190346. lajstromszámú szabadalom • Villamos árammérő kapcsolás
1 190 346 A találmány tárgya villamos árammérő kapcsolás, amelyet különösen olyan áramok mérésére lehet használni, amelyeket áramerősségük vagy feszültségszintjük miatt nem lehet közvetlen méréstechnikai módszerekkel meghatározni. Ismeretesek olyan áramváltók, amelyeket nagy áramok átalakítására használnak, és az átalakított kis áramot közvetlenül mérik. Az ilyen áramváltók rendszerint a mérendő áramtól átjárt primértekercsből, mágneses magból és szekundértekercsböl állnak, mely utóbbi terheléssel van lezárva. A szekundértekercsben a priméráramnak megfelelő és az áramváltó átviteli karakterisztikája által meghatározott áram folyik. A primér- és szekundéráramok közötti valóságos viszony azonban ettől eltérő, mely eltérést áramváltó-hibának nevezik. Az áramváltó-hiba függ a terheléstől és csökkenő terhelőimpedancia esetén csökken. Az árammérés azonban meghatározott nagyságú teljesítményfelvétellel jár együtt, ezért a terhelést nem lehet tetszőlegesen kicsire választani. Az áramváltó hibáját tehát úgy lehet csökkenteni, ha a hibát befolyásoló egyéb paramétereket megfelelő módon figyeiembeveszik. Így például nagy kezdeti permeabilitású mágneses magot alkalmaznak. Az áramváltó-hiba csökkentésére az anyagjellemzők megválasztásán és a különböző kialakítási formákon túlmenően számos úgynevezett műkapcsolás ismeretes, amelyek vagy csak passzív, vagy aktív áramköri elemeket tartalmazhatnak. Az 1 303 532. sz. NSZK közzétételi iratból ismeretes például egy olyan hibakompenzált mérőátalakitó, amelyben a terheléstől függő veszteségeket messzemenően kompenzálják. A kompenzálás viszszacsatolt erősítővel és induktív csatolóelemmel történik. A csatolóelem a mérőátalakító úgynevezett utánzatát képezi, vagyis a két mágneses mag mágnesezési karakterisztikája azonos. Az erősítő az átalakító (áramváltó) belső terhelése által felvett teljesítményt az áramváltó és az induktív csatolóelem kivezérléstől függő feszültségeinek összehasonlítása alapján visszatáplálja az áramváltóba, és ezzel kompenzálja a fellépő hibát. Az erősítő ezzel nem az áramváltó által felvett mérési teljesítményt kompenzálja. Emiatt magát az áramváltót a terhelés által várhatóan felvett teljesítményre kell méretezni. A nagyobb mértékű rövidzárási áramok megfelelő méréséhez ezért nagyobb anyagráfordítással kell számolni. Ismeretesek továbbá elektronikus hibakompenzálással ellátott áramváltók, amelyeknél a szekundérkörbe olyan feszültséget táplálnak be, hogy az áramváltóban az indukció értéke zérushoz tart. Az ilyen áramváltók hibája gyakorlatilag független az áram és a terhelés változásaitól, mivel a terhelésen eső teljesítményt egy erősítővel kikompenzálják, és az áramváltót állandó mágneses munkapontban vezérlik ki. Az ilyen áramváltókat áramkomparátoroknak is nevezik, és ezek pontossága kis súlyuk ellenére is viszonylag nagy. Ezeknél az áramváltóknál a megszüntetendő induktivitás kijelzésére indikátortekercseket vagy Hali-szondákat alkalmaznak. Ilyen megoldást ismertetnek a 2 632 377. és a 2 621 302. sz. NSZK közrebocsájtási iratokban. A fenti áramváltók kialakításánál azonban ügyelni kell arra, hogy a fellépő szórás minimális legyen. Ezenkívül ennél a mérési elvnél nincs mód arra, hogy a már beépített, üzemelő áramváltókat tökéletesítsék. A találmány célja olyan villamos árammérő kapcsolás létrehozása, amely különösen nagy feszültségek mellett alkalmazható, és amelynek mérési pontossága kis anyagráfordítás mellett - még a túláramok tartományában is - igen nagy. A kitűzött célt a találmány szerint olyan villamos árammérő kapcsolás kialakításával értük el, amely két darab, legalább hasonló átviteli karakterisztikájú áramváltóból áll, amelyeknek szekundértekercseí egymással szembe vannak kapcsolva, az egyik áramváltó primértekercse a mérendő áramkörbe csatlakoztatható, a másik áramváltó primértekercse pedig aktív négypólus kimeneteivel van összekötve, mely aktív négypólus differenciál bemenetei a szekundértekercsek közös kapcsaival vannak öszszekötve. Ebben a villamos árammérő kapcsolásban a mérendő áram az első áramváltó primértekercsében folyik, míg a második áramváltó szekundértekercsében annak hatására folyó áram nagysága a mérendő árammal arányos, az aktív négypólust pedig a szekundértekercsek kapcsain megjelenő feszültség különbséggel vezérelhetjük. Az aktív négypólus előnyösen egy differenciál-erősítő. Az igen nagy áramerősségek méréséhez a találmány szerinti villamos árammérő kapcsolás mindkét áramváltója egy-egy második szekundértekerccsel van ellátva. Ezek a második szekundértekercsek oly módon vannak egymással összekötve, hogy a tekercsek egyik vége galvanikusan van egymással összekötve, másik végük pedig az aktív négypólus bemenetelre vannak csatlakoztatva. Különösen előnyös, ha a mérendő áramot vezető első áramváltót egyvezetékes, gyűrűmagos áramváltóként alakítjuk ki. A találmány szerinti villamos árammérő kapcsolás egy további előnyös kiviteli alakjánál mindkét áramváltót egy-egy második szekundértekerccsel látjuk el, amelyek egymással szembe vannak kapcsolva, és a szekundértekercsek összekapcsolt tekercsvégei változtatható frekvenciájú generátor kimenetével vannak összekötve. Ez a kapcsolás különösen előnyös egyenáramú mérések végzésére. Automatizált mérőhelyek létrehozásához és/vagy digitális jelfeldolgozáshoz a találmány szerinti villamos árammérő kapcsolást előnyösen úgy alakítjuk ki, hogy a második áramváltó primértekercsével váltakozóáramú kijelzőt és/vagy egyenirányító hídkapcsolást, például egy Grátz-kapcsolást kapcsolunk sorba, amelynek átlójába egyenáramú kijelzőt kapcsolunk. Többvezetékes rendszereknél történő felhasználás esetén előnyös, ha a találmány szerinti villamos árammérő kapcsolás első áramváltója zérus áramú mérőátalakító. Az aktív négypólus és a váltakozóáramú kijelző között esetenként szükséges galvanikus elválasztást úgy valósítjuk meg, hogy a találmány szerinti árammérő kapcsolást egy harmadik áramváltóval egészítjük ki, amelynek primértekercsét az aktív négypólus kimenetére csatlakoztatjuk, szekundér-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
