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Einrichtung zum Messen starker Gleichströme
Es sind Einrichtungen zum
Messen starker Gleichströme bekannt, bei denen zwei Eisenkerne sowohl von dem zu
messenden Gleichstrom als auch von einem vorzugsweise einem Wechselstromnetz entnommenen
Hilfswechselstrom gesetzmäßig beeinfluß werden. Bei diesen zuerst von B e 5 a g
angegebenen Einrichtungen wird dieser Milfswechselstrom zwei auf je einem der beiden
Eisenkerne angeordneten Wechselstromwicklungen zugeführt, wobei der in diesen Wechselstromwicklungen
fließende Wechselstrom als. M.aß für den zu messenden Gleichstrom dient. Eine gewisse
Schwierigkeit besteht bei den bekannten Anordnungen dieser Art in manchen Fällen,
insbesondere wenn sehr hohe Stromstärken gemessen werden sollen, darin, daß die
beiden Eisenkerne stark übersättigt werden und in diesem Fall nicht mehr in der
gewünschten Weise arbeiten. Außerdem ergeben sich durch die große Anzahl der Gleichstromamperewindungen
bei hohen Strömen unerwünscht große Abmessungen für die Eisenkerne.
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Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bereits bekannt, auf
die Eisenkerne sowohl den zu messenden Strom als auch gleichzeitig einen zweiten,
ihm entgegengerichteten Strom einwirken zu lassen, so daß nur die Differenz der
von diesen beiden Strömen hervorgerufenen Gleichstrommagnetisierungen in den Eisenkernen
wirksam ist und störende Sättigungserscheinungen auf diese Weise vermieden werden.
Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß sie sehr umständlich ist.
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Die vorliegende Erfindung, bei der ebenfalls in den Eisenkernen eine
von dem zu messenden Gleichstrom hervorgerufene Gleich stromm agnetisierung und
außerdem eine zusätzliche, ihr entgegenwirkende Gleichstrommagnetisierung wirksam
ist, zeichnet sich durch besondere Einfachheit aus und arbeitet auch bei sehr großen
Stromstärken
einwandfrei. Außerdem kommt man durch die Verringerung
der Gleichstromamperewindungszahl, gleiche Meßströme hier und bei der Besagschaltung
vorausgesetzt, mit kleineren Ringkernen aus bzw. es lassen sich bei,. gleichen Ringkerne
mit der erfindungsgemäßen Anordnung größere Ströme messen. Bei der vorliegenden
Erfindung wird die Gleichstrommagnetisierung, die der von dem zu messenden Gleichstrom
in den beiden Eisenkernen hervorgerufenen Gleichstrommagnetisierung entgegenwirkt,
im Gegensatz zu der bisher bekanntenAnordnung durch pulsierende Gleichströme (Wellenströme)
hervorgerufen, und zwar besteht die Erfindung darin, daß den auf den beiden Eisenkernen
vorgesehenen, mit je einer Gleichrichteranordnung verbundenen Wicklungen zwei der
Wechselstromquelle entnommene pulsierende Gleichströme (Wellenströme) so zugeführt
werden, daß die von diesen Gleich strömen in den beiden Eisenkernen hervorgerufenen
Gleichstrommagnetisierungen den von dem zu messenden Gleichstrom erzeugten Gleichstrommagnetisierungen
entgegenwirken und daß diese pulsierenden Gleichströme als Maß für den zu messenden
Gleichstrom benutzt und durch Anzeige-, Schreib- oder Zählgeräte gemessen werden.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand zweier Ausführungsbeispiele
erläutert.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. I ruft der zu messende,
in einem LeiterL von großem Querschnitt fließende Gleichstrom Ix in den beiden Eisenkernen
K1, K2, durch die dieser Leiter hindurchgesteckt ist, eine Gleichsfrommagnetisierung
hervor, deren Stärke dem zu messenden Strom Ix entspricht.
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Die auf dem Eisenkern K1 sitzende Gleichstromwicklung W1 ist mit
einer Gleichrichteranordnung G1 und einem Nebenwiderstand R; mit dazugehörigem Meßinstrument
(Gleichstromamperestundenzähler) M1 in Reihe geschaltet. In ähnlicher Weise ist
die auf dem Eisenkern K2 angebrachte Gleichstromwicklung W2 ntit einem Nebenwiderstand
R2 nebst dazugehörigem Meßsinstrument (Drehspultintenschreiber) M2 und einer Gleichrichteranordnung
G2 in Reihe geschaltet. Diese Teile sind in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise so
miteinandef verbunden und an die zweckmäßig dem Wechsel stromnetz entnommene Wechselspannung
U angeschlossen, daß die den Gleichstromwicklungen W1,W2 zugeführten pulsierenden
Gleichströme I1, I2 in den Eisenkernen K1, K2 eine Gleichstrommagnetisierung hervorrufen,
die der von dem zu messenden Gleichstrom IX in diesen Eisenkernen erzeugten Gleichstrommagnetisierung
stets entgegenwirkt. Weiterhin befinden sich auf den Eisenkernen K1, K2 besondere
Hilfswicklungen W3, W4, die über eine zusätzliche Gleichrichteranordnung G3 und
einen, Vorwiderstand R3 an die Wechselspannung U angeschlossen sind. Der von diesem
Gleichrichter abgegebene Hilfsgleichstrom I3 durchfließt die Hilfswicklungen W3,
W4 in einer solchen Richtung, daß die von diesem Strom in den Eisenkernen K1, K2
hervorgerufene Gleichstrommagnetisie rund die gleiche Richtung hat wie die von dem
zu messenden Strom Ix erzeugte.
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Fig. 2 zeigt den funktionellen Zusammenhang zwischen den in der erfindungsgemäßen
Anordnung nach Fig. I wirksamen Gleichströmen. Wie man daraus ersieht, verläuft
der Strom I1 nach einer Kurve, die an einer Stelle ein Minimum hat und von einem
bestimmten Punkt ab. sehr angenähert linear ansteigt. Die Hilfswicklungen W3 und
W4 haben nun den Zweck, durch den in ihnen fließenden Strom 13 die Kurve des Stromes
11 gewissermaßen so zu verschieben, daß der lineare Teil bei einem Strom IX = 0
beginnt. Der Hilfsstrom ist also so zu bemessen, daß der Strom I1 sich linear oder
sehr angenähert linear ändert, wenn der zu messende Strom Ix von Null bis zu einem
bestimmten. Höchstwert ansteigt.
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Wenn Stromstärken gemessen werden sollen, die betriebsmäßig bis auf
den Wert Null abnehmen, so ist es nötig, dafür zu sorgen, daß die Wellenströme sich
möglichst linear ändern, wenn der zu messende Strom von Null bis zu einem bestimmten
Höchstwert ansteigt. Dies kann dadurch erreicht werden, däß ein zweckmäßig einer
weiteren Gleichrichteranordnung G3 entnommener Hilfsgleichstrom 13 je einer auf
jedem der Eisenkerne K1, K2, vorgesehenen Hilfswicklung W3, W4 zugeführt wird, deren
Windungssinn so. gewählt ist, daß die von dem Hilfsgleichstrom I3 erzeugte Gleichstrommagnetisierung
dieselbe Richtung hat wie die von dem zu messenden Strom Ix erzeugte Gleichst-rommagnetisierung.
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Da der Strom 11 linear oder sehr angenähert linear mit dem zu messenden.
Strom Ix ansteigt, so wird auch der in dem Tintenschreiber l12 fließende Strom mit
Ix linear ansteigen, wie es aus Fig. 2 erkennbar ist.
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Es fließt jedoch bei Ix = o in dem Tintenschreiber M2 ein bestimmter
Strom, der einen bestimmte Ausschlag des Tintenschreibers verursacht. Dieser Ausschlag
verschwindet jedoch, wenn die Wechselspannung U aus. irgendeinem Grund ausbleibt.
Praktisch wirkt sich dies in der Weise aus, daß bei Ix=o der Zeiger des Tintenschreibers
M2 auf den entsprechend bezeichneten Skalen anfang einspielt, daß er aber, wenn
die Wechselspannung U ausbleibt, hinter den Skalenanfang zuriickschlägt und dort
beispielsweise an einer dort angebrachten roten Marke anzeigt, daß die Wechselspannung
ausgeblieben und die Messung gestört ist.
