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.Current transformers, especially bar transformers, with a split iron core
Self-pre-magnetization by the two measuring winding parts with different numbers of turns
It is known for current transformers with split iron cores and different numbers of secondary turns
an alternating current self-bias and thus an improvement in errors
to achieve. When dimensioning such converters, assumptions have been made so far,
which by no means form the prerequisites for achieving optimal conditions.
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.The invention is based on the knowledge that the cheapest
Dimensions can only be achieved if the two core parts are dimensioned in such a way that
that in them when the burden is short-circuited almost or exactly the same premagnetization
prevails. The work of the two core parts in short-circuiting the burden in the same
The area of a magnetization curve takes into account the relationship
that in both core parts the product of induction, number of turns and cross-section
coincides with the absolute value. This condition is particularly important for converters
with a low number of ampere-turns, e.g. B: for rod transducers, of great importance,
that, just like with single-core converters, it produces constant error curves. Here is
the field strength is decisive for the premagnetization. On the other hand, if you consider simplicity
For the sake of dimensioning the pre-magnetization, induction is the basis, then
the equality of the pre-magnetization in both core parts is achieved in that
their cross-sections almost or exactly the opposite of the corresponding number of secondary turns
behavior. It is assumed that the two core parts are the same
Material. But it can be especially smaller in some circumstances
Dimensions also be appropriate, the one core part made of high quality magnetic
To make material, while ordinary iron sheet is used for the other.
Then the rule no longer applies that the cross-sections are reversed as
the number of turns should behave, but it is only necessary to ensure that the
Field strengths are the same.
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.The transducer dimensioned in this way behaves similarly to a normal single-core transducer,
in its magnetization curve the field sizes not from the point of symmetry o ,, but
count from the values 2k, .5k of the premagnetization (Fig. i). Are with
23k and S5k the induction or the field strength of the premagnetization in the case of a short-circuited
Called burden. These values are in the event of changes
of the primary current
mutable in itself. As a result, a new coordinate data reference point is created for each measuring point,
from which the values of the load induction 2 "L and the load field strength S5,"
be expected. The resulting permeability, u, ", i.e. the ratio
the mean stress induction 93 "and stress field strength 5. 'of the two nuclei
therefore becomes all the greater; the steeper the magnetization curve in the area of the premagnetization
runs. It is steepest at the turning point W and in the vicinity of it,
while on the other hand the errors of the transducers are inversely proportional to ß. ankle-. gene.
For these reasons, the correct coordination of the cross-sections of the cores plays a role
to one another, the level of saturation for the premagnetization is also significant
Role. The premagnetization is selected according to a further feature of the invention so that
that they. in the normal working range of the primary current, d. h: between o, i and i, o
or i, - the value of the nominal current at or near the turning point of the magnetization curve
lies.
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.In the case of the transducer's own bias, the bias is generally always proportional to the primary ampere-turns per centimeter. These change according to the VDE regulations. for converters of class o, 2, o, 5 and i, o between 0.1 -'- IN and i, 2 AN, if AN represent the primary nominal ampere turns per centimeter, i.e. in the ratio i: i2. The area of the steepest rise grouping around the turning point W_ (Fig. I) of a magnetization curve e, on the other hand, contains only a change in field strength in the ratio of approximately f- in the case of highly siliconized iron. 3, in the case of nickel iron even only: in a ratio of about i: 2 and below, so that the condition that the premagnetization in or near W for the entire range of the primary current cannot be met without further ado or only with a very rough approximation . Therefore, special measures are necessary to reduce the variability of the saturation or the field strength as far as possible and to limit it to the turning point W or its surroundings. This can be achieved by - as already suggested - either the variability of the pre-magnetization by coupling the two cores with a more saturated choke via a figure-of-eight winding (Fig. 2j or by coupling with a more highly saturated auxiliary core magnetized by the primary current (Fig. 3) - `limited, whereby in both cases exactly the same number of turns na must be implemented on the two main core parts. Alloy.
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.The effect of the choke D and the auxiliary core H can be combined in a single device and the auxiliary core can be dimensioned in such a way that it supplies premagnetic energy to the main cores Ki and K2 in the lower region of the primary current I, i.e. it works as a current generator for them , on the other hand, absorbs part of its bias energy in the upper range of I, i.e. acts like a choke, whereby the direction of the auxiliary core current IH is reversed compared to the lower area of I. The direction of flow in the choke remains the same, of course, as this flow in the entire area increases uniformly from I. By suitable dimensioning of the number of turns and cross-sections, the turning point can be freely selected with respect to the current I. The converter can therefore be dimensioned in such a way that the turning point coincides almost or exactly with W (Fig. i).
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.By requiring that the turning point coincide with the turning point,
the saturation range of the auxiliary converter is specified. At very low primary amp turns
it is therefore no longer possible to place the auxiliary converter in a sufficiently flat part
to bring the magnetization curve. It is therefore recommended here, as shown in Fig.
4., the auxiliary core Hl by a second auxiliary core H2 connected in parallel to H1
to deliver a further bias, which is at the reversal point to that of the primary current
I is added. The auxiliary core H2 works best when it is about the same
Saturation like the main nucleus, i. H. if its number of turns is equal to that of the figure eight winding
inversely like its cross-section to the sum of the cross-sections of the two main cores
behaves. Here it should be recommended that the auxiliary core H2 be made of the same
Material is made like the main cores.
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.In all of these cases the loaded self-biased one behaves
Converter with limiting throttle and especially the one with one or two auxiliary cores
about the same as an ordinary transducer with the coordinate system in its magnetization curve
from the point of symmetry into the steepest area, d. H. near the turning point
W (Fig. I) is relocated where, as already mentioned, the errors are smallest. Through this
becomes a substantial improvement of the whole transducer by increasing its accuracy
with saving of material 'achieved.
The right coordination and
best choice of the working range of current transformers with self-pre-magnetization
is all the more important, the lower the primary ampere turns, since this is a
increasingly considerable proportion of ampere-turns per centimeter in bias
is implemented, so every detuning must lead to major errors and moreover
the difference in error between load and short circuit is inversely proportional to the
The number of ampere turns per centimeter increases. The sizing rules according to the invention
therefore have particular advantages from about 5 ampere turns per centimeter downwards.