Gleichstromwandler. Zur Messung hoher oder hochgespannter ,Gleichströme ohne Shunt gibt es mehrere Möglichkeiten. Man kann zum Beispiel das magnetische Feld in einem ganz oder teil- weise den Leiter umschliessenden Eisenkörper unmittelbar durch ,Schwingspulen oder rotie rende Spulen messen, oder auch durch einen Hilfsgleichstrom kompensieren und den zur Kompensation erforderlichen Strom messen.
Ferner ist es vorgeschlagen worden, zur Gleichstrommessung .einen kleinen Gleich- stromgenerator zu verwenden, dessen vom Gleichstrom erzeugtes Erregerfeld sich selbst durch.,den Ankerstrom kompensiert und des sen Ankerstrom ,gemessen wird. Infolge der Notwendigkeit, einen Gleichstromgenerator zu;
verwenden, ist eine solche Anordnung kostspielig und wartungsbedürftig.
Die Erfindung betrifft einen Gleichstrom- wandler mit einem Wechselstromkreis, dessen Induktivität durch Gleiohstromvormagneti- sierung beeinflusst wird, und besteht darin, ,dass ein Kernmaterial mit praktisch recht eckig verlaufender Magnetisierungskurve ver wendet ist,
in deren waagrechtem Ast das Arbeitsgebiet des Wandlem liegt, zum Zweck, Spannungsunabhängigkeit des Sekun därstromes und eine Verringerung des Feh lers zu erreichen. Zur Erzielung der annä hernd rechtwinklig verlaufenden Magnetisie- rungskurve können zum Beispiel Nickeleisen oder Eisensorten ähnlicher Eigenschaften (Hyperme) benutzt werden.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Der aus oder Fig. 1e ersichtliche Wandler- kern besteht aus zwei geschichteten .gleichen Eisenringen 1 und 2. Jeder Ring trägt meh rere über seinen Umfang verteilte und par- allelgeschaltete ujecheelstromwicklungen 3.
Die Wicklungen beider Ringe sind mit ent-
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begen.gesetztem <SEP> Wicklungssinn <SEP> in <SEP> Reihe <SEP> ge sehaltet. <SEP> Der <SEP> Gleichstromleiter <SEP> 8 <SEP> ist <SEP> in <SEP> einer
<tb> oder <SEP> mehreren <SEP> Windungen <SEP> durch <SEP> beide <SEP> Ringe
<tb> geführt.
<tb>
Es <SEP> sei <SEP> dem <SEP> Wandlereisen <SEP> zunächst <SEP> die <SEP> in
<tb> Fig. <SEP> ? <SEP> dargestellte <SEP> ideale <SEP> @agnetisieru,ng@s kurve <SEP> zugesprochen; <SEP> die <SEP> Induktion <SEP> erreicht
<tb> demnach <SEP> schon <SEP> bei <SEP> sehr <SEP> kleiner <SEP> 3la.gnetisie rung <SEP> ihren <SEP> Höchstwert <SEP> B""" <SEP> und <SEP> verläuft <SEP> 1K@i
<tb> weiterer <SEP> Magnetisierung <SEP> parallel <SEP> zur <SEP> Abszisse.
<tb> Der <SEP> Gleiehstromma;grietisierung <SEP> ATT'i <SEP> ent;
<tb> spreche <SEP> der <SEP> Punkt <SEP> P <SEP> der <SEP> llagnet.isierungs kurve. <SEP> Legt <SEP> man <SEP> jetzt <SEP> an <SEP> die <SEP> Sekundäi-wicl:
lung <SEP> der <SEP> Ringe <SEP> nach <SEP> Fig. <SEP> ja <SEP> die <SEP> Wechsel spannung <SEP> <I>LT.</I> <SEP> so <SEP> muss <SEP> eile <SEP> NVecliselfluss <SEP> in <SEP> den
<tb> Ringen <SEP> sich <SEP> dem <SEP> Gleichfluss <SEP> überlagern, <SEP> wel eher <SEP> der <SEP> angelegten <SEP> Spannung <SEP> entspricht.. <SEP> Bei spielsweise <SEP> sei <SEP> in <SEP> der <SEP> ersten <SEP> Halbperiode <SEP> die
<tb> Weelrselstroinmagilet.isierung <SEP> in <SEP> Ring <SEP> 1 <SEP> der
<tb> Cileichstrommagnetisierung <SEP> entge@,engerichtet.
<tb> in <SEP> Ring <SEP> ? <SEP> gleichgerichtet. <SEP> @Tacli <SEP> Fig. <SEP> \? <SEP> ist
<tb> aber <SEP> eine <SEP> Induktionserhöhung <SEP> nicht <SEP> mehr
<tb> möglich.
<SEP> Es <SEP> kaai.n <SEP> daher <SEP> Ring <SEP> ? <SEP> auf <SEP> die <SEP> Be grenzung <SEP> des <SEP> llagnetisierungsstromes <SEP> keinen
<tb> Einfluss <SEP> mehr <SEP> ausüben, <SEP> da, <SEP> kein <SEP> zusiitzliclier
<tb> Fluss <SEP> mehr <SEP> gebildet <SEP> werden <SEP> kann. <SEP> Anders <SEP> ver hält <SEP> sich <SEP> Ring <SEP> 1., <SEP> in <SEP> dem <SEP> in <SEP> der <SEP> gleichen
<tb> Halbperiode <SEP> eine <SEP> Fluss.senkung <SEP> erfolgen <SEP> muss.
<tb> Bevor <SEP> die <SEP> Flusssenkung <SEP> erfolgen <SEP> kann, <SEP> muss
<tb> die <SEP> Gleichstromvormagnetisierung <SEP> _111'i <SEP> durch
<tb> eine <SEP> gleich <SEP> starke <SEP> Wechselstrommagnetisie run.g <SEP> kompensiert <SEP> -werden.
<SEP> Dann <SEP> erst <SEP> erfolgt
<tb> die <SEP> Ausbildung <SEP> des <SEP> Weeliselfeldes <SEP> durch
<tb> Schwächung <SEP> des <SEP> bestehenden <SEP> Gleichflusses
<tb> bei <SEP> Voraussetzung <SEP> einer <SEP> rechteckigen <SEP> Magne tisierungskurve <SEP> ohne <SEP> weiteren <SEP> ATT'- <SEP> Aufwand.
<tb> Bei <SEP> der <SEP> näe.hsten <SEP> Halbperiode <SEP> überniininl
<tb> Ring <SEP> ? <SEP> die <SEP> Rolle <SEP> von <SEP> 1. <SEP> Es <SEP> bildet <SEP> also <SEP> jeder
<tb> Ring <SEP> nur <SEP> eine <SEP> Flusshalbwelle <SEP> aus.
<tb>
Hieraus <SEP> folgt, <SEP> dass <SEP> der <SEP> aufgenommene
<tb> 3Za.gnetisieriingsstrom <SEP> im <SEP> Idealfall <SEP> eine <SEP> recht eckige <SEP> Kurvenform <SEP> hat <SEP> (Fig. <SEP> ?). <SEP> Sein <SEP> Höchst. wert, <SEP> der <SEP> gleichzeitig <SEP> auch <SEP> sein <SEP> Effektiv,.vert
<tb> ist, <SEP> entspricht <SEP> mit <SEP> der <SEP> Windungszahl <SEP> der
<tb> Sekundärwicklung <SEP> multipliziert <SEP> der <SEP> Gleich strommagnetisierung
<tb> Jli <SEP> @...rl <SEP> # <SEP> wli <SEP> == <SEP> Ji <SEP> (-1 <SEP> # <SEP> (cl
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Die <SEP> Höhe <SEP> der <SEP> Wechselspannung <SEP> ist <SEP> beim
<tb> idealen <SEP> Eisen <SEP> ohne <SEP> Einfluss <SEP> -auf <SEP> den <SEP> Sekun där_strom, <SEP> da. <SEP> dem <SEP> Wechselstromnetz <SEP> nur <SEP> der
<tb> Kompensationsstrom <SEP> entnommen <SEP> wird.
<SEP> Die
<tb> Spannung <SEP> kann <SEP> theoretisch <SEP> zwischen <SEP> .den
<tb> Werten <SEP> <I>L? <SEP> = <SEP> 0 <SEP> -- <SEP> c? <SEP> BM.,</I> <SEP> schwanken, <SEP> ohne <SEP> dass
<tb> sich <SEP> der <SEP> Sekundäz@strom <SEP> Jii <SEP> ändert. <SEP> Ist <SEP> der
<tb> U'andler <SEP> mit <SEP> einer <SEP> Bürde <SEP> 1i <SEP> belastet, <SEP> so <SEP> muss
<tb> E <SEP> ",i" <SEP> > <SEP> Jii <SEP> . <SEP> Z <SEP> sein, <SEP> da <SEP> die <SEP> jetzt <SEP> erforderliche
<tb> Ix@istun,g, <SEP> welche <SEP> die <SEP> Primiirseite <SEP> naturgemäss
<tb> nieli.t <SEP> abgeben <SEP> kann, <SEP> dem <SEP> Wechselstromnetz
<tb> entnommen <SEP> wird.
<tb>
Ebenso <SEP> wie <SEP> die <SEP> Spanniing.;tinalihängigkeit
<tb> liisst <SEP> sich <SEP> auch <SEP> seine <SEP> Erregungsunabhängig keit <SEP> nachweisen.
<tb>
Richtet <SEP> man <SEP> den <SEP> We(sliselst.roni <SEP> der <SEP> Se kundärseite <SEP> gleich <SEP> (Fig. <SEP> <B>1h).</B> <SEP> .so <SEP> ergibt <SEP> seine
<tb> rechteckige <SEP> Kurvenform <SEP> im <SEP> Idealfalle <SEP> einen
<tb> vollkommen <SEP> welleiifreieri <SEP> Gleichstrom. <SEP> der
<tb> el)enfalls <SEP> ohne <SEP> Fehler <SEP> die <SEP> Bedingung <SEP> der
<tb> Amperewindungsgleichheit <SEP> erfüllt.
<tb>
Selbst <SEP> starke <SEP> Verzerrungen <SEP> der <SEP> Wechsel spannung <SEP> wirken <SEP> sic.li <SEP> nicht <SEP> merklich <SEP> auf <SEP> den
<tb> Sekundäestrom <SEP> aus, <SEP> da, <SEP> sie <SEP> auf <SEP> die <SEP> Grösse
<tb> der <SEP> Kompensations- <SEP> Amlx:rewinclungen <SEP> keinen
<tb> Einfluss <SEP> haben. <SEP> Sie <SEP> verzerren <SEP> ausschliesslich
<tb> den <SEP> 1Vlagnetisierungsstrom, <SEP> der <SEP> als <SEP> Fehler stroin <SEP> beim <SEP> idealen <SEP> Wandler <SEP> unendlich <SEP> klein
<tb> ist.
<tb>
Die <SEP> Welligkeit <SEP> des <SEP> Gleichstromes <SEP> wird
<tb> vollkommen <SEP> auf <SEP> die <SEP> Rechteckkurven <SEP> der <SEP> Se kundärseite <SEP> übertragen, <SEP> und <SEP> zwar <SEP> trotz <SEP> der
<tb> Gegenschaltung <SEP> der <SEP> M#andlerringe <SEP> (Fig. <SEP> ?).
<tb> Dies <SEP> erklärt <SEP> sieh <SEP> aus <SEP> der <SEP> magnetischen <SEP> Un wirksamkeit <SEP> je <SEP> eines <SEP> Wandlerringes <SEP> in <SEP> einer
<tb> Halbperiode.
<tb>
Bei <SEP> Belastung <SEP> des <SEP> Wandlers <SEP> ohne <SEP> Gleich richtung <SEP> des <SEP> Sekundärstromes <SEP> durch <SEP> eine <SEP> in duktive <SEP> Bürde <SEP> findet <SEP> die <SEP> senkrechte <SEP> Front
<tb> der <SEP> rechteckigen <SEP> @Stromhalbwelle <SEP> einen <SEP> hohen
<tb> Widerstand <SEP> und <SEP> muss <SEP> sich <SEP> etwas <SEP> abflachen.
