DE663161C - Device for measuring direct current - Google Patents

Description

Vorrichtung zum Messen von Gleichstrom Das Patent 659 436 behandelt eine Vorrichtung zum Messen von Gleichstrom mit einem Magnetkreis, dessen Magnetisierung sowohl von dem zu messenden (primären) Gleichstrom als auch von dem Strom in einer Sekundärwicklung abhängt, und einer im :Magnetkreis der Sekundärwicklung bewegten Hilfswicklung mit dem .Merkmal, daß die Sekundärwicklung von der Hilfswicklung derart abhängig geschaltet ist, daß der durch die Hilfswicklung in der Sekundärwicklung verursachte Stromfluß eine Magnetisierung hervorruft, die der Magnetisierung durch den Primärstrom entgegengesetzt gerichtet ist und sie bis auf den Bruchteil aufhebt, der zur Erzeugung des Sekundärstromes notwendig ist. Vorzugsweise dient hier als Gleichstromübersetzer ein über das Meßinstrument geschlossener Hauptschlußgenerator, dessen Erregereisen von dem zu messenden primären Gleichstrom magnetisiert sind.Device for measuring direct current The patent 659 436 deals with a device for measuring direct current with a magnetic circuit, the magnetization of which depends both on the (primary) direct current to be measured and on the current in a secondary winding, and an auxiliary winding moved in the magnetic circuit of the secondary winding with the .Merkmal that the secondary winding is switched dependent on the auxiliary winding that the current flow caused by the auxiliary winding in the secondary winding causes a magnetization that is opposite to the magnetization by the primary current and cancels it except for the fraction that is needed to generate of the secondary current is necessary. A main circuit generator which is closed via the measuring instrument and whose excitation energy is magnetized by the primary direct current to be measured is preferably used as a direct current translator.

Erfindungsgemäß läßt sich eine derartige Gleichstrommeßvorrichtung dadurch vereinfachen und verbessern, daß in dem gemeinsamen Magnetkreis der Primär- und Sekundärwicklung ein Gleichstrommotoranker angeordnet wird, der von einer Hilfsspannung gespeist wird und unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer weiteren Gleichstrommaschine mit der Sekundärwicklung der Meßvorrichtung in Reihe.geschaltet ist. Die Stromaufnahme des Gleichstrommotorankers bzw. der Sekundärwicklung wird hierbei zur Messung benutzt. Gegenüber der Vorrichtung gemäß dem Hauptpatent ergibt sich der Vorteil, daß der dort benutzte Antriebsmotor für die Bewegung der Hilfswicklung in Fortfall kommt.According to the invention, such a direct current measuring device can be used thereby simplify and improve that in the common magnetic circuit of the primary and secondary winding a DC motor armature is arranged, which is powered by an auxiliary voltage is fed and directly or with the interposition of a further DC machine is in series with the secondary winding of the measuring device. The power consumption the DC motor armature or the secondary winding is used for the measurement. Compared to the device according to the main patent there is the advantage that the The drive motor used there for moving the auxiliary winding is no longer applicable.

