DE1020731B

DE1020731B - Kapazitiver Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator

Info

Publication number: DE1020731B
Application number: DEM28427A
Authority: DE
Inventors: Otto Graul
Original assignee: Messwandler Bau GmbH
Current assignee: Messwandler Bau GmbH
Priority date: 1955-10-10
Filing date: 1955-10-10
Publication date: 1957-12-12

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, dem ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer Drosselspule geschalteter Spannungstransformator parallel liegt.

Bei derartigen Wandlern besteht bei bürdenfreiem oder bei nicht genügend ausgebürdetem Betrieb die Gefahr, daß die ganze Schaltanordnung bei Überschreiten von bestimmten Spannungswerten zu Kippschwingungen angestoßen wird, welche dann mit der Eigenfrequenz des Unterspannungskreises, bestehend aus dem Unterkondensator des Teilers, der Induktivität der zusätzlichen Drossel und der Leerlauf induktivität des Spannungstransformators, unterfrequent weiterschwingen, da durch das Fehlen der ausreichenden Bürde die Dämpfung gering ist. Hierdurch wird aber die Form der Spannungskurve auf der Sekundärseite stark beeinflußt, ein Spannungsmeßinstrument zeigt einen zu hohen Wert an, der aus der eigentlichen Sekundärspannung, welche der herrschenden Hochspannung in Frequenz und Größe entspricht, und einer überlagerten niederfrequenten Spannung resultiert, die im Hochspannungskreis gar nicht vorhanden ist. Als Folge davon wird bei angeschlossenen Spannungsmessern eine zu hohe Hochspannung vorgetäuscht, wobei angeschlossene Wattmeter praktisch richtig anzeigen. Es ist bekannt, derartige unterfrequente Schwingungen dadurch zu verhindern, daß man die Sekundärbürde des Wandlers durch einen zusätzlichen ohmschen Widerstand vergrößert, dessen Ohmwert jedoch bei allen Frequenzen gleich ist und der auch dann als Belastung wirkt, wenn eine Dämpfung im Normalbetrieb nicht erforderlich wäre. Außerdem ist auch bekannt, bei einem kapazitiven Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, an dessen Unterkondensator ein Spannungstransformator liegt, Mittel vorzusehen, um auftretende unterfrequente Störschwingungen zu unterdrücken, während Strom von der Arbeitsfrequenz hierdurch nicht beeinflußt wird. Bei diesem Wandler wird jedoch ebenfalls zur Dämpfung der unerwünschten unterfrequenten Schwingungen ein ohmscher Widerstand verwendet; die nachteiligen Wirkungen dieses Widerstandes sollen hierbei dadurch kompensiert werden, daß ein besonderer Kompensierungstransformator parallel geschaltet wird. Mit dieser Maßnahme werden aber lediglich Kippschwingungen unterdrückt, die nicht symmetrisch sind, d. h. bei welchen die Ströme primär- und sekundärseitig verschieden sind. Bei einer symmetrischen Stromverteilung hingegen ist keine Dämpfung für Störschwingungen vorhanden.

Alle Nachteile der geschilderten bekannten Wandler werden sehr einfach dadurch vermieden, daß gemäß der Erfindung der Primär- und/oder Sekundärwick-Kapazitiver Spannungswandler
mit geerdetem Teilerkondensator

Anmelder:

Messwandler-Bau G.m.b.H.,
Bamberg, Nürnberger Str. 225

Otto Graul, Bamberg,
ist als Erfinder genannt worden

lung des Transformators oder Teilen dieser Wicklungen mindestens eine eisengeschlossene Drosselspule parallel geschaltet ist, deren magnetischer Kreis so bemessen ist, daß unterhalb der Betriebsfrequenz des Wandlers Sättigung eintritt, wodurch die unterfrequenten S tor schwingungen unterdrückt werden.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist es, daß, wenn die normale Netzbürde angeschlossen ist und als Folge von deren Dämpfung die Betriebsfrequenz herrscht, die Drossel oder Drosseln nur als kleine, praktisch nicht maßgebende Zusatzbürde wirkt oder wirken. Treten dann unterfrequente Schwingungen mit etwa gleicher Spannung auf, z. B. mit 25 oder 16²/s Hz, dann sind die Kerne der Drosselspulen wesentlich höher gesättigt, und die Induktivität und damit auch der induktive Widerstand nimmt so stark ab, daß die Bürde so erhöht wird, daß die auftretenden unterfrequenten Schwingungen unterdrückt werden.

Diese Drosseln können unter Verwendung eines Kernmaterials hergestellt sein, das einen relativ scharfen Knick bei Erreichung der Sättigung besitzt, beispielsweise aus hoch nickelhaltigen Blechen. Dieser Knick kann gemildert werden, wenn man diesen Blechen noch siliziertes Transformatorenblech beimischt.

Eine Drossel nach der Erfindung kann erforderlichenfalls eine anzapfbare Sekundärwicklung aufweisen, die als Abgleicherregung für den Ausgleich des Übersetzungsfehlers und/oder des Fehlwinkels der Gesamtanordnung dient.

Die Drossel nach der Erfindung kann für den Wandler bei 50 Hz unter Umständen auch eine Belastung darstellen, praktisch etwa in der Größenordnung von 15 bis 20 VA und mit einem induktiven Leistungsfaktor von etwa 0,1. Sollen Wandler hergestellt werden, die eine große Genauigkeit haben, also z. B. Wandler der Klasse 0,2, dann kann diese besagte induktive Vorbelastung unerwünscht sein.

709 809/142

Claims

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in solchen Fällen zu der oder den eisengeschlossenen Drosselspulen z. B. eine Kapazität parallel geschaltet, die so bemessen ist, daß sie bei Betriebsfrequenz, beispielsweise bei 50 Hz, etwa denselben Strom aufnimmt wie die Drossel. Bei nahezu gleichen Stromaufnahmen bei Betriebsfrequenz hat das System Drosselspule mit parallel geschaltetem Kondensator einen sehr hohen Widerstand von mehreren tausend Ohm, so daß praktisch keine Vorbelastung des Wandlers besteht. Erfindungsgemäß braucht nicht unbedingt so weit kompensiert zu werden, daß die Stromaufnahme von Drossel und Kondensator gleich ist; es genügt vielmehr, daß der resultierende Strom, der, weil beide Ströme um etwa 180° phasenverschoben sind, deren arithmetrische Differenz darstellt, sich in gewünschten Grenzen hält. In diesem Fall ist im normalen Betrieb bei 50 Hz der Wandler praktisch nicht belastet, aber im Moment des Eintretens von unterfrequenten Kippschwingungen durch die Verstimmung des 50-Hz-Resonanzkreises so stark belastet, daß die niederfrequenten Schwingungen von 16 bis 25 Hz nicht bestehen können. Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den beiliegenden Schaltbildern sowie aus der folgenden Be-Schreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung nach der Erfindung mit einer der Sekundärwicklung des Spannungstransformators parallel geschalteten Drossel und Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schaltung nach der Erfindung mit einer der Primärwicklung des Spannungstransformators parallel geschalteten Drossel und Kondensator. Die an 1 liegende Hochspannung führt über die Oberkondensatoren 2 des Teilerkondensators zum Unterkondensator 3 und von diesem zur Erde. Zwischen den Oberkondensatoren 2 und dem Unterkondensator 3 ist eine zusätzliche Drossel 6 angeschlossen, deren anderer Pol an der Oberspannungswicklung 8 des Spannungstransformators liegt. Der andere Pol dieser Wicklung ist mit Erde verbunden. Die Drossel 43 liegt an der Niederspannungsseite 26 des Spannungstransformators und bildet, wie zuvor beschrieben, eine Art stark frequenzabhängiger Zusatzbürde. Die Klemmen 33 und 34 dienen zum Anschluß der regulären Bürde. In der Schaltung nach Fig. 2 ist diese Drossel 43 der Primärwicklung 8 des Spannungstransformators parallel geschaltet. In gestrichelten Linien ist ein zusätzlich parallel geschalteter Kondensator 44 angedeutet, dessen Funktion eingangs beschrieben wurde. Ein solcher Kondensator kann nach der Erfindung auch der im Sekundärkreis liegenden Drossel 43 nach Fig. 1 parallel geschaltet werden. Paten ta ν s ρ p. C c h e:

1. Kapazitiver Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, dem ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer Drosselspule geschalteter Spannungstransformator parallel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär- und/oder Sekundärwicklung des Transformators oder Teilen dieser Wicklungen mindestens eine eisengeschlossene Drosselspule parallel geschaltet ist, deren magnetischer Kreis so bemessen ist, daß unterhalb der Betriebsfrequenz des Wandlers Sättigung eintritt.

2. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Drossel bzw. Drosseln aus hoch nickelhaltigem Material besteht.

3. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mischkerne aus normal silizierten und nickelhaltigen Kernblechen verwendet werden.

4. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel eine erforderlichenfalls anzapfbare Sekundärwicklung aufweist, die als Abgleicherregung für den Ausgleich des Übersetzungsfehlers und/ oder des Fehlwinkels der Gesamtanordnung dient.

5. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der oder den eisengeschlossenen Drosselspulen eine Kapazität parallel geschaltet ist, die so bemessen ist, daß sie bei Betriebsfrequenz, beispielsweise bei 50 Hz, etwa denselben Strom aufnimmt wie die Drossel bzw. daß sich zumindest die gegenphasigen, von Drossel und Kondensator aufgenommenen Ströme so weit kompensieren, daß der resultierende Strom in gewünschten Grenzen bleibt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 882 450;
Buch: »Meßwandler« von R Bauer, 1953, Berlin.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen