DE611289C - Einrichtung zum Messen von Gleichstroemen - Google Patents

Einrichtung zum Messen von Gleichstroemen

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DE611289C
DE611289C DEA63996D DEA0063996D DE611289C DE 611289 C DE611289 C DE 611289C DE A63996 D DEA63996 D DE A63996D DE A0063996 D DEA0063996 D DE A0063996D DE 611289 C DE611289 C DE 611289C
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DE
Germany
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armature
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Expired
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DEA63996D
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English (en)
Inventor
Dipl-Ing Waldemar Brueckel
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/18Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers
    • G01R15/183Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core
    • G01R15/185Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using inductive devices, e.g. transformers using transformers with a magnetic core with compensation or feedback windings or interacting coils, e.g. 0-flux sensors

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

  • Einrichtung zum Messen von Gleichströmen Zum Messen von Gleichströmen ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher um den Leiter, der den zu messenden Gleichstrom führt, ein Eisenring gelegt ist, der einen Luftspalt besitzt, in welchem sich ein permanent magnetisierter oder aus Weicheisen bestehender und in diesem Falle mit einer Wicklung versehener Anker befindet. Der Eisenring trägt eine Kompensationswicklung, deren Strom mit Hilfe von zwei vom Anker gesteuerten Kontakten über einen Servomotor so beeinflußt wird, daß der seitens des Primärleiters in dem Eisenring erzeugte Fluß von dem durch hie Kompensationswicklung erzeugten gerade aufgehoben wird. Der Kompensationsstrom ist demgemäß :dem zu messenden Strome proportional und wird in einem Anzelgeinstrument gemessen.
  • Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß eine zeitrichtige und formgetreue Nachbildung des zu messenden Stromes durch den Kompensationsstrom nicht möglich ist. Einmal wird bei dieser Einrichtung, bei der im Kompensationskreis durch den Servomotor ein Widerstand verstellt wird, eine Verstellung -des Stromes nur stufenweise vorgenommen, vor allen Dingen aber mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung. Wenn man daher den Stromverlauf im 1VIeßleiter bei der bekannten Einrichtung mit dem Stromverlauf im Anzeigemeßgerät vergleicht, so ergeben sich verhältnismäßig große Abweichungen. Außerdem besitzt diese Einrichtung noch den Nachteil, daß sich bei hohen Überströmen in dem Leiter, dessen Stromstärke gemessen werden soll, der permanent magnetisierte Anker im Luftspalt des Eisenringes entmägnetisiert, so daß die Meßeinrichtun:g unbrauchbar ,gemacht wird.
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der bekannten Einrichtung, und zwar soll eine Verbesserung der Anzeigegenauigkeit und eine Erhöhung ihrer Widerstandsfähigkeit gegen Überströme nach der Erfindung dadurch erzielt werden, daß die Größe des Hilfsstromes durch einen ständig spielenden, vom Anker gesteuerten Kontakt eingeregelt wird, derart, daß die Öffnungs- und Schließungszeiten das Maß für die Größe des Hilfsstromes bilden, dessen Mittelwert in einem Anzeigemeßgerät gemessen wird; dabei ist die Anordnung so getroffen, daß der Anker aus Weicheisen besteht und sich im Felde einer besonderen feststehenden Spule befindet.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispi.eles näher erläutert. Die Abb. i .der Zeichnung zeigt die Anordnung in schematischer Darstellung, Abb.2 den Verlauf der in der Koinpen.sationswicklung wirksamen Ströme.
  • In Abb. i bedeutet io den Querschnitt des Leiters, welcher den zu messenden Strom führt, i i die Kompensationswicklung, 12- den Eisenring, in dessen Luftspalt sich der Weicheisenanker 13 befindet; mit 14 ist die feststehende Hilfsspule zur Magnetisierung des Ankers 13 bezeichnet, mit 15 die vam Anker gesteuerte Kontaktvorrichtung; 16 ist ein Kondensator, 17 ein Widerstand und 18 eine Drosselspule, welch letztere gegebenenfalls auch fortgelassen werden kann, wenn die Kompensationswicklung i i eine ausreichende Induktivität besitzt. Auf den Anker 13 wirkt eine Spiralfeder 19 mit einem gegebenen konstantenDrehmoment ein. Das Anzeigeinstrument, das mit 2o bezeichnet ist, liegt ebenfalls im Kreise der Kompensationswicklung.
  • Der Anker 13 steht demnach unter der Einwirkung dreier Drehmomente. Das erste Drehmoment :entsteht dadurch, daß auf den von der Spule 14 magnetisierten Anker 13 der von dem Primärleiter 1o herrührende Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment möge im Sinne der Schließung,des Kontaktes 15 wirken. Das zweite Drehmoment rührt davon her, .daß auf den Anker 13 auch der von der Kompensationswicklung i i herrührende Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment wirke im Sinne der Öffnung des Kontaktes 15. Das dritte Drehmoment endlich, welches von der Spiralfeder 19 geliefert wird, möge ebenfalls im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung 15 wirksam sein. Der Verlauf :des Stromes i in der Kompensationswicklung in Abhängigkeit von der Zeit t und die Bewegungsvorgänge .des -Ankers seien nun an Hand der Abb. 2 erläutert. Angenommen, die Kontaktvorrichtung 15 sei geschlossen, der Strom in der Kompensationswicklung sei jedoch Null. Dieser muß :dann nach einer Kurve ansteigen, deren Anfangstangente durch die Induktivität 18 bzw. die Induktiv ität der Wicklungen 11 und 14 und durch den Gesamtwiderstand des Kompensationskreises gegeben ist und die einem -Endwert zustrebt, welcher lediglich von dem Gesamtwiderstand des Kompensationskreises und von d .er Höhe der den Kompensationskreis speisenden Gleichspannung abhängt. Diese Kurve ist in Abb. - mit A bezeichnet. In die Abb. ä ist außerdem eine waagerechte Linie 19 eingezeichnet, deren Abstand von der Abszissenachse dem Drehmoment ider Spiralfeder 19, und eine waagerechte Linie io, deren Abstand von der Linie 19 :dem von dem Primärleiter herrührenden Drehmoment auf den Anker proportional ist. Noch bevor der Endwert der Kurve A erreicht wird, werde die Linie io überschritten. Es überwiegt demnach nunmehr das im Sinne der Kontaktöffnung wirkende Drehmoment die beiden Im Sinne der Kontaktschließung wirkenden. Die Kontaktvorrichtung 15 öffnet sich also, so daß in den Kompensationsstromkreis der ungeladene Kondensator 16 eingeschaltet wird. Dieser Kondensator wird nun auf die Spannung der den Kompensationskreis spe.is@6nden Gleichstromquelle aufgeladen, der dabei fließende Strom wird in dem Maße abnehmen, in welchem die zunehmende Ladung des Kondensators 16 eine Gegenspannung zu der Gleichstromquelle bildet. Der nach der Kontaktöffnung fließende Strom ist in der Abb. 2 mit B bezeichnet. Sobald der Strom die Linie io unterschreitet, überwiegen wieder die beiden im Sinne der Kontaktschließung wirkenden Drehmomente. Die Kontaktvorrichtung 15 wird also wieder geschlossen, so daß der Strom ,im Kompensationskreis wieder nach der Kurve A ansteigt. Sofort nach der Kontaktschließung entlädt sich der Kondensator 16 über den Widerstand 17, so daß bei der nächsten Kontaktöffnung wieder der ungeladene Kondensator in den Kompensationskreis eingeschaltet wird. In dieser Weise pendelt der Kompensationsstrom um einen Wert, welcher dem in dem Primärleiter io fließenden Strom entspricht; dieser Kompensationsstrom kann im Instrument 2o abgelesen werden. Wird der Primärstrom Null, so wird der Kompensationsstrom ,auf einen dem Drehmoment der Spiralfeder 19 entsprechenden Betrag eingeregelt. Das Anzeigeinstrument kann durch eine Vorspannung seiner Spiralfeder dabei leicht so eingerichtet werden, daß es bei diesem Werte des Kompensationsstromes den Ausschlag Null zeigt.
  • Es läßt sich zeigen, daß der Kompensationsstrom dem in dem Primärleiter io fließenden Ström mit großer Annäherung proportional ist. Diese Betrachtung sei für den allgemeineren Fall durchgeführt, daß der Primärleiter io in mehreren Windungen um,das Eisenjoch 12herumgeführtsei. EinederartigeAnordnung wird verwendet werden, wenn die neueEinrichtung zur Messung der Höhe einer Gleichspannung dienen soll. Der Primärstrom sei mit Ji, die Windungszahl der Primärwicklung mit w1, der Kompensationsstrom mit T2, die Windungszahl der Kompensationswicklung mit w2 und die Windungszahl der Wicklung 14 mit w3 bezeichnet. Das Drehmoment der Spiralfeder 19 sei 1?. Nach den oben gemachten Voraussetzungen wirkt