärwicklung 7 er-

ijj zeugte Induktion kompensiert wird und somit der invertie-

,f ( ") rende Eingang des Operationsverstärkers 12 wjsler auf 0 V

i$, liegt· Der Ausgangsstrom Ia des Operationsverstärkers 12

^;| . ist unter Berücksichtigung der Windungszahl der weiteren

;| Sekundärwicklung 20 ein Maß für den in der Primärwicklung

fließenden Gleichstrom. Die Größe des Ausgangsstroms oder

'% Kompensationsstroms Ia kann durch Messung der Spannung Ua

; am Widerstand 2k ermittelt werden, wie in der Zeichnung an-

■| gedeutet ist.

$ Der Widerstand 18 und der Kondensator 16 verhindern, daß i die auf die weitere Sekundärwicklung 20 trans!brmatorisch

übertragene Wechselspannung an den Ausgang des Operations- >; Verstärkers 12 gelangt, wo sie Störungen hervorrufen könnte. * ' ' Der Kondensator 22 schließt die Wechselspannung über dsm Widerstand 2k kurz.

I Bei geeignetem Kernmaterial mit schmaler Magnetisierungs-" schleife und somit niedrigen Ummagnetisierungsverlusten

wird zweckmäßigerweise die Frequenz des Generators 1 möglichst hoch gelegt. Wird die Zeitkonstante R · C der Integrierschaltung 11, 1 if klein gewählt, so können dann auch } niederfrequente Wechselströme in der Primärwicklung 7 ge- i messen werden; die Frequenz dieser Wechselströme kann im

j 030049/0081

Ausführungsbeispiel etwa bis zu 5 % der Generatorfrequenz betragen.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind diejenigen Teile, die mit der Fig. 1 übereinstimmen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der Operationsverstärker kann bei dieser Ausführungsform vom gleichen Typ sein wie bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung, er ist hier jedoch r.it dem Bezugszeichen 12· bezeichnet, weil hfer der nicht-invertierende Eingang mit der Integrierschaltung 11, lif verbunden ist. Der invertierende Eingang ist über einen Widerstand 31 mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 12« und über einen Widerstand 32 mit Masse verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 12· ist zum Schutz vor Wechselspannungen wieder über einen Kondensator 16 geerdet. Außerdem ist der Ausgang des Operationsverstärkers 12« über einen Widerstand 33 mit dem den Ausgang des Generators 1 bildenden Verbindungspunkt 9 verbunden. Mit dem Verbindungspunkt 9 ist der eine Anschluß der einzigen Sekundärwicklung 3¹ verbunden, deren anderer Anschluß über die Parallelschaltung eines Widerstands 34 mit einem die Wechselspannung über dem Widerstand 34 kurzschließenden Kondensator 25 mit Masse verbunden ist. Die Widerstände 31, 32, 33 und 3Zf sind unter Berücksichtigung eines nicht besonders eingezeichneten Gleichstromwiderstands der Sekundärwicklung 3 so gewählt daß am Verbindungspunkt der Widerstände 31 und 32 und am Verbindungspunkt des Widerstands 33 mit der Sekundärwicklung 3' bei abgeschaltetem Generator 1 durch den Ausgangsstrom Ia" des Operationsverstärkers 12' die gleiche Spannung erzeugt wird.

Bei diesem Ausführungsbeispiel durchfließt ein Teil des Ausgangsstroms Ia, der hier IaI genannt ist, die Sekundärwicklung 3 und den Widerstand 3k; durch die Messung-der am Widerstand3t_f

030049/0081

litt t

f ':;! 55 0 0

herrschenden Spannung kann die Größe dieses Kompensationsstroms Ia1 bestimmt werden. Die durch den Kompensationsstrom Ia1 am Widerstand 34- und am Gleichstromwiderstand der Sekundärwicklung 3' erzeugte Gleichspannung gelangt über die Integrierschaltung 11, 14 an den nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 12' und wird dadurch kompensiert, daß der invertierende Eingang bei diesem Ausführungsbeispiel . nicht mit Masse, sondern mit dem Abgriff des durch die Widerstände 31 und 32 gebildeten Spannungsteilers verbunden ist.
(I

Die zuletzt beschriebene Schaltung weist die Vorteile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung auf und weiterhin den Vorteil, daß keine weitere Sekundärwicklung benötigt wird.

Bei der Anordnung nach Fig. 2 müssen die Eingänge des Operationsverstärkers 12' unabhängig vom Wicklungssinn der Sekun-

därwicklung 3' in der dargestellten Weise mit der übrigen I

Schaltung verbunden sein. In der Anordnung nach Fig. 1 hängt | dagegen die Zuordnung der Eingänge des Operationsverstärkers

12 zur übrigen Schaltung vom Wicklungssinn der Sekundärwick- |

lung 3 und der weiteren Sekundärwicklung 20 ab. Würde die 1

( Wicklungsrichtung einer dieser beiden Sekundärwicklungen um- t|

gekehrt, so müßte der invertierende Eingang an Masse ge- %

legt werden und der nicht-invertierende Eingang mit dem %

Integrierglied 11, 14· verbunden werden. §

Die Polarität der Ausgangsspannung Ua hängt von der Strom- I] richtung in der Primärwicklung 7 ab.

Ein Vorteil der Erfindung liegt noch darin, daß ein Null-Punkt abgleich, wie er bei bekannten Meßeinrichtungen erforderlich ist, nicht nötig ist.

030049/0081

Claims

* < I t t I all

• · · · I I I lit • t · « I ItO ···

I · · I I ' Φ

>»···« I I 1 J 1 ■ Il

H. 5 5 0 0 My 27.if.1979 A 39 R/Bn

ROBERT BOSCH GMBH, 7000 Stuttgart

■it
si;

Ansprüche

MJKach Kompensations verfahr en arbeitende Meßeinrichtung mit einem magnetischen Kreis zum Messen des in einer Primärwicklung fließenden Gleichstroms, mit einer wechselstromgespeisten Sekundärwicklung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Erzeugen eines die vom Gleichstrom (IM) im Magnetkreis (4) bewirkte Induktion kompensierenden einer Sekundärwicklung (20,3') zugeführten Kompensations-Gleichstroms (Ia, Ia1) vorgesehen ist, und daß der Kompensationsstrom als Maß für den Gleichstrom verwendet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Operationsverstärker (12) mit einem invertierenden und einem nicht-invertierenden Eingang vorgesehen ist, dessen einer Eingang über ein Integrierglied (11, 1Z₁.) mit dem Ausgang eines die wechselstromgespeiste Sekundärwicklung (3) speisenden Wechselstromgenerators (1), dessen anderer Eingang an Masse liegt, verbunden ist, daß der andere Eingang des Operationsverstärkers an Masse liegt, daß zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers und Masse eine weitere Sekundärwicklung (20) angeschlossen ist, in der der vom Operationsverstärker gelieferte Kompensationsstrom (Ia) fließt.

030049/0081

*· · · · t · » · IMl ft

• · <■· ··· tit

* · I I III II·

• »··> 1(1 III

• · · I I ι >

«'•«I· · t ^l ) 1 ι if

:i 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

:\ ein Operationsverstärker (12·) mit einem invertierenden ;| und einem nicht-invertierenden Eingang vorgesehen ist, dessen ι einer Eingang über ein Integrierglied (11, 14) mit dem Aus-A gang eines die wechselstromgespeiste Sekundärwicklung (3¹) ^! speisenden Wechselstromgenerators (1), dessen anderer Aus-■:- ) gang an Masse liegt, verbunden ist, daß der andere Eingang des Operationsverstärkers über einen ersten Widerstand (31) Λ mit dem Ausgang des Operationsverstärkers und über einen Ϊ zweiten Widerstand (32) mit Masse verbunden ist, daß der κ Ausgang des Operationsverstärkers über einen dritten Widerstand (33) mit dem Ausgang (Verbindungspunkt 9) des Generators (1) verbunden ist, daß das Verhältnis des ersten zum zweiten Widerstand gleich dem Verhältnis des dritten zu einem vierten Widerstand ist, wobei der vierte Widerstand der zwischen den Ausgang des Generators (1) und Masse in Serie zur Sekundärwicklung (3¹) wirksame Widerstand ist, und daß eine Vorrichtung (Widerstand 34) zur Ermittlung des in der Sekundärwicklung fließenden Kompensationsstroms (Ia1) vorgesehen ist.

4· Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis (4) Teil einer Strommeßzange ist.

030049/0081