DK147215B - Stroemmaaleapparat - Google Patents

Description

, 147215

Den foreliggende opfindelse angår et strømmåleapparat, især til anvendelse som et jordslutningsstrømdetekteringssy-· stem, og omfattende en blødjernsmagnetisk kreds forsynet med en eller flere primære viklinger, der gennemstrømmes af en strøm, der skal måles, eller af strømme, hvis difference eller sum skal detekteres, og et serieforbundet kredsløb omfattende en sekundær vikling i den blødjernsmagnetiske kreds, en elektrisk strømkilde, et omskiftningsorgan til ændring af polariteten fra strømkilden til sekundærviklingen når strømmen gennem viklingen har nået en forudbestemt grænseværdi, og en belastningsimpedans, der er indrettet til at integrere strømmen, som passerer det serieforbundne kredsløb, idet omskiftningsorganet omfatter en brokreds med fire transistorer, der parvis er ledende og den sekundære vikling er serieforbundet med belastningsimpedansen over to modsatte hjørner af brokredsen.

Som det er beskrevet i USA-patentskrift nr. 3.768.011 i spalte 6, linie 6-12 udviser et sådant strømmålesystem udelukkende bestemt til måling af en jævnstrøm en sådan positiv tilbagekoblingseffekt, at den medfører, at et hvilket som helst asymmetrisk fænomen, der optræder i systemet opforstærkes i en sådan udstrækning, at størrelsen af belastningsimpedansen anvendt i systemet må begrænses, hvilket medfører en uønsket begrænsning af den forhåndenværende udgangsspænding. Sådanne asymmetri-fænomener kan navnlig optræde, når som resultat af en yderst langsom kommutering eller ændring af polariteten af spændingen, der er tilført af energikilden til sekundærviklingen, kredsløbselementernes parametre, navnlig transistorernes anvendt i kreds— løbsanordningen har tendens til at spille en for betydelig rolle ved kommuteringen.

Den foreliggende opfindelse har til formål at tilvejebringe den forbedring i denne henseende og at tilvejebringe et strømmålesystem af den ovenfor nævnte type beregnet til måling af både jævnstrøm og vekselstrøm, hvor der til at opnå en udgangsspænding med passende værdi kan anvendes en belastningsimpedans af relativ høj størrelse, uden at der foreligger risiko for uønskede asymmetrifænomener.

Et strømmålesystem af den nævnte art er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at brokredsen strømfødes via en strømbegrænsningskreds, ved hjælp af hvilken overskridelse af en grænseværdi af strømmen, der tilføres et transistorpar af brokredsen 2 147215 fører til en ikke-ledende tilstand af vedkommende transistorpar, idet strømbegrænsningskredsen er således udformet, at spændingen til transistorernes emittere aftager brat, når strømmen i strømbegrænsningskredsen overstiger den forudbestemte grænseværdi. Som følge af denne foranstaltning er det tilsigtet, at kredsløbselementernes arbejdsparametre ikke på uheldig måde vil påvirke symmetrien, der er opnået ved polaritetsændringen af spændingen, der er indført fra energikilden til sekundærviklingen.

Begrænserkredsløbet kan være udformet ved hjælp af et strømspejlende kredsløb med en strømmålemodstand, hvis modstandsværdi bestemmer strømgrænseværdien. I dette tilfælde kan der opnås et endnu mere brat fald i spændingen, det vil sige i overensstemmelse med en karakteristikkurve med en negativ hældende del, ved hjælp af at forbinde strømmålemodstanden i parallel med serieforbindelse af en anden modstand og emitter-kollektor-kredsen hørende til en transistor, hvis basis er fastholdt på energiforsyningsspændingens potential, således at strømgrænseværdien er bestemt af den resulterende modstands værdi hidrørende fra parallel forbindelsen af de to modstande, hvorimod faldet i spænding indtræffer i forbindelse med en spænding/strøm karakteristik-kurve, der har et kurvestykke med negativ modstandsværdi. En sådan karakteristikkurve kan vælges, således at indvirkningen fra alle yderligere modstandskomponenter som dem, der udgøres af transistorernes basekredsløb i brokredsløbet og udgangsimpedansen af det strømreflekterende kredsløb, i det mindste er fjernede.

Som angivet ovenfor er trinnene nævnt i det foregående bestemt til at tilvejebringe et brat fald i spændingen med henblik på på denne måde at tilsikre, at de anvendte kredsløbselementers arbejdsparametre ikke på uheldig måde vil indvirke på symmetrien, som er opnået ved omskiftningen af polariteten af spændingen, der er tilført fra energikilden til sekundærviklingen. De strenge krav til symmetrien til gunst for detekteringsfølsomheden medfører imidlertid ofte, at den magnetiske kreds skal mættes, således at remanent fluks, hvis der er nogen, er fuldkommen fjernet. Den til dette formål relativt høje spidsstrøm stiller imidlertid strenge krav til den overførte spænding fra de transistorer, der tjener som kredsløbselementer i kredsløbet, der danner en differentialforstærker eller et brokredsløb. Forskellene i mætningsspændinger imellem transistorerne, der er anvendt, vil resultere i asymmetri af polaritetsændringen.

3 14721 δ

Det er derfor hensigsmæssigt at konstruere det strømmålende system således, at der til den spænding, der overføres af kredsløbstransistorerne, ikke stilles særlige krav.

Med henblik herpå foreslås det ifølge opfindelsen at forbinde en kondensator i parallel med i det mindste en af viklingerne hørende til den magnetiske kreds, idet størrelsen af denne kondensator fortrinsvis er en sådan, at når den magnetiske kreds nærmer sig mættet tilstand, kan der tilføres en sådan spids strøm, at den sammen med den tilhørende vikling frembringer en øjeblikkelig feltstyrke, der i det mindste svarer til den magnetiske kreds' mætningsinduktion. En sådan foranstaltning tillader, at spidsstrømmen passerer udenom kredsløbstransistorerne. Hvis f.eks. en kondensator er forbundet i parallel med den magnetiske kreds' sekundære vikling, vil der indtræde en avalanche-lignende afladning af kondensatoren ved begyndelsen af faldet i spænding over sekundærviklingen. Der er da opnået en tilfredsstillende reproducerbar kommutering eller polaritetsomskiftning, eftersom en del af den magnetiske energi er koblet tilbage til kondensatoren som elektrisk energi. Som følge heraf skifter spændingen på kondensatoren polaritet.

5!om fordele ved disse foranstaltninger ved opfindelsen kan anføres: 1. Ved hver kommutering er spidsstrømmen tilført uforandret, uafhængigt af omskiftningstransistorerne, fra den samme komponent, det vil sige fra kondensatoren.

2. Spændingsændringshastigheden er begrænset, således at faren for radiofrekvensforstyrrende udstråling er betydeligt reduceret.

3. Risikoen for at en relativ høj-frekvens, primær strøm forstyrrer den rette fungeren af kredsløbet er aftaget.

4. Det er ikke nødvendigt, at energiforsynende udstyr skal være i stand til at levere forbigående høje strømme.

Kondensatorens kapacitet kan bestemmes på følgende måde ud fra mængden af energi, der er nødvendig til dannelse af den yderligere magnetiske fluks: 2 f2

h ‘ C * D* = V J H* dB

B1 4 147215 hvor C = kapaciteten, U = spidsspændingen ved kondensatoren,

Vy= jernvolumenet af en ringkærne, H = magnetiske feltstyrke, B = magnetisk induktion.

Strømmålesystemet ifølge opfindelsen er egnet til brug på forskellige måder. Når det anvendes som strømmålesystem med en lineær overføringskarakteristik, hvor der er opnået et måleeller kontrolsignal med en størrelse, der er proportional med størrelsen af primærstrømmen, der måles, kan systemet udformet ifølge den foreliggende opfindelse fordelagtigt være forbundet med et triggerkredsløb reagerende på signalværdien over den integrerende belastningsimpedans eller med en energiudløsende kreds af en anden type og fungerende ifølge den aktive strøms princip. Anvendelse af en særskilt kreds af den sidstnævnte type er overflødig ifølge opfindelsen, når belastningsimpedansen hørende til det strømmålende system direkte udgøres af en aktiv funktion fremkaldende spole i et apparat f.eks. afbryderspolen i en jordslutningsbeskyttelsesafbryder .

Når systemet er anvendt som et detekteringssystem med to adskilte detekteringstilstande, er det hensigtsmæssigt at anvende en bærebølgedetektor, der reagerer på en frembragt multi-vibratorspænding, idet udgangsspændingen tjener til at styre et funktionsudløsende organ, som fungerer ifølge tomgangsstrømsprincippet. Denne anvendelse giver mulighed for tilvejebringelse af en såkaldt "fejlbeskyttelses"-struktur i et system, der vil blive beskrevet senere. Sluttelig er det ifølge opfindelsen i nogle tilfælde hensigtsmæssigt at dimensionere det bistabile, elektroniske kredsløb således, at det ydermere reagerer på den vekselstrøm, der strømmer igennem den primære stødstrømsimpedans som følge af vekselspændingen, der af kredsløbet er induceret i den primære vikling, således at en størrelsesformindskelse af denne stødstrømsimpedans under en given tærskelværdi er detekteret.

Den foreliggende opfindelse beskrives i det følgende nærmere under henvisning til tegningen, der beskriver nogle enkelte mulige udformninger ifølge opfindelsen, idet på tegningen fig. 1 viser et principdiagram for et strømmålesystem ifølge opfindelsen; 147215 5 fig. 2 viser et diagram af en udformning ifølge opfindelsen, navnlig bestemt til at fungere som et jordslutningsdetekteringssystem indbefattet i eller som tilbehør til jordslutningsbeskyttelsesafbryder ; fig. 3 viser et diagram af en variant af udformningen vist på fig. 2; fig. 4a og 4b viser det fundamentale diagram og spæn-dings/strømkarakteristikkurver for en første udformning af strømbegrænsningskredsløbet ifølge diagrammet vist på fig. 3* fig. 5a og 5b viser det fundamentale diagram og spæn-dings/strøm-karakteristikkurver respektive for en anden udformning af strømbegrænsningskredsløbet ifølge diagrammet vist på fig. 3; og fig. 6 viser et principdiagram svarende til udformningen angivet på diagrammet ifølge fig. 1 for et strømmålesystem, hvor der er forbundet en kondensator i parallel med den magnetiske kreds' sekundære vikling.

Et fundamentaldiagram for et strømmålesystem udformet ifølge opfindelsen er vist på fig. 1 og omfatter to jævnspændings-kilder og U2 med relativt ens spændinger forbundet i serier med hinanden i den ene ende og f bundet til jord ved forbindelsespunktet 1. Spændingskilderne U1 og U2's anden ende er forbundet til respektivt faste klemmer 2 og 3, som sammen med en bevægelig kontaktarm 4 og en funktionudløsende vikling 5 til styring af kontaktarmen 4 udgør de vigtigste dele i et relæ, der reagerer ved overskridelse af en strømgrænseværdi og herved tjener som et omskiftningsorgan.

Imellem den bevægelige kontaktarm 4 og magnetiserings·^ viklingen 5 er der indskudt en sekundær vikling W2 på en transformator 6 med en kærne 7 af blødt magnetisk materiale, hvorpå der udover en enkelt sekundær vikling W2 er viklet en primær vikling .

Primærviklingen udgør på det fundamentale diagram vist på fig. 1 en eller flere, som det passer i tilfældet, adskilte primære viklinger, der hver kan være forbundet i serie med lederne på et på fig. 1 ikke vist enfaset eller flerfaset net. Det antages, at der igennem viklingen passerer den vektorielle sum af strømmene flydende igennem sådanne netledere. Denne vektorielle 6 147215 sum vil herefter blive betegnet "primær" strøm eller strømmen "der skal måles".

Seriestrømkredsene fra spændingskilderne og U2's endepunkt 1 via relækontakter 2,3 og 4, sekundærviklingen W2 til relæmagnetiseringsviklingen 5 er jordet via en belastningsimpedans 8, der er af den integrerende type og kan udgøres af parallelforbindelsen af en modstand og en kondensator. Udgangsspændingen, der frembringes over denne impedans, er tilstede over udgangsklemmer 10 og kan som et målesignal være ført til et måleinstrument, der ikke er vist, eller hvis nødvendigt respektivt til forstærkning eller respektivt til en anden form for bearbejdning, såsom et kontrol- eller afbrydersignal til et eller andet operativt apparat, såsom en jordslutningsbeskyttelsesafbryder eller signalapparat.

Systemet, der er vist på fig. 1, fungerer på følgende måde.

Magnetiseringsviklingen 5 er dimensioneret således, at den bevægelige relækontakt 4 omskiftes så snart som strømmen, der flyder igennem sekundærviklingen W2, i den ene eller den anden retning når en forudbestemt grænseværdi i^. Denne grænseværdi i^ skal kun vælges til at være så høj, at kærnen 7 er drevet helt ind i en magnetisk mættet tilstand. Som anført ovenfor afhænger dette valg af systemets ønskede data vedrørende linearitet, følsomhed og reproducerbarhed.

Hvis der ikke løber nogen strøm igennem primærviklingen W^,er strømmen im igennem transformatorens 6 sekundære vikling W2 en ren vekselstrøm, således at gennemsnitsværdien af denne strøm målt ved integration over en hel periode af spændingen over belastningsimpedansen 8 er lig med nul. I dette tilfaside optræder der ingen spasnding over udgangsklemmerne 10. Afbrydelsesfrekvensen er bestemt af antallet af volt x sekunder, som sekundærviklingen W2 er i stand til at absorbere, før strømmen im når den forudbestemte grænseværdi i^. Under alle omstændigheder er en væsentlig højere værdi valgt for omskiftningsfrekvensen, end den frekvens, der for det meste skal måles, således at en hvilken som helst strøm, der flyder igennem primærviklingen W·^, der i sig selv også må indbefatte en reel jævnstrømskomposant som følge af den nuværende hyppige anvendelse af halvlederelemen-ter, øjensynligt vil have natur af en jævnstrømskomposant og må 147215 7 betragtes som sådan over enhver periode af omskiftningsfrekvensen, eftersom systemet reagerer på den øjeblikkelige værdi af strømmen, der skal måles.

Hvis der som følge af en jordslutning i et praktisk system eller af et eller andet fænomen,der skal detekteres, en tilsyneladende eller en virkelig jævnstrøm begynder at strømme igennem primærviklingen W^, vil kærnens 7 magnetiseringstilstand ændres således, at strømmen im mister sin originale symmetriske natur, idet strømmens gennemsnitsværdi da varierer i en udstrækning, der er således, at middelværdien af den resterende fluks i kærnen 7 forbliver nul. Eftersom middelværdien af strømmen, der frembringer en spænding over udgangsklemmerne 10, som følge af integration af f.eks. impedansen 8, udviser enten lineær sammenhæng med middelværdien af den primære eller jordslutningsstrømmen igennem viklingen W^, vil spændingen, der fremkommer over udgangsklemmerne 10, være et mål for den primære eller jordslutningsstrømmen og kan anvendes på den ovenfor beskrevne måde som et målesignal eller som et kontrolsignal til beskyttelsesbrug.

På fig. 2 er vist en foretrukken udformning ifølge opfindelsen navnlig egnet til brug ved eller anvendelse i en jordslutningsbeskyttelsesafbryder .Diagrammet, der er vist på fig. 3, kan opdeles i følgende hoveddele: - en energiforsyningsdel, der er tilsluttet til nettet og er angivet med punkteret streg som enhed ly - en multivibratorkreds, der er energiforsynet fra delen I og er vist integreret her med punkteret streg som enhed II, hvortil der er forbundet serieforbindelsen af sekundær transformatorvikling W2 og den integrerende belastningsimpedans 8, 9, som udgøres af en modstand 8 og en kondensator i parallel: - en udvurderings- eller funktionsudløsningskreds III, som følger efter multivibratorkredsen II og er udvalgt i overensstemmelse med den ønskede detektering eller måling, og hvilken kreds kan have karakter af en såkaldt "trigger-kreds" 26; - en afbryderspole 27 egnet til at blive magnetiseret af den funktionsudløsende kreds III og er tilsluttet en jordslutningsbeskyttelsesafbryder, som ikke er vist detaljeret på tegningen.

Energiforsyningsdelen I omfatter indgangsklemmer 15 og 8 147215 16 for tilkobling til nettet, der ikke er vist, seriekombinatio-nen af en kompensator 17 og en modstand 18, en ensretterkreds 19 i form af en brokoblet diodekreds og en Zener diode 20 og en ud-glatningskompensator 21 forbundet i parallel med kredsløbets 19 udgang. Delen omfatter endvidere en strømbegrænsningskreds, der som helhed er betegnet med 22, således at delen I med udgangsklemmer 23 og 25 har funktion af en jævnstrømskilde og med udgangsklemmerne 24 og 25 som jævnspændingskilde. Under forudsætning af at disse betingelser er tilfredsstillet, kan energiforsyningsdelen I være konstrueret på en hvilken som helst anden egnet måde. Multivibratorkredsen II omfatter en brokreds med fire transistorer T^, T^r og T^, som er parvist indbyrdes krydsvis forbundet på den måde, der er vist på fig. 3, således at ved normal multivibratorfunktion transistorparrene T^, og T2'T4 er skiftevis i ledende og ikke-ledende tilstand. Til transistorelektroderne, der bestemmer disse transistorpars ledende tilstand, er forbundet serieforbindelseskredsen bestående af transformatorens 6 sekundære vikling W2 og den integrerende belasntingsimpedans, der er nævnt ovenfor og omfatter modstanden 8 og kondensatoren 9.

Multivibratorkredsløbet II fungerer på følgende måde:

Som beskrevet ved udformningen ifølge fig. 1 tjener opnåelsen af grænseværdien i^ ved magnetiseringsstrømmen im gennem sekundærviklingen W2 som kriterie for omskiftning af multivibratorkredsen II anvendt som et omskifterkredsløb ved udformningen vist på fig. 2.

Som angivet ovenfor omfatter energiforsyningsdelen I en strømbegrænsningskreds 22, der, som det fremgår af fig. 2/ leverer emitterstrøm til transistor eller transistor T^. Begrænsningskredsen 22 er således dimensioneret og indjusteret at spændingen imellem udgangsklemmerne 23 og 25 på energiforsyningsenheden I aftager drastisk eller brat , når strømmen, der er leveret af strømkilden, det vil sige via begrænserkredsen 22, til transistoren eller transistoren T4's emittere overskrider den forannævnte grænseværdi i^. Dette relativt bratte fald i spænding på klemme 23 resulterer i, at enten kan transistorer T^, eller T2, T4 ikke længere opretholde strømmen afhængig af hvilken af dem, der er ledende i det respektive øjeblik. Spæn-dingskommuteringen, der er forstærket af vikling W2' s selvin- 147215 9 duktion indledes med, at det andet transistorpar T2, T4 eller T^, er ledende. Som resultat heraf vil strømmen i^ begynde at øges i modsat retning. Når grænseværdien i^ er nået, denne gang med modsat strømretning igennem sekundærviklingen W2, vil der igen indtræffe et kraftigt fald i spændingen på energiforsyningsenhedens klemme 23, hvorved enten transistorerne T2, eller T^, respektivt igen er blokerede, hvorefter den netop beskrevne halvperiode er indtaget med den modsatte strømretning, hvilket betyder, at transistorerne og respektivt vender tilbage til deres ledende tilstand. Derpå påbegynder multivibra-torkredsen II en ny periode.

Ved normal multivibratorfungeren og manglende tilstedeværelse af en strøm igennem transformatorens primære vikling er i en multivibratorperiode gennemsnitsstrømmen lig med nul, således at der ikke optræder nogen kontrol- eller omskiftningsspænding til funktionsudløsningskredsen III på kredsens II udgangsklemme 10 forbundet i parallel med kredsen 8, 9. Så snart som der igennem primærviklingen begynder at løbe en primær strøm, nærmere betegnet en jordslutningsstrøm, hvilken har karakter af en jævnstrøm set fra kredsen II, vil strømmen, der er afgivet fra multivibratorkredsen II miste sin symmetriske karakter, således at strømmens gennemsnitsværdi, igen målt ved integration af spænding over belastningsimpedansen 8, 9, vil afvige fra nul. Det resulterende spændingssignal, der optræder over mul-tivibratorkredsens II udgangsklemmer 10, er ført til den funktionsudløsende kreds III, der f.eks. er konstrueret som en egnet "trigger"-kreds 26, fra hvis udgang der leveres et afbrydelsessignal til afbryderspolen 27 hørende til den ikke viste jordslutningsbeskyttelsesafbryder. Det bemærkes, at den funktionsudløsende kreds 26 også er energiforsynet fra energiforsyningsenheden I, det vil sige, via denne enheds klemmer 24 og 25, men energiforsynings-ledningerne og yderligere detaljer ved den funktionsudløsende kreds er ikke vist i diagrammet vist på fig.

2. Det samme gælder også for yderligere detaljer ved jordslutningsbeskyttelsesafbryderen, af hvilken kun afbryderspolen 27 er vist på fig. 2. Det bemærkes endvidere, at i nogle tilfælde er systemet i stand til at fungere uden en særskilt funktionsudløsende kreds II svarende til triggerkredsen 26, således at. systemets belastningsimpedans, der er direkte udgjort af eller ίο 147215 er sammenkoblet med den fungerende genstands funktionsudløsende spole, og som afbryderspolen 27 i en jordslutningsbeskyttelsesafbryder .

Som anført ovenfor giver polariteten af spænding, der optræder over belastningsimpedansen 8, 9 en indikation for strømmens retning igennem primærviklingen W^. Muligheden af en sådan indikation kan i mange tilfælde lette analyseringen af fænomenet, der måles.

Førend yderligere fordele ved multivibratorkredsen vist på fig. 2 anføres, skal der først gives en beskrivelse af nogle særlige udformninger af den strømbegrænsende kreds under henvisning til figurerne 3, 4a, 4b og 5a, 5b, idet der begyndes med henvisning til diagrammet vist på fig. 3.

Diagrammet vist på fig. 3 afviger fra diagrammet ifølge fig. 2 kun derved, at transistorernesog emittere ikke er separat energiforsynet ved hjælp af strømbegrænsningskredsen 22 og energiforsyningsenhedens I udgangsklemme 23, men transistorerne T2 og T3's emittere er separat energiforsynet via en strømbegrænsningskreds 22' og energiforsyningsenheden I' s udgangs-klemme 23'. Det betyder, at strømbegrænsningskredsen, der er indbefatter· i transistorernes emitterstrømkredse, er forskudt fra den positive side af energiforsyningsspændingen, herefter betegnet som "V+" og værende tilstede på energiforsyningsdelens udgangsklemme 24, til den side af energiforsyningsspændingen, der er tilsluttet udgangsklemmen 25 og herefter er betegnet med "0". Eftersom kredsløbsanordningens fungeren ikke på nogen måde afviger som følge heraf refereres der til den tidligere beskrivelses nærmere detaljer og funktion af kredsløbet vist på fig. 4.

Fig. 4a viser det tilgrundliggende diagram for en første udformning af strømbegrænsningskredsen 22' ifølge opfindelsen, hvilken kreds er udformet som en såkaldt "strømspejlingskreds" af kendt type med to transistorer Tj- og Tg og en modstand R12 bestemmende kollektorstrømmens størrelse i disse sidste.

Modstandene R^q og R^ tjener alene til at der opnås et givet kommuteringsforhold, det vil sige, således at det kan antages, at grænseværdien for strømmen 1, der flyder igennem udgangsklemmen 23' er bestemt af grænseværdien for strømmen i-gennem modstanden R^2 multipliceret med forholdet imellem modstandene R1q og R^i's modstandsværdier (I«sR^/Rh^Ir^) · Denne

11 1472 IB

foranstaltning til at opnå et givet kommuteringsforhold er altså i og for sig kendt. Det antages i det følgende, at modstandene R^q og R^’s modstandsværdier er indbyrdes lig hinanden, således at det kan antages, at strømmen I igennem udgangsklemmen 23' er lig med strømmen igennem R^2* På fig. er vist spænding/strøm-karakteristikkurven for dette kredsløb, idet værdierne for strømmen I er afsat langs abscissen og værdierne for spændingen V24 23' imeHem klemmerne 23' og 24 langs ordinaten. Så længe som strømmen I igennem udgangsklemmen 231 forbliver af mindre størrelse end grænseværdien V+/Ri2 for strømmen til spejlingskredsen, vil hovedsageligt den fulde spænding V+ være tilstede imellem udgangsklemmerne 24 og 23'. Hvis senere emitterstrømmen i transistoren T2 eller i transistoren i brokredsen II har tendens til at overskride grænseværdien V+/R^2, er dette imødegået af modstanden R^ inkluderet i transistoren T5's kollektorforbindelse, idet spændingen V24 23· da forsvinder. Det er øjensynligt, at ved egnet valg af størrelsen af modstandene R1Q, R^ og R12 kan der opnås en grænseværdi for udgangsstrømmen I igennem energiforsyningsklemmen 23' svarende til grænseværdien i^ ønsket for detekteringskredsen II.

På fig. 5a er vist det tilgrundliggende diagram for en anden udformning af strømbegrænsningskredsen 22'. I dette tilfælde er modstanden R12 i diagrammet ifølge fig. 4a erstattet af parallelkombinationen af en modstand R^ og en modstand R14 indbefattet i emitter-kollektorkredsen for en transistor T^.

Basen på transistoren T^, der er forbundet som emitterfølger, er forbundet til udgangsklemmen 23'.

På fig. 5b er vist resultatet af denne foranstaltning.

Hvis det antages, at R^2 = R-^· **14/ ^R13+ R14^f v;i··*· kredsløbet ifølge fig. 5a . op til grænseværdien V+/ (R^X/R.^) opføre sig på samme måde som kredsløbet vist på fig. 4a.. Når denne grænseværdi er nået, vil spændingen V24 23, falde, fordi spændingen over modstanden R^4 falder proportionalt via transistoren forbundet som emitterfølger. Som resultat heraf vil den totale strøm leveret til transistoren T5 falde betydeligt kraftigere end i kredsløbet ifølge fig. ,4a, idet parallelforbindelsen af modstandene R13 og R14 bliver afbrudt således at spændingen V24 23' falder til nul, som om strømbegrænsningsværdien for I ikke blev bestemt af værdien V+/ (^3//^4) / men af værdien 147215 12 V+/R^2* På fig. 5b er der derfor vist en karakteristikkurve med et kurvestykke med negativ hældning. Denne hældning kan være således, at der er kompenseret for alle modstandskomponenter, som er repræsenteret af basisstrømmene i transistorerne i brokredsløbet II og dannet af de yderligere modstandskomponenter i belastningen forbundet til udgangsklemmerne. Det er på denne måde tilsikret, at strømbegrænsningskredsen 22' har en lav indre modstand, indtil grænseværdien er nået, og udviser derefter en negativ indre modstand, hvis størrelse fortrinsvis er mindre end den parasitiske modstand forbundet i parallel med sekundærviklingen. Der er således opnået en hurtig og symmetrisk kommutering i brokredsen II. Disse egenskaber er af stor betydning, eftersom den positive tilbagekoblingseffekt i brokredsen II (se USA-patentskrift 3.768.011, spalte 6, linie 6-12) vil frembringe en sådan forstærkning af en hvilken som helst asymmetri, at størrelsen af modstanden 8 og derfor størrelsen af udgangsspændingen vil blive drastisk begrænset. Ud fra det foregående fremgår det, at der ifølge den foreliggende opfindelse tilvejebringes mulighed for at eliminere en sådan begrænsning, hvilket navnlig har betydning, når strømmålesystemets belastningsimpedans er direkte dannet af den aktivt funktionfremkaldende spole i et apparat, såsom afbryder-spolen i en jordslutningsbeskyttelsesafbryder.

I forbindelse med den ovenfor nævnte symmetriske kommutering, der er opnået i brokredsen II ifølge fig. 2 og 3, skal der yderligere refereres til det tilgrundliggende diagram vist på fig. 6. De strenge krav til symmetri, der skal tillægges polaritetsændringen af den tilførte spænding til den magnetiske kreds' sekundærvikling, medfører ofte, at den magnetiske kreds må mættes i en sådan udstrækning, at den remanente fluks, hvis der er nogen, slettes. Den relativt høje spidsstrøm, der er nødvendig hertil, medfører strenge krav til mætningsspændingen for transistorerne, der tjener som kredsløbselementer, således som det er angivet ovenfor, eftersom forskelle i mætningsspænding imellem transistorerne medfører asymmetri i polaritetsomskiftningen.

På fig. 6 er der, som det vil fremgå ved sammenligning med det tilgrundliggende diagram vist på fig. 1, vist en meget simpel foranstaltning til at undgå den nævnte ulempe, det vil sige en parallelforbindelse af en kondensator med transforma 147215 13 tors 6 sekundærvikling W2· Kondensatoren C2 har en kapacitet, der er tilstrækkelig høj til, når den magnetiske kreds med kærne 7 nærmer sig mætningstilstanden, at tilvejebringe en sådan spidsstrøm, at den sammen med viklingen W2 frembringer en øjeblikkelig feltstyrke, der i det mindste svarer til den magnetiske kreds' mætnings induktion.

En sådan foranstaltning tillader spidsstrømmen at passere udenom omskiftertransistorerne. Hvis der f.eks. er forbundet en kondensator parallelt med den magnetiske kreds' sekundære vikling, vil en avalanche-lignende afladning af kondensatoren indtræffe i det øjeblik, hvor spændingen over sekundærviklingen begynder at aftage. Der er således tilvejebragt en tilfredsstillende reproducerbar kommutering eller polaritetsændring, eftersom en del af den magnetiske energi er koblet tilbage til kondensatoren som elektrisk energi. Som følge heraf er polariteten på kondensatoren skiftet.

Fordelen ved denne foranstaltning ifølge opfindelsen er: 1. At ved hver kommutering er spidsstrømmen leveret uforandret af samme komponent, det vil sige kondensatoren, uafhængigt af transistorernes kredsløb.

2. Spændingsændringshastigheden er begrænset, således at risikoen for generende udstråling er væsentligt reduceret.

3. Risikoen for, at en forholdsvis højfrekvens, primær strøm forstyrrer den rette fungeren af kredsløbet, er aftaget.

4. Energiforsyningsdelen behøver ikke at være i stand til at levere høje stødstrømme.

Kondensatorens kapacitet kan bestemmes på følgende måde ud fra mængden af energi, der er krævet til at tilvejebringe den yderligere magnetiske fluks: 2 (B2 \· C · u = Vy J H· dB B1 hvor C = kapaciteten U = kondensatorens spidsspænding

Vy = jernvolumenet af den ringformede kærne H = magnetiske feltstyrke D = magnetiske induktion.

147215 14

Det bemærkes, at det kan være ønskeligt kunstigt at forøge sekundærviklingens modstand ved at forbinde en særskilt modstand i serie med viklingen. En sådan foranstaltning kan være nyttig til at beskytte kondensatoren, der da er forbundet i parallel med seriekombinationen af sekundærviklingen og den yderligere modstand såvel som med det øvrige kredsløb, eftersom tilstedeværelsen af høje primære spidsstrømme kan den inducerede spænding blive højere, således at mætning af transformatoren 6's kærne 7 vil indtræffe tidligere, hvilket begrænser energioverførslen, og kredsløbet er således beskyttet. Det bemærkes, at den herved beskrevne foranstaltning ikke må forveksles med foranstaltningen parallelt med sekundærviklingen at forbinde et netværk, der i sig selv består af en serieforbindelse af en kondensator og en modstand. Et sådant netværk kan alene tjene til at beskytte transistorerne mod for høje spændinger. Seriemodstanden, som i dette tilfælde er forbundet i serie med kondensatoren snarere end med spolen, tjener til at forhindre optræden af høje spidsstrømme frembragt af kondensator og at dæmpe højfrekvens omskiftningsfænomener.

Som nævnt ovenfor tjener foranstaltningen ifølge opfindelsen snarere til at bringe kondensatoren og ikke transistorerne til at levere de forholdsvis høje spidsstrømme, der er nødvendige til at fjerne den remanente fluks ved kommuteringen eller polaritetsomskiftningen af spændingen, der er tilført sekundærviklingen, for at opnå tilfredsstillende symmetri.

Efter beskrivelsen ifølge fig. 3-6 af nogle nærmere detaljer vedrørende strømmens opførsel i kredsen II ifølge fig. 2 (og fig. 3) kan følgende bemærkninger fremsættes vedrørende dette kredsløbs fungeren. Af den foregående beskrivelse fremgår det, at systemet vist på fig. 2 har natur af et strømmålesystem, hvilket betyder, at det resulterende målesignal udgør et mål for strømmen igennem primærviklingen eller for siam- eller differencekomposanter af strømmene respektivt et flertal af individuelle primære viklinger, som tilsammen er symboliseret med primærviklingen W1· Det ses, at i tilfælde af passende dimensionering af ripn integrerende belastning 8, 9 og som følge af lavohms kortslutning af en eller flere af primærviklingerne, passende kontrol ved hjælp af kredsen 26 eller af passagen af en strøm af høj værdi igennem en sådan primæirvikling, vil der fremkomme 147215 15 en sådan situation, at en omskiften af multivibratoren ikke længere kan tilvejebringes, således at den afbrydes. Denne egenskab tilvejebringer et antal særlige anvendelser af strømmålesystemet vist på fig. 2, af hvilke anvendelser nogle er særligt betydningsfulde.

For det første kan det anføres, at multivibratorkredsen II er følsom for værdien af transformatorens 6 primærvikling W-^'s klemmetilpasningsimpedans, eftersom en ualmindelig lav værdi af denne impedans vil have natur af en kortslutning af primærviklingen W^. Dette giver mulighed for at anvende et strømdetekteringssystem ifølge opfindelsen med henblik på at tilvejebringe information om tilstanden af den galvaniske kontaktledning indenfor et system, hvor det kan være vanskeligt at få adgang hertil som følge af et højspændt niveau. Det er endvidere muligt at tilvejebringe information om en kortslutning imellem nullederen i et praktisk system og jord; uden at diskutere detaljerne ved dette fænomen, bemærkes det, at optræden af en sådan kortslutning kan have den indvirkning, der forfalsker naturen af en jorslutning. Strømmålesystemet ifølge fig. 2 kan anvendes til detektering og størrelsesangivning af sådanne fænomener og defekter samt i almindelighed i kontakttilfælde, hvor direkte adgang er vanskelig. Hertil er det tilstrækkeligt at konstruere den bistabile kreds på en sådan ikke vist måde, at kredsen også reagerer på vekselstrømme, der flyder igennem den primære udvendige tilpasningsimpedans som følge af vekselspændingen, der er induceret i primærviklingen af kredsløbet, således at detekteringen af et fald i størrelsen af denne tilpasningsimpedans er tilvejebragt ned til under en forudbestemt tærskelværdi.

På den anden side skal følgende bemærkes. Beskrivelsen af den funktionsudløsende kreds III er begrænset til anførelse af,at i vedrørende udformning kan denne kreds have natur af en såkaldt "trigger"-kreds. En sådan kreds kan betragtes som arbejdende efter "arbejdsstrømsprincippet", hvilket betyder, at kredsen træder i funktion eller leverer en strøm, der fungerer aktivt som en omskiftnings- eller kontrolsignal alene, når det er aktiveret ved hjælp af en målespænding, der udgår fra belastningsimpedansen 8, 9. Den kendsgerning, at multivibratorkredsen II kan indtræde i en fuldkommen blokeret tilstand under de ovenfor nævnte betingelser, medfører muligheden af at anvende en bærebølgedetektor, der reagerer på den frembragte multivibra- 147215 16 torspænding snarere end energiudløsende kreds såsom "trigger"-kreds vist på fig. 2, idet udgangssignalet fra denne detektor tjener til at styre et funktionsudløsende organ, der arbejder ifølge tomgangsstrømsprincippet. I hvilestilling, det vil sige så længe som multivibratorsignalet. detekteres, vil dette funktionsudløsende organ tilvejebringe et kontrolsignal, der er bestemt til at fortsætte den igangværende funktion. Når multi-vibratorkredsen er blokeret, vil bærebølgedetektorens udgangssignal forsvinde, og det funktionsudløsende organ reagerer ved umiddelbart at afbryde leveringen af kontrolsignalet, der er nødvendigt for fortsættelsen af funktionen. I dette tilfælde, er den såkaldte fejlbeskyttelseskonstruktion tilvejebragt.

I tilfælde af sådan anvendelse arbejder strømmålesyste-met ifølge opfindelsen ikke som et system med en lineær overførselsfunktion, men som et bistabilt reagerende system med normal multivibratorfunktion med en stabil tilstand eller en afbrudt eller blokeret multivibratorfunktion ved den anden stabile tilstand. Det ses, at en sådan bistabil anvendelse af strømmålesystemet ifølge opfindelsen frembyder forskellige muligheder for detekteringens anvendelse ved optræden af specielle ønskede eller specielle ikke-ønskede betingelser, situationer og fænomener, som vil dukke op under alle slags forhold i praksis, og som er af stor betydning ved en industriel proces. Det skal sluttelig bemærkes, at strømmålesystemet af den type, der er vist på fig. 3 ifølge den foreliggende opfindelse for størstedelen kan være konstrueret i form af såkaldte "integrerede kredse" og kan være meget kompakte enheder, således at sådanne systemer er egnet til masseproduktion ved lave omkostninger og til indbygning i eksisterende apparater såsom jordslutnings-beskyttelsesafbrydere. Endvidere kan sådanne systemer tilvejebringe og sådant bidrage til forbedringen og fuldstændiggørelsen af betydende egenskaber ved fungerende apparater, så at de kan betragtes som værende en essentiel bestanddel af nye praktiske apparater, af hvilke sådanne systemer kan udgøre en integrerende del.

Særligt når et målesystem ifølge den foreliggende opfindelse er anvendt i en jordslutningsbeskyttelsesafbryder eller som en integrerende del heraf, er der tilvejebragt en betydelig højere sikkerhed, eftersom systemet er følsomt overfor (positive 147215 17 og negative) halvperioder af vekselstrøm og overfor jævnstrøm og besidder endvidere for målestrømskredsens tilpasningsimpedans værdi en reaktionstid, der er uafhængig af jordslutningsstrømmen.

Den foreliggende opfindelse er naturligvis ikke begrænset til udformningerne beskrevet i det foregående, og som er vist på tegningerne. Modifikationer af forskellig art kan foretages vedrørende komponenterne og deres forhold indenfor grundideen og hensigten med denne opfindelse. Det bemærkes navnlig, at udtrykket "sekundærvikling" er anvendt i beskrivelsen alene for en vikling, som er direkte koblet med omskiftningsorganet og (fortrinsvis også)/eller med detekteringsorganet, men refererer ikke til nogen anden "tredie" vikling, der ikke er forbundet på den viste måde, og som kunne være brugt i strømmålesystemet til andre formål, f.eks. til tilbagekobling i forbindelse med linearisering.

Claims (3)

18 147216

1. Strømmåleapparat, især til anvendelse som et jordslutnings strømdetekterings sy s tem, og omfattende en blødjerns-magnetisk kreds forsynet med en eller flere primære viklinger(6), der gennemstrømmes af en strøm, der skal måles eller af strømme, hvis difference eller sum skal detekteres, og et serieforbundet kredsløb omfattende en sekundær vikling (W2) i den blød-jernsmagnetiske kreds, en elektrisk strømkilde (I), et omskiftningsorgan til ændring af polariteten fra strømkilden til sé-' kundærviklingen når strømmen gennem viklingen har nået en forudbestemt grænseværdi, og en belastningsimpedans (8,9), der er indrettet til at integrere strømmen, som passerer det serieforbundne kredsløb, idet omskiftningsorganet omfatter en brokreds (II) med fire transistorer (Τ^,Τ^,Τ^,Τ^, der parvis er ledende og den sekundære vikling er serieforbundet med belastningsimpedansen over to modsatte hjørner af brokredsen (II), kendete g- n e t ved, at brokredsen (II) strømfødes via en strømbegrænsningskreds (22 ? 22 *) , ved hjælp af hvilken overskridelse af en grænseværdi af strømmen, der tilføres et transistorpar (Τ^,Τ^ eller T2,T4) af brokredsen fører til en ikke-ledende tilstand af vedkommende transistorpar, idet strømbegrænsningskredsen er således udformet, at spændingen til transistorernes emittere aftager brat, når strømmen i strømbegrænsningskredsen overstiger den forudbestemte grænseværdi.

2. Strømmåleapparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den strømbegrænsende kreds (22') er udformet med en strømspejlende kreds, som omfatter en strømmålemodstand (R^2,R^3, R^4), der er indrettet til ved dens modstand at bestemme strømbegrænsningsværdien .

3. Strømmåleapparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at strømmålemodstanden (12,13) er forbundet i parallel med serieforbindelsen af en anden modstand (14) og emitter-kollektor kredsen hørende til en transistor (T^), hvis basis er holdt på energiforsyningsspændingens potential, således at strømgrænseværdien er bestemt af ækvivalentmodstanden af parallelkombinationen af de to modstande (R-^3 ,R^4) , hvorimod