im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung 15 das Drehmoment D und das von dem Primärleiter im Zusammenhang mit dem Strom in der Wicklung 14 erzeugte Drehmoment, welches der Größe w1, l1, w3, T2 proportional ist. Im Sinne der Kontaktöffnung wirkt das Drehmoment der Kompensationswicklung, welches dem Strom in der Wicklung 14 und seiner Windungäz:ahl zvg und dem Strom in der Kompensationswicklung i i und der Windungszahl w2 proportional ist, also ein Drehmoment von der Größe w2, w3, J-,. Es gilt demgemäß die Gleichung D+wi1iwsT2 -w"w;@I2. Eine Umformung dieser Gleichung ergibt Hieraus ist zu ersehen, daß der Kompensationsstrom 12 dem Strom 11 im Primärleiter proportional ist bis auf ein Glied, welches seinerseits von dem Strom 12 umgekehrt proportional abhängt. Dieses ist jedoch dem Drehmoment D linear proportional und kann, da -über das Drehmoment der Feder i9 frei verfügt werden kann, .in allen praktisch vorkommenden Fällen genügend klein gemacht werden.
  • Wenn bei einer derartigen Einrichtung durch einen besonders hohen Stromstoß in dem Primärleiter io der Anker 13 kurzzeitig entmagnetisiert wird, stellt sich sofort nach Verschwinden des Überstromes unter der Einwirkung der Spule 14 die normale Magnetisieru.ng des Ankers ein.
  • Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß der Kompensationsstrom bei Änderungen des Stromes im Primärleiter sich sehr viel schneller auf einen dem neuen Primärstrom entsprechenden Betrag einstellt, als dies bei der bekannten Einrichtung wegen .des langsam arbeitenden Servomotors der Fall ist; infolgedessen zeigt auch ein Amperestun@d-enzähler, der mit dem Anzeigeinstrument in Reihe geschaltet werden kann, das Zeitintregal des in dem Primärleiter fließenden Stromes mit viel höherer Genauigkeit an als bei der bekannten Einrichtung.
  • Die beschriebene Einrichtung ist gegenüber der bekannten auch noch mit Rücksicht auf die Hystereseeigenschaften des Eisenjoches i2 im Vorteil. Der Kompensationsstrom besteht nämlich, wie aus Abb.2 hervorgeht, aus einem Gleichstromanteil, welcher dem jeweiligen Wert des Primärstromes entspricht, und aus einem überlagerten Wechselstromanteil von dreieckiger Kurvenform. Dieser Wechselstromanteil bewirkt, daß der Arbeitspunkt auf der Hysteresiskurve des im Joch 12 verwendeten Eisens zwischen dem aufsteigenden und absteigenden Ast hin und her läuft; die bei der bekannten Einrichtung durch die endliche Breite der Hysteresiskurve möglichen Fehler werden also 'vermieden.
  • Die Einrichtung kann auch derart getroffen werden, .daß der Kompensationsstrom nicht über die den Anker magnetisierende Wicklung 14 geleitet wird, sondern daß nur die Kompensationswicklung i i, die Kontaktvorrichtung 13 und das Anzeigeinstrument 2o im Kompensationskreise liegen. Die Wicklung 14 wird dann an eine besondere Spannungsquelle angeschlossen, de einen konstanten Strom liefert. Gegebenenfalls kann die Wicklung 14 etwa unter Vorschaltung eines Eisenwasserstoffwderstandes parallel zu dem Kompensationskreise an dieselbe Stromquelle angeschlossen werden, welche den Kompensationskreis speist.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Messen von Gleichströmen, bei welcher sich in einem Luftspalt eines den zu-messenden Strom umschließenden Eisenringes ein mit einer Kontaktvorrichtung ausgerüsteter, dem Feld des zu messenden Stromes unterliegender beweglicher Weicheisenanker im Felde einer besonderen Spule befindet, der außerdem noch durch einen Hilfsstrom, welcher durch eine auf dem Eisenring angeordnete Kompensationswicklung geleitet ist, beeinflußt wird, dadurch gekennzeichnet"daß die Größe des Hilfsstromes durch den ständig spielenden, vom Anker gesteuerten Kontakt eingeregelt wird, derart, daß die Öffnungs- und Schließungszeiten das Maß für die Größe des Hilfsstromes bilden,dessen Mittelwert in einem Anzeigemeßgerät gemessen wird.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Ankerwicklung (14) an eine besondere, einen konstanten Strom liefernde Stromquelle angeschlossen ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, d.aß die feststehende Ankerwicklung (14) mit der Kompensationswicklung (ii) in Reihe geschaltet ist.
DEA63996D 1931-11-04 1931-11-04 Einrichtung zum Messen von Gleichstroemen Expired DE611289C (de)

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