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Wenn das Meßinstrument nicht durch ein Ausschlaginstrument (Anzeige-
oder Schreibgerät), sondern durch einen elektrischen Zähler, z. B. durch einen Gleichstromamperestunfzähler
M1 gebildet wird, hat jedoch der bei Ix=o diesen Zähler beeinflussende Strom 11
insofern einen schädlichen Einfluß, als der Zäher sich bereits dreht, obgleich der
zu messende Strom Ix = o. ist. Um diesen tYbelstand zu vermeiden, ist gemäß der
Erfindung die Anordnung so gewählt, daß der Zähler M, von der Differenz des Gleichstromes
I1 und eines besonderen Ausgleichstromes 14 beeinflußt wird, und zwar ist
die
Größe des dem Wechselstromnetz U über einen weiteren Gleichrichter G4 und über Vorwiderstände
R4 und R5 entnommenen. Ausgleichstromes 14, wie dies aus Fig. 2 hervorgeht, so gewählt,
daß für Ix=o der Strom 14 gleich dem Strom I1 ist. In diesem Fall ist der den Zähler
M1 beeinflussende Differenzstrom I1 bis I4 gleich Null, wenn Ix gleich Null ist,
und es ist dann dieser Differenzstrom I1 bis I4 eine lineare oder sehr angenähert
lineare Funktion des zu messenden Stromes Ix, wodurch eine einwandfreie Zählung
gewährleistet ist.
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In Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt. Hier werden
die beiden den Gleichstromwicklungen W1, W2 zugeführten pulsierenden Gleichströme
I1, I2 über die Gleichrichteranordnungen G1, G2 der mit Mittelanzapfung versehenen
Sekundärwicklung eines an die Wechselspannung U angeschlossenen Isoliertransformators
T entnommen und dem Meßinstrument (Anzeige-, Schreib-oder Zählgerät) M so zugeführt,
daß in dem Meßinstrument M die Summe der pulsierenden Gleichströme I1 und I2 wirksam
ist. Der Stromkreis R3 G3 W3 W4 erfüllt hier die gleiche Aufgabe wie bei der Einrichtung
nach Fig. I und liefert außerdem den dem Hilfsgleichstrom 13 verhältnisgleichen
Ausgleichstrom I4, der durch entsprechende Wahl der Widerstände R4 und R5 so bemessen
ist, daß der das Meßinstrument M beeinflussende Differenzstrom I1 + I2 - I4 gleich
Null ist, wenn der zu messende Gleichstromlx gleich Null ist. Im übrigen ist die
Wirkungsweise dieser Einrichtung die gleiche wie bei, der Einrichtung nach Fig.
I.
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Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich, wenn man bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung in an sich bekannter Weise Eisenkerne aus hochpermeablem Werkstoff,
beilspielsweise aus einer Nickeleisenlegierung, vorsieht. Dabei wird man zweckmäßig
die Sättigung dieser Eisenkerne so wählen, daß bei einem bestimmten Wert des Stromes
Ix die bei Änderungen der Hilfswechselspannung U auftretenden Änderungen der pulsierenden
Gleichströme I1, I2 ein Minimum werden.
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Um eine besonders hohe Genauigkeit zu erreichen, kann es in manchen
Fällen zweckmäßig sein, d!ie der Meßanordnung zugeführte Wechselspannung U in an
sich bekannter Weise durch einen elektromagnetischen Spannungsgleichhalter selbsttätig
konstant zu halten.
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Da die Eisenkerne K1, K2 gleichzeitig von Gleichströmen und außerdem
von den Wechselstromkomponenten der pulsierenden Gleichströme I1, 12 beeinflußt
werden, so treten entsprechende Veränderungen des zeitlichen Verlaufs der in diesen
Eisenkernen wirksamen magnetischen Flüsse und demzufolge Wehselströme von doppelter
Frequenz auf, die in manchen Fällen stören können. Um Störwirkungen durch derartige
Wechselströme von doppelter Frequenz zu vermeiden, kann man in an sich bekannter
Weise auf den beiden Eisenkernen K1, K2 zwei zusätzliche Hilfswicklungen vorsehen,
die so miteinander verbunden sind, daß die Ströme doppelter Frequenz sich in diesen
Wicklungen gegenseitig ausgleichen.