<tb> Damit <SEP> ist <SEP> die <SEP> Möglichkeit <SEP> eines <SEP> Wandlerfeh lers <SEP> gegeben. <SEP> Es <SEP> ist <SEP> daher <SEP> besonders <SEP> vorteil haft, <SEP> in <SEP> dem <SEP> iSekundänstrom <SEP> einen <SEP> Gleich richter <SEP> 5 <SEP> (vergleiche <SEP> Fig. <SEP> 1b) <SEP> zu <SEP> verwenden.
<tb>
Für <SEP> den <SEP> Wandlerkern <SEP> kann <SEP> hochper meables <SEP> Eisen <SEP> mit <SEP> scharfem <SEP> Sättigungsknick,
<tb> wie <SEP> z. <SEP> B. <SEP> Nickeleisenlegierungen <SEP> oder <SEP> Werk- stoffe mit ähnlicher M.agnetisierungscliarak- ter2.stik, z. B. Hyperme, verwendet werden.
Bei nicht konzentrischen Gleichstrom- feldern tritt eine Wechselwirkung zwischen Gleichfluss und Wechselfluss ein, derart, ,dass der eine den andern zu verdrängen sucht.
Es würde also auf die mit Gleichfluss gesättigten Teile des Ringes ein ,schwacher Wechselfluss entfallen, was den Arbeitsbedingungen des Stromwandlers vollkommen widerspricht und zu erheblichen Fehlern Anlass geben kann. Um .dies zu vermeiden, ist,die Wechselstrom- wieklun.g jedes Ringes in mehrere Gruppen gleicher Windungmszahl aufgeteilt, die par allel geschaltet sind.
Eine entsprechende Wioklung des andern Ringes ist dieser ent- gegengeschaltet. Daraus ergeben sich die aus den Fig. 3 und 4 ersichtlichen Schaltungen. Hiermit ist in jedem Teil des Ringes die Urechselflussinduktion konstant.
Sind die in nerhalb des Ringes auftretenden Gleich3trom- feldstärken verschieden, was bei grossen Ring durchmessern unvermeidlich ist, so wirkt jetzt der Wandler wie eine Reihe parallel geschalteter Einzelstromwandler, die entspre- chend .den verschiedenen Primär-Amperewin- dungen verschiedene Sekundärströme führen,
die als .Summe dem gesamten primären Gleichstrom entsprechen. Mit der erwähnten Reihenparallelschaltung ist der Wandler im hohen Masse von seiner Lage zum Gleich- stromleiter unabhängig.
Behält man die einfache Reihenschaltung der Wicklung bei, so muss, um die geschil- derten Nachteile zu vermeiden, eine in meh reren Gruppen parallelgeschaltete Ausgleich- wicklung 6 :gemäss der Fig. 5 auf jedem Ring angebracht werden.
Bei der Verwendung von Mu-Metall er hält man mit verhältnismässig geringem Mate- rialaufwand einen Wandler, .der bei guter Belastbarkeit eins Genauigkeit von 0,5 bezw. 1 % einhalten kann.
Bei einer iSchwan- kung .der angelegten Wechselspannung um .etwa 3.0%, also bei einem Wert, der in Weohselstromnetzen praktisch nicht möglich ist, tritt eine,Schwankung d.es .Sekundärstro- mes von höchstens 0"2% ein.
Aus der Fig. 6 ist noch eine besonders zweckmässige Abgleichmöglichkeit des Wan- dlers ersichtlich. Zum Abgleichen des Wan- dlers ändert man bekanntlich die Windungs- zahl der Sekundärwicklung. Da dieses bei mehrfacher Parallelschaltung umständlich ist, empfiehlt sich die Verwendung eines Wechsel- stromzusatzwandlens in Sparschaltung.
Die ser Wandler wird sehr klein, da der grösste Teil seiner Wicklung nur den Differenzstrom - d <I>J =</I> J'n-Jn führt.