Es ist zwar schon eine Gleichstrommeßvorrichtung bekanntgeworden, bei der im Luftspalt eines von dem zu messenden Gleichstrom und- eiher .weiteren Wicklung magnetisierten Eisenkörpers ein fremdgespeister drehbarer Anker gegebenenfalls in Form eines fremderregten Gleichstrommotorankers .angeordnet ist. Im Gegensatz zu der Erfindung wird die auf dem Eisenkörper befindliche Wicklung aber von einem Hilfsstrom erregt, der von einer Regeleinrichtung gesteuert wird, die je nach Überwiegen des vom Meßstrom oder des vorn Hilfsstrom erzeugten Flusses in der einen oder anderen Richtung von dem drehbaren Anker verstellt wird. Der Strom in der auf dem Eisenkörper befindlichen Wicklung wird nun so durch den regelbaren Widerstand verstellt, daß der durch den primären Gleich-. Strom hervorgerufene Magnetfluß im Eis@ri@@ körper völlig beseitigt wird, so daß im a' Beglichenen Zustand der Anker stillsteht uncsomit keine Verstellung der Regeleinrichtung mehr erfolgt. An einem vom Hilfsstrom durchflossenen Meßgerät kann dann die Größe des primären Gleichstromes abgelesen werden. Diese Einrichtung hat aber den Nachteil, daß bei ihr sowohl eine Über- wie eine Unterkompensation stattfinden kann, so daß der Fehler bei einem bestimmten Primärstrom sowohl positiv wie negativ sein kann. Während es sich bei der bekannten Meßeinrichtung um einen magnetischen Kompensator handelt, stellt die Einrichtung gemäß der Erfindung sozusagen einen Gleichstromwandler dar.A direct current measuring device has already become known, in the case of the one in the air gap of the direct current to be measured and others Winding of magnetized iron body, an externally powered rotatable armature if necessary in the form of a separately excited DC motor armature. is arranged. In contrast however, the winding located on the iron body becomes part of the invention Excited auxiliary current, which is controlled by a control device, depending on the predominance of the flow generated by the measuring current or the auxiliary current in one or the other Direction of the rotatable Anchor is adjusted. The current in the The winding located on the iron body is now controlled by the adjustable resistor adjusted that the primary equal-. Current induced magnetic flux in the Eis @ ri @@ body is completely eliminated, so that in a 'settled state the anchor comes to a standstill and therefore no further adjustment of the control device takes place. On one The measuring device through which the auxiliary current flows can then determine the size of the primary direct current can be read. This device has the disadvantage that it has both a Over- as an under-compensation can take place, so that the error in a certain Primary current can be both positive and negative. While the known The measuring device is a magnetic compensator according to the invention represents a direct current converter, so to speak.

In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestellt.In the figures are some embodiments according to the invention shown.

