250 V Wechselspannungssensor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Indikatoren, Sensoren, Detektoren

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Strom- und Spannungssensoren werden am häufigsten zur Messung von Wechselströmen und -spannungen mit einer industriellen Frequenz von 50 Hz verwendet. Der Einsatz von Strom- und Spannungssensoren mit galvanischer Trennung auf Basis des Hall-Effekts von LEM, einem Monopolisten in diesem Bereich, ist für diese Zwecke aufgrund der großen Eingangsströme für Spannungssensoren (10...20 mA) unpraktisch Großer Fehler in der Größenordnung von 1 % der oberen Werte von Maßstab, Komplexität und hohen Kosten [1]. Der Vorteil von Sensoren, die den Hall-Effekt nutzen, ist die Möglichkeit, konstante Ströme und Spannungen zu messen.

Die geeignetste Methode zur Messung von Wechselströmen und -spannungen ist der Einsatz von Strom- und Spannungswandlern mit einer benutzerfreundlichen elektronischen Signalverarbeitungsschaltung. Der Transformator wandelt die Spannung über den gesamten Bereich mit demselben Fehler um, sei es Hunderte Volt oder Einheiten von Mikrovolt. Die Signalleistung eines Transformators der kleinsten möglichen Größe ist mehrere Größenordnungen größer als die Signalleistung des Hall-Sensors. Dadurch ist es möglich, Spannungssensoren mit einem Eingangsstrom von 1 mA und Stromsensoren mit einer Skala von 0,5 A und einem Fehler von 0,1...0,5 % zu realisieren.

Bei der Messung von Wechselströmen und Spannungen mit Sensoren, die auf dem Hall-Effekt basieren, kann der Fehler durch das Abschneiden des Gleichanteils mit einem Kondensator deutlich reduziert werden, was den Sensor jedoch zusätzlich verkompliziert und unpraktisch ist.

Um den Aufbau zu vereinfachen und die Abmessungen zu reduzieren, wird beim vorgeschlagenen Spannungssensor anstelle eines Spannungswandlers ein Stromwandler mit zusätzlichem Widerstand verwendet (Abb. 1).

Der Sensor hat folgende Eigenschaften:

• Eingangsspannung ...... 0...250 V
• Eingangsstrom (bei einer Spannung von 250 V) ....... 1 mA
• Ausgangsstrom (bei einer Spannung von 250 V) ....... 5 mA
• Lastwiderstand......0...1 kOhm
• Fehler vom Messwert im Messbereich von 25 V bis 250 V.......nicht mehr als 0,1 %
• Versorgungsspannung......±15 V

Der Zusatzwiderstand besteht aus drei Widerständen R1R3 und bestimmt den Eingangsstrom des Sensors. Der Widerstand R1 ist präzise mit einem Fehler von 0,5 %, die Widerstände R2, R3 dienen zur Auswahl des Wertes des Zusatzwiderstands, die Auswahl erfolgt durch Kurzschließen der Widerstände R2, R3.

Die maximale Verlustleistung der Widerstände R1R3 beträgt nicht mehr als 0,25 W. Der Hauptfehler wird durch die Genauigkeit der Auswahl der Widerstände R1-R3 bestimmt. Der zusätzliche Fehler wird durch den TKS der Widerstände R1-R3 bestimmt.

Das Signal der Sekundärwicklung 3 des Transformators T1 wird dem Eingang des Operationsverstärkers A1 zugeführt. Um die Restmagnetisierung des Kerns zu beseitigen und den Frequenzgang zu verbessern, ist der Verstärker mit einer negativen Magnetflussrückkopplung ausgestattet. Das Ausgangssignal A1 erzeugt einen Ausgangsstrom in Wicklung 2, der im Kern einen magnetischen Fluss erzeugt, dessen Größe dem durch den Eingangsstrom erzeugten magnetischen Fluss entspricht und dessen Richtung entgegengesetzt ist.

Der Sensor hat einen Stromausgang (der Ausgangsstrom ist unabhängig vom Lastwiderstand):

Iout=IinW1/W3,

wobei W1 die Windungszahl von Wicklung 1 ist, W3 die Windungszahl von Wicklung 3 ist.

Der Transformatorkern besteht aus L-förmigen Platten und hat die Abmessungen 30×22×5 mm (5 mm ist die Dicke des Satzes). Die Wicklungen 1, 2 enthalten jeweils 2000 Windungen PEV-0,1-Draht, Wicklung 3 enthält 400 Windungen PEV-0,2-Draht.

Abbildung 2 zeigt eine Version des Sensors mit gleichgerichtetem Stromausgang.

Der Sensor hat folgende Eigenschaften:

• Eingangsspannung ...... 0...250 V
• Eingangsstrom (bei einer Spannung von 250 V) ....... 1 mA
• Ausgangsstrom (gleichgerichtet, Scheitelwert) ....... 10 mA
• Lastwiderstand......0...620 Ohm
• Fehler vom Messwert im Messbereich von 25 V bis 250 V.......nicht mehr als 0,5 %
• Versorgungsspannung......±15 V

Das Wechselsignal vom Widerstand R4 wird dem Eingang eines Präzisionsgleichrichters zugeführt, der nach einer Standardschaltung aus Operationsverstärker A2 und Dioden V1, V2 aufgebaut ist. Signale von den Dioden V1, V2 werden den Eingängen des Spannungs-Strom-Wandlers zugeführt, der auf dem Operationsverstärker A3 und dem Transistor M3 aufgebaut ist. Damit der Ausgangsstrom unabhängig vom Lastwiderstand ist, muss die Gleichung R11/R9=R12/R10 erfüllt sein. Die Einstellung des Sensors besteht darin, den Ausgangsstromwert bei einem Eingangsstrom von 1 mA einzustellen, indem der Wert des Widerstands R4 ausgewählt wird.

Литература:

1. Prospekt der Firma "LEM".

Siehe andere Artikel Abschnitt Indikatoren, Sensoren, Detektoren.

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