stromwandler und strommessung

stromwandler und strommessung

Die Ströme im Spulenkreis sind von der Größenordnung einige hundert Ampere. Die Strommessung soll ein dem Augenblickswert des HF-Stroms proportionales Signal liefern. Diese Forderung scheidet alle Gleichrichter-, Thermokreuz- und ähnlichen Verfahren aus. Messungen mittels Bypass oder Spannungsmessung an einem bekannten ohm’schen Widerstand werden von dem bei 0,5 MHz bereits erheblichen induktiven Widerstand *) aller Teile des Leiterkreises gestört und würden aufwendige Kompensationsmaß- nahmen erfordern. So bietet sich als einfache Methode die Strommessung mit Stromwandler an, die zusätzlich noch eine Potentialtrennung zwischen HF-Kreis und Meßschaltung bewirkt.

Käufliche Stromwandler reichen bei 500 kHz bis maximal 140 A Stromamplitude bei 50% ED. Deshalb wurde ein Stromwandler für primär 1000 A ( peak) entwickelt mit einem Ubersetzungsverhältnis von 1:10’3 und einer Empfindlichkeit von 200 A (prim) / V ( sek).

Diese Empfindlichkeit erlaubt es, den nachfolgenden Symmetrieund Impedanzwandler gut auszusteuern. Der Wandler besteht aus 3 hintereinander geschalteten Ringkernen von Valvo aus Ferroxcube 3E1 von 36 mm a~, 23 mm i~ und 15mm Höhe (Kernfarbe grün). Die Bewicklung besteht aus je einer Primärwindung und 10 Windungen sekundär, auf dem direkt auf den HF-Leiter aufgeschobenen Kern aus Kupfervolldraht 4°, auf dem zweiten Kern 1,5°. Der Lastwiderstand am 3.Kern ist 5n,4W.

Die Aufteilung des Ubersetzungsverhältnisses auf 3 Stufen zu je 1:10 wird erzwungen durch die Spulenresonanz. Ferroxcube 3E1 hat eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante, die für den verwendeten Kern bei 0,5 MHz zu einer Spulenkapazität von etwa 1pF!Windung führt. Bei 10 (20) Windungen liegt die Spulenresonanz bei etwa 2,5 (0,9) MHz. Eine Aufteilung des Ubersetzungsverhältnisses von 1:1000 auf zwei Kerne mit 31 und 32 Windunqen (exakte Ubersetzung 1:992) würde wegen der Resonanz zu viel zu hohen Stromablesungen führen. Dies wurde experimentell bestätigt.stromwandler und strommessung

Nicht nur das Ubertragungsverhältnis des Wandlers, auch die Phasenverschiebung des Signals, die im Idealfall weit unter der Resonanz 1800 zwischen Eingang und Ausgang beträgt, wird in der Nähe der Resonanz beeinflußt und vor allem stark frequenzabhängig IJ1J • Kleine Frequenzänderungen des Senders würden somit unkontrolliert die bei der Signalverarbeitung entstehende zusätzliche Phasenverschiebung 4lJ und damit , Gl. (8), verändern. Bei zehn Sekundärwindungen auf dem Kern ist der zusätzliche Phasenfehler dagegen< 10 pro Kern und praktisch frequenzunabhängig.

Es wurde überprüft, daß der Kern nicht in die Sättigung läuf~ vgl. z.B. [12J, [13J •

Eine Abschirmung des Stromwandler bzw. mindestens des Primär~ kerns mit einem Kupfergehäuse gegen kapazitiv eingestreute Störungen aus dem Primärkreis wurde nach ersten Versuchen aufgegeben, da wegen des hohen HF-Stroms und des geringen Abstandes zwischen Abschirmung und HF-Kreis eine beträchtliche Wirbelstromheizung des Abschirmgehäuses eintrat (Temperaturanstieg ca. 30~min gemessen, gerechnet 250 C!min). Zur Kühlung des Primärkerns und der ersten Sekundärwicklung innerhalb des HF-Kreisabschirmgehäuses wurde ein kleiner Axiallüfter verwendet.

Vergleichsmessungen des beschriebenen Stromwandler mit einem CT-5-Hochstromtransformator von Tektronix bei 0,5 MHz bis zur erlaubten Höchststromstärke von 140 A (peak) für den CT-5 ergaben identische Werte für die Stromamplituden. Die Phasenlage der Ausgangssignale wurde nicht verglichen.

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