In der Abb. i ist wie bei den Ausführungsbeispielen des Hauptpatents der von dem zu messenden Gleichstrom durchflossene Leiter mit i i, der ihn umgebende Eisenkörper mit 12 und der in seinem Luftspalt angeordnete Anker mit 13, seine Bürsten mit @17 und 18 bezeichnet. An die Bürste 17 ist das eine Ende der um den Eisenkern 12 herumgelegten Erreger- und Sekundärwicklung ig angeschlossen, deren anderes Ende über das Meßinstrument 2o an dem einen Pol 21 einer Hilfsgleichspannungsquelle liegt. Der andere Pol 22 der Hilfsspannungsqüelle ist mit der Bürste 18 verbunden. Die Einrichtung arbeitet sozusagen als Hauptstrommotor. Der Strom der Erregerwicklung ig trachtet, das vom Primärstrom i r herrührende Feld aufzuheben. Die Drehzahl des Motorankers 13 stellt sich nun so ein, daß das Feld annähernd zu Null wird. Ändert sich der Primärstrom i i, so ändert sich das Feld und damit auch die Gegen-EMK des Ankers 13. Dies hat aber zur Folge, daß sich entsprechend auch der die Wicklung ig und den Anker 13 durchfließende Strom ändert. Denn dieser Sekundärstrom ist gleich der durch den gesamten Sekundärwiderstand dividierten Differenz zwischen der Hilfsspannung und der Ankerspannung. Es stellt sich somit stets ein Beharrungszustand ein, in dem der Primärstrom gleich dem mit einem Proportionalitätsfaktor multiplizierten Sekundärstrom ist. Dieser Proportionalitätsfaktor entspricht bei einem Primärleiter ungefähr der sekundären Windungszahl wie bei einem Wechselstromwandler. An dem Meßgerät 2o kann man also ablesen, wie groß der jeweils im Leiter ii fließende Gleichstrom ist. Beim Betrieb der Einrichtung nach der Erfindung kann der Motor zwei Drehrichtungen annehmen, welche der jeweiligen Richtung des Restfeldes entsprechen. Von diesen beiden 'Drehrichtungen tritt praktisch meist nur diejenige auf, die einem vom Sekundärstrom her-'rührenden Restfeld entspricht, während die Ankerdrehrichtung, die einem vom Primärstrom herrührenden Restfeld entspricht, gewissermaßen ein labiler Zustand ist, der bei einem Außerbetriebsetzen und normalem Inbetriebsetzen des Wandlers oder auch bei einem vorübergehenden Ausbleiben des Primärstromes sich in die stabilere Drehrichtung, die dem Sekündärrestfeld entspricht, umkehrt. Diese Verhältnisse werden klarer, wenn man sich die Vorgänge*bei Inbetriebsetzung des Apparates vergegenwärtigt: Zunächst sei angenommen, daß die Inbetriebsetzung erfolgt, während noch kein Primärstrom den Wandler durchfließt. Schaltet man dann die Fremdgleichspannung auf in Serie geschalteten Anker und Sekundärwicklung, so wird zunächst, um den Anlauf des Ankers zu ermöglichen, ein verhältnismäßig großer Strom die Sekundärwicklung durchfließen, d. h. das Restfeld wird eindeutig die Richtung des Sekundärstromes haben. Der Anker wird also in einer Drehrichtung anlaufen, die diesem Restfeld entspricht. Schon nach kurzer Zeit wird die Drehzahl des Ankers so hoch sein, daß sich seine Stromaufnahme und mithin der Sekundärstrom stark verringert, so daß er für die Messung bei richtiger Auslegung der Apparatur vernachlässigbar klein ist. Wird jetzt der Primärstrom eingeschaltet,* so wird sich nach dem vorher Gesagten sofort infolge des Sinkens der Anker-EMK ein größerer Sekundärstrom ergeben.In Fig. I, as in the embodiments of the main patent, the conductor through which the direct current to be measured flows is marked with ii, the iron body surrounding it with 12 and the armature arranged in its air gap with 13, its brushes with @ 17 and 18. One end of the excitation and secondary winding ig laid around the iron core 12 is connected to the brush 17, the other end of which is connected to the one pole 21 of an auxiliary DC voltage source via the measuring instrument 2o. The other pole 22 of the auxiliary voltage source is connected to the brush 18. The device works as a main current motor, so to speak. The current of the field winding ig seeks to cancel the field originating from the primary current ir. The speed of the motor armature 13 is now adjusted so that the field is approximately zero. If the primary current ii changes, the field and thus also the back EMF of the armature 13 changes. However, this has the consequence that the current flowing through the winding ig and the armature 13 also changes accordingly. This is because this secondary current is equal to the difference between the auxiliary voltage and the armature voltage divided by the total secondary resistance. A steady state therefore always arises in which the primary current is equal to the secondary current multiplied by a proportionality factor. In the case of a primary conductor, this proportionality factor corresponds approximately to the number of secondary turns as in an alternating current converter. On the measuring device 2o one can read off how large the direct current flowing in each case in the conductor ii is. When operating the device according to the invention, the motor can assume two directions of rotation, which correspond to the respective direction of the residual field. Of these two directions of rotation, mostly only the one that corresponds to a residual field originating from the secondary current occurs, while the armature direction of rotation, which corresponds to a residual field originating from the primary current, is to a certain extent an unstable state that occurs when the converter is shut down and started up normally or in the event of a temporary absence of the primary current, it reverses in the more stable direction of rotation, which corresponds to the secondary residual field. These relationships become clearer when one visualises the processes * when the apparatus was put into operation: First of all, it is assumed that the apparatus is put into operation while no primary current is flowing through the converter. If the external DC voltage is then switched to the armature and secondary winding connected in series, a relatively large current will initially flow through the secondary winding in order to enable the armature to start, i.e. the residual field will clearly have the direction of the secondary current. The armature will therefore run in a direction of rotation that corresponds to this residual field. After a short time, the speed of the armature will be so high that its current consumption and consequently the secondary current are greatly reduced, so that it is negligibly small for the measurement if the apparatus is correctly designed. If the primary current is now switched on, * according to what has been said above, a larger secondary current will result immediately as a result of the sinking of the armature EMF.

Auch bei Inbetriebsetzung des Wandlers bei bereits fließendem Primärstrom wird im Anlauf der von der Fremdstromquelle herrührende Sekundärstrom immer so groß sein, daß er multipliziert mit der Windungszahl der Sekundärwicklung größer als der Primärstrom ist, sofern die Hilfsgleichspannung so groß gewählt wurde, daß ein einwandfreier Betrieb des Wandlers möglich ist. Es wird also auch in diesem Falle sich eine Drehrichtung einstellen, die einem Restsekundärfeld entspricht.Even when the converter is started up when the primary current is already flowing the secondary current from the external power source is always so large during start-up be that it multiplied by the number of turns of the secondary winding is greater than the primary current is, provided that the auxiliary DC voltage was chosen so large that a perfect operation of the converter is possible. So it will be in this case too a direction of rotation is set that corresponds to a residual secondary field.

Die andere Drehrichtung, welche einem Restprimärfeld entspricht, läßt sich beispielsweise praktisch darstellen, wenn bei eingeschaltetem Primärstrom die Hilfsgleichspannung erst dann auf Anker und in Reihe geschaltete Sekundärwicklung gegeben wird, wenn der Anker durch eine fremde mechanische Kraft in der betreffenden Drehrichtung in Umdrehung versetzt ist. Schaltet man dann die Hilfsgleichspannung auf Anker und Sekundärwicklung, so kann kein Sekundärstrom mehr entstehen, welcher multipliziert mit der sekundären Windungszahl größer als der Primärstrom ist, und in diesem Falle wird der Anker die Drehrichtung, welche dem pri-' mären Restfeld entspricht, beibehalten, allerdings nur so lange, als der Primärstrom fließt. Bei Aufhören des Primärstromes wird kurzzeitig der Sekundärstrom stark ansteigen, die Drehrichtung des Ankers sich umkehren und sich der eingangs geschilderte Zustand mit sehr kleinem Sekundärstrom wieder einstellen.The other direction of rotation, which corresponds to a residual primary field, leaves present themselves in practice, for example, when the primary current is switched on Auxiliary DC voltage only then on armature and secondary winding connected in series is given when the anchor is affected by an external mechanical force Direction of rotation is offset in rotation. One switches then the auxiliary DC voltage on armature and secondary winding, secondary current can no longer arise, whichever multiplied by the secondary number of turns is greater than the primary current, and in this case the armature becomes the direction of rotation that corresponds to the primary residual field is maintained, but only as long as the primary current flows. at If the primary current ceases, the secondary current will briefly rise sharply The direction of rotation of the armature is reversed and the condition described above changes set again with a very small secondary current.

Die Genauigkeit der Einrichtung ist bei beiden Drehrichtungen praktisch gleich groß. In der Praxis wird man jedoch die stabile Drehrichtung, welche dem sekundären Restfeld entspricht, bevorzugen.The accuracy of the device is practical in both directions of rotation same size. In practice, however, you will use the stable direction of rotation, which the secondary residual field, prefer.

Als Hilfsspannungsquelle 21, 22 kann irgendeine beliebige fremde Gleichspannungsquelle oder aber auch die den zu messenden Gleichstrom hervorrufende Gleichspannungsquelle oder eine von ihr abhängige Gleichspannung verwendet werden. Benutzt man eine von dem zu messenden Gleichstrom abhängige Spannung, z. B. den Spannungsabfall an einer von ihm durchflossenen Stromschiene, so ergibt sich der Vorteil, daß bei Umkehr der Stromrichtung in dem Gleichstromleiter i i sich gleichzeitig auch selbsttätig die Hilfsspannungsquelle umpolt.Any external DC voltage source can be used as the auxiliary voltage source 21, 22 or also the direct voltage source causing the direct current to be measured or a DC voltage dependent on it can be used. If you use one of voltage dependent on the direct current to be measured, e.g. B. the voltage drop on a busbar traversed by it, there is the advantage that when reversing the direction of current in the direct current conductor i i is also automatic at the same time reverses the polarity of the auxiliary voltage source.

Die Abb. 2 und 3 zeigen Isaskadenschaltungen des Gleichstromübersetzers gemäß der Erfindung. In der Schaltung nach Abb.2 liegt an der Hilfsspannungsquelle 2i, 22 in Reihe mit der Wicklung des Motorankers 13 die Erregerwicklung 23 eines zweiten Ankers 24, der wie beim Hauptpatent als Generator arbeitet und von einem Hilfsmotor 25 angetrieben wird. Die Bürsten des Ankers 24 sind mit der Sekundärwicklung i9 und dem Meßgerät 2o in Reihe geschaltet.Figs. 2 and 3 show the cascade connections of the direct current converter according to the invention. In the circuit according to Fig. 2 there is an auxiliary voltage source 2i, 22 in series with the winding of the motor armature 13, the excitation winding 23 of a second armature 24, which works as a generator as in the main patent and from one Auxiliary motor 25 is driven. The brushes of the armature 24 are with the secondary winding i9 and the measuring device 2o connected in series.

Bei der in Abb. 3 dargestellten Schaltung arbeitet der zweite Anker 24 ebenso wie der Anker 13 als Motor und liegt in Reihe mit der Sekundärwicklung i9 und dem Meßgerät 2o an der Hilf sspannungsquelle 21, 22, an die wieder der Anker 13 und die Erregerwicklung 23 des Ankers 24 in Reihe angeschlossen sind.In the circuit shown in Fig. 3, the second armature works 24 as well as the armature 13 as a motor and is in series with the secondary winding i9 and the measuring device 2o at the auxiliary svoltage source 21, 22, to which the armature again 13 and the excitation winding 23 of the armature 24 are connected in series.

Claims (7)

PA TENTANSPRÜCIIE: i. Vorrichtung zum Messen von Gleichstrom nach Patent 659 436, dadurch gekennzeichnet, daß sich in dem gemeinsamen Magnetkreis der Primär- und Sekundärwicklung ein Gleichstrommotoranker befindet, der von einer Hilfsspä,nnung gespeist wird und unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer weiteren Gleichstrommaschine mit der Sekundärwicklung der Meßvorrichtung in Reihe geschaltet ist. PA TENTANSPRÜCIIE: i. Device for measuring direct current according to Patent 659,436, characterized in that in the common magnetic circuit the primary and secondary winding is a DC motor armature, which is from a Auxiliary voltage is fed and directly or with the interposition of a further DC machine in series with the secondary winding of the measuring device is switched. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärwicklung in Reihe mit den Bürsten des Gleichstrommotorankers und dem Meßgerät an die Hilfsstromquelle angeschlossen ist. 2. Apparatus according to claim i, characterized in that the Secondary winding in series with the DC motor armature brushes and the meter is connected to the auxiliary power source. 3. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Wicklung des Gleichstrommotorankers die Erregerwicklung eines weiteren Gleichstromankers an der Hilfsstromquelle liegt, dessen Ankerbürsten mit der Sekundärwicklung und den Meßgeräten in Reihe geschaltet sind. 3. Apparatus according to claim i, characterized characterized in that the excitation winding is in series with the winding of the DC motor armature Another DC armature is connected to the auxiliary power source, whose armature brushes are connected in series with the secondary winding and the measuring devices. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichstromanker, von einem Hilfsmotor angetrieben, als Generator arbeitet. 4. Device according to claim 3, characterized in that the second direct current armature, from one Auxiliary engine driven, works as a generator. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gleichstromanker als Motor arbeitet und in Reihe mit der Sekundärwicklung an die Hilfsstromquelle angeschlossen ist. 5. Apparatus according to claim 3, characterized in that the second DC armature works as a motor and in Series with the secondary winding is connected to the auxiliary power source. 6. Vorrichtung nach Anspruch i oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstromquelle die den zu messenden Gleichstrom hervorrufende Gleichspannung oder eine von ihr abhängige Gleichspannung verwendet wird. 6. Device according to claim i or one of the following claims, characterized in that as an auxiliary power source, the DC voltage causing the DC current to be measured or a DC voltage dependent on it is used. 7. Vorrichtung nach Anspruch i oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstromquelle eine von dem zu messenden Gleichstrom abhängige Spannung, vorzugsweise der Spannungsabfall an einer von ihm durchflossenen Stromschiene, verwendet wird.7. Apparatus according to claim i or following, characterized in that one of the auxiliary power source DC-dependent voltage to be measured, preferably the voltage drop a busbar through which it flows.