DE623956C - Stromwandler, insbesondere Stabwandler, mit geteiltem Eisenkern mit Eigenvormagnetisierung durch die beiden Messwicklungsteile mit verschiedener Windungszahl - Google Patents

Description

• Stromwandler, insbesondere Stabwandler, mit geteiltem Eisenkern mit Eigenvormagnetisierung durch die beiden Meßwicklungsteile mit verschiedener Windungszahl Es ist bekannt, bei Stromwandlern mit geteilten Eisenkernen und verschiedenen Sekundärwindungszahlen eine Wechselstrom-Eigenvormagnetisierung und damit eine Verbesserung der Fehler zu erzielen. Bei der Bemessung derartiger Wandler ging man bisher von Annahmen aus, die keineswegs die Voraussetzungen zur Erzielung optimaler Verhältnisse bilden.
• Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich die günstigsten Abmessungen nur erzielen lassen, wenn man die beiden Kernteile so dimensioniert, daß in ihnen beim Kurzschließen der Bürde nahezu oder genau die gleiche Vormagnetisierung herrscht. Das Arbeiten der beiden Kernteile beim Kurzschließen der Bürde im gleichen Bereich einer Magnetisierungskurve erfolgt hierbei unter Berücksichtigung der Beziehung, daß in beiden Kernteilen das Produkt aus Induktion, Windungszahl und Querschnitt dem absoluten Wert nach übereinstimmt. Diese Bedingung ist besonders für Wandler mit geringer Amperewindungszahl, z. B: für Stabwandler, von großer Wichtigkeit, da- sie genau wie bei Einkernwandlern konstante Fehlerkurven ergibt. Hierbei ist für die Vormagnetisierung die Feldstärke maßgebend. Legt man andererseits der Einfachheit halber für -die Bemessung derVormagnetisierung die Induktion zugrunde, dann wird die Gleichheit der Vörmagnetisierung in beiden Kernteilen dadurch erzielt, daß sich ihre Querschnitte nahezu oder genau umgekehrt wie die entsprechenden Sekundärwindungszahlen verhalten. Hierbei ist vorausgesetzt, daß die beiden Kernteile aus dem gleichen Material bestehen. Doch kann es unter Umständen zur Erzielung besonders kleiner Abmessungen auch zweckmäßig sein, den einen Kernteil aus hochwertigem magnetischem Material zu machen, während für den anderen gewöhnliches Eisenblech verwendet wird. Alsdann gilt nicht mehr die Vorschrift, daß die Querschnitte sich umgekehrt wie die Windungszahlen verhalten sollen, sondern es ist nur darauf zu achten, daß die Feldstärken gleich sind.
• Der so bemessene Wandler verhält sich ähnlich wie ein normaler Einkernwandler, in dessen Magnetisierungskürve die Feldgrößen nicht vom Symmetriepunkt o,, sondern von den Werten 2k, .5k der Vormagnetisierung aus zählen (Abb. i). Dabei sind mit 23k und S5k die Induktion bzw. die Feldstärke der Vormagnetisierung bei kurzgeschlossener Bürde bezeichnet. Diese Werte sind bei Veränderungen des Primärstromes an sich veränderlich. Für jeden Meßpunkt entsteht infolgedessen ein neuer Koordidatenbezugspunkt, von dem aus die Werte der Belastungsinduktion 2"L und der Belastungsfeldstärke S5," gerechnet werden. Die hieraus sich ergebende Permeabilität ,u,", d. h. das Verhältnis der mittleren Belastungsinduktion 93," und Belastungsfeldstärke 5.'der beiden Kerne wird deshalb um so größer; je steiler die Magnetisierungskurve im Bereiche der Vormagnetisierung verläuft. Im Wendepunkt W und in der Umgebung desselben verläuft sie am steilsten, während andererseits die Fehler der Wandler umgekehrt proportional ß. anstei-. gen. Aus diesen Gründen spielt neben der richtigen Abstimmung der Querschnitte der Kerne zueinander auch die Höhe der Sättigung für die Vormagnetisierung eine bedeutende Rolle. Die Vormagnetisierung wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so gewählt, daß sie. im normalen Arbeitsbereich des Primärstromes, d. h: zwischen o,i und i,o bzw. i,- des Wertes des Nennstromes im bzw. nahe am Wendepunkt der Magnetisierungskurve liegt.
• Bei der Eigenvormagnetisierung des Wandlers ist die Vormagnetisierung im allgemeinen stets proportional den primären Amperewindungen pro Zentimeter. Diese ändern sich nach den Vorschriften des VDE. für Wandler der Klasse o,2, o,5 und i,o zwischen 0,1 -'-IN und i,2 AN, wenn AN die primären Nennamperewindungszahlen pro Zentimeter darstellen, also im Verhältnis i : i2. Der sich um den Wendepunkt W_ (Abb. i) einer Magnetisierungskurv e gruppierende Bereich des steilsten Anstieges enthält demgegenüber bei hochsiliziertem Eisen nur eine Feldstärkenänderung im Verhältnis von etwa f-. 3, bei Nickeleisen sogar nur: im Verhältnis von etwa i : 2 und darunter, so daß die Bedingung, daß die Vormagnetisierung in oder in der Nähe von W für den ganzen Bereich des Primärstromes nicht ohne weiteres oder nur mit sehr grober Annäherung zu erfüllen ist. Es :werden daher besondere Maßnahmen notwendig, die Veränderlichkeit der Sättigung bzw. der Feldstärke nach Möglichkeit zu verringern und auf den Wendepunkt W oder dessen Umgebung zu beschränken. Dies läßt sich dadurch erzielen, daß man - wie bereits vorgeschlagen - entweder die Veränderlichkeit der Vorrnagnetisierung durch Kopplung der beiden Kerne mit einer höher gesättigten Drossel über eine Achterwicklung (Abb. 2j oder durch Kopplung mit einem höher gesättigten, vom Primärstrom mitmagnetisierten Hilfskern (Abb. 3) -`begrenzt, wobei in beiden Fällen genau gleiche Windungszahlen na auf den beiden Hauptkernteilen auszuführen sind. Auch wird man zweckmäßigerweise die Drossel aus einem Material ausführen, das bei geringerer Induktion gesättigt ist als die Hauptkerne, also beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung.
• Man kann die Wirkung der Drossel D und des Hilfskerns H in einer einzigen Vorrichtung vereinigen und den Hilfskern so bemessen, daß er im unteren Bereich des Primärstromes I in die Hauptkerne Ki und K2 Vorma-gnetis,ierungsenergie hineinliefert, also für "diese als Strorrigenerator arbeitet, im oberen Bereiche von I hingegen einen Teil ihrer Vormagnetisierungsenergie aufnimmt, also wie eine Drossel wirkt, wobei sich die Stromrichtung des Hilfskernstromes IH gegenüber dem unteren Bereich von I umkehrt. Die Flußrichtung in der Drossel bleibt natürlich hierbei dieselbe, indem dieser Fluß im ganzen Bereich von I gleichförmig ansteigt. Durch geeignete Bemessung der Windungszahlen und Querschnitte ist der Umkehrpunkt gegenüber dem Strom I frei wählbar. Man kann deshalb den Wandler so bemessen, daß der Umkehrpunkt nahezu oder genau mit W (Abb. i) zusammenfällt.
• Durch die Forderung, daß der Umkehrpunkt mit dem Wendepunkt zusammenfällt, ist der Sättigungsbereich des Hilfswandlers festgelegt. Bei sehr geringen Primäramperewindungen ist es deshalb nicht mehr möglich, den Hilfswandler in einen genügend flachen Teil der Magnetisierungskurve zu bringen. Es empfiehlt sich deshalb hier, gemäß Abb. 4., dem Hilfskern Hl durch einen zweiten zu H1 parallel geschalteten Hilfskern H2 eine weitere Vormagnetisierung zu liefern, welche im Umkehrpunkt zu der des Primärstromes I hinzukommt. Der Hilfskern H2 arbeitet hierbei am günstigsten, wenn er etwa dieselbe Sättigung besitzt wie der Hauptkern, d. h. wenn seine Windungszahl zu der der Achterwicklung sich umgekehrt wie sein Querschnitt zu der Summe der Querschnitte der beiden Hauptkerne verhält. Hierbei dürfte es sich empfehlen, daß der Hilfskern H2 aus dein gleichen Material hergestellt ist wie die Hauptkerne.
• In allen diesen Fällen verhält sich der belastete eigenvormagnetisierte Wandler mit Begrenzungsdrossel und vor allem der mit einem öder zwei Hilfskernen etwa genau so wie ein gewöhnlicher Wandler, in dessen Magnetisierungskurve das Koordinatsystem aus dem Symmetriepunkt in den steilsten Bereich, d. h. in die Nähe des Wendepunktes W (Abb. i) verlegt ist, wo, wie bereits erwähnt, die Fehler am kleinsten sind. Hierdurch wird eine wesentliche Verbesserung des ganzen Wandlers durch Erhöhung seiner Genauigkeit unter Ersparnis von Material 'erzielt. Die richtige Abstimmung und günstigste Wahl des Arbeitsbereiches von Stromwandlern mit _Eigenvormagnetisierung ist um so bedeutsamer, je geringer die Primäramperewindungen sind, da hiermit ein immer beträchtlicherer -Anteil von Amperewindungen pro Zentimeter in Vormagnetisierung umgesetzt wird, jede Verstimmung also zu großen Fehlern führen muß und außerdem der Fehlerunterschied zwischen Belastung und Kurzschluß umgekehrt proportional der Amperewindungszahl pro Zentimeter steigt. Die Bemessungsregeln gemäß der Erfindung haben deshalb von etwa 5 Amperewindungen pro Zentimeter abwärts besondere Vorteile.

Claims (9)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Stromwandler, insbesondere Stabwandler, mit geteiltem Eisenkern mit Eigenvormagnetisierung durch die beiden Meßwicklungsteile mit verschiedener Windungszahl, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kernteile beim Kurzschließen der Bürde im gleichen Bereich einer Magnetisierungskurve arbeiten unter Berücksichtigung der Beziehung, daß in beiden Kernteilen das Produkt aus Induktion, Windungszahl und Querschnitt dein absoluten Wert nach übereinstimmt.
2. 2, Stromwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kernteile aus dem gleichen Material bestehen und dieselbe Flußdichte besitzen, wobei sich die Querschnitte der beiden Kernteile nahezu oder genau umgekehrt wie die entsprechenden Sekundärwindungszahlen verhalten.
3. 3. Stromwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kernteile aus hochwertigem magnetischem Material besteht und die Vormagnetisierung so gewählt ist, daß in beiden Kernteilen etwa die gleiche Feldstärke herrscht.
4. 4. Stromwandler nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormagnetisierung im normalen Arbeitsbereich des Primärstromes im bzw. nahe am Wendepunkt der Magnetisierungskurve liegt.
5. 5. Stromwandler nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderlichkeit der Vormagnetisierung durch eine bei einer bestimmten Stärke des Primärstromes bereits gesättigte Drossel über eine Achterwicklung mit nahezu oder genau gleichen Windungszahlen auf den beiden Hauptkernteilen begrenzt ist.
6. 6. Stromwandler .nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderlichkeit der Vormagnetisierung durch einen höher gesättigten, vom Primärstrom mitmagnetisierten Hilfskern über eine Achterwicklung mit nahezu oder genau gleichen Windungszahlen auf den beiden Hauptkernteilen begrenzt ist.
7. 7. Stromwandler nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel bzw. der Hilfskern aus einem Material mit geringerem Sättigungsgrad wie der Hauptkern, beispielsweise aus einer Eisen-Nickel-Legierung besteht. B.
8. Stromwandler nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskern durch einen zweiten vom Primärstrom mitmagnetisierten Hilfskern vormagnetisiert ist.
9. 9. Stromwandler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des zweiten Hilfskernes zum jesaintquerschnitt der Hauptkerne sich etwa umgekehrt wie seine Windungszahlen zu der der Achterwicklung verhält. io. Stromwandler nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hilfskern aus dem gleichen Material wie die Hauptkerne besteht. i i. Stromwandler nach Anspruch 6. bis io, dadurch gekennzeichnet, daß der Umkehrpunkt des Stromes in der Achterwicklung beim Kurzschließen der Bürde mit dem Wendepunkt der Magnetisierungskurve nahezu oder genau zusammenfällt. 1a. Anordnungen nach Anspruch i bis i i, gekennzeichnet durch Anwendung bei Wandlern, deren Primäramperewindungszahlen pro Zentimeter Eisenweglänge bei Nennstrom weniger als 5 betragen.