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Einrichtung zur Kompensation der Streureaktanz bei Kaskadenwandlern
oder Stufendrosselspulen Bei Kaskad.n"vandlern oder Stufendrosselspulen ist die
Streureaktanz ungefähr der Anzahl der einzelnen Stufenglieder proportional. Dies
hat den 'Nachteil, daß nur geringe Leistungen für die Messungen entnommen werden
dürfen, da sonst die gegebenen Fehlergrenzen überschritten werden. Die Belastungsfähigkeit
von Kaskadenwandlern oder Stufendrosselspulen ist daher geringer als bei -Meß-%vandlern
normaler Bauart.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Beseitigung der Streureaktanz.
Hierzu ist bei einer Ausführungsform der Erfindung in den Sekundärkreis des Kaskadenwandlers
oder der Stufendrosselspule in Reihe zur Last eine Kapazität gelegt. Der Erfindungsgedanke
läßt sich auch in der U'eise verwirklichen, daß in einen über eine Sekundärwicklung
eines Stufengliedes und eine Wicklung eines anderen Stufengliedes verlaufenden Kreis
oder in mehrere derartiger Kreise je eine Kapazität gelegt wird. Diese letztere
Anordnung kann gleichzeitig neben der zuerst genannten Ausführung Anwendung finden.
Die Einfügung der Kompensationskapazität in den betreffenden Kreis kann mittels
eines Hilfstransformators erfolgen. Bei Wahl eines geeigneten Übersetzungsverhältnisse,
wird hierdurch erreicht, daß die erforderliche Größe des verwendeten Kondensators
wesentlich kleiner ist, als wenn man ihn unmittelbar einfügt. Die neue Einrichtung
ermöglicht eine teilweise oder auch vollständige Kompensation der sekundären und
auch der primären Streureaktanz.
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Es ist bekannt, bei einfachen Wandlern zum Zwecke der Kompensation
des Phasenfehlers an die Sekundärwicklung parallel zur sekundären Last eine Kapazität
anzuschließen oder neben der eigentlichen Sekundärwicklung noch eine zweite, mit
einem Kondensator belastete Sekundärwicklung vorzusehen. Mit dieser Anordnung ist
es jedoch im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand nicht möglich, die Streureaktanz
zu kompensieren. Der Wesensunterschied des Erfindungsgegenstandes gegenüber dem
Bekannten ergibt sich übersichtlich aus den diesen Anordnungen entsprechenden reduzierten
Schaltungen nach Abb. 6 und 7 und den zugehörigen Vektordiagrammen nach Abb.6a und
7a.
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Bei der bekannten Anordnung nach Abb. 6 liegt parallel zur sekundären
Last, die den Strom J_" aufnimmt, eine Kapazität, die den Strom J., führt. Dieser
Strom eilt der Sekundärspannung E2 um 9o° vor und hat einen inneren Spannungsabfall
J'., # Zk in dem Wandler zur Folge, wobei ik dessen Kurzschlußimpedanz
ist.
In dem Spannungsdiagramm nach Abb.6a führt der Vektor J2, # Zk von dem Endpunkt
des Vektors dei# Sekundärspannung & zu dem Punkt A. Der sekundäre i\Tetzstrom
I2" bedingt einen inneren Spannungsabfall I2" # Z", der zu dem Vektor J,1 # Zk
zu addieren ist und von dem Punkt A zu dem Punkt B führt, wodurch
man den Vektor der Primärspannung El erhält. Der Punkt A bildet den Drehpunkt für
den Vektor J2" # Zk, dessen Spitze B bei Änderung der sekundären Phasenverschiebung
auf dem Kreisbogen CD wandert und der bei cos cp2 - i mit AD und bei
cos 92 = o mit AC zusammenfällt. Die jeweilige Lage des Punktes B auf dem
Kreisbogen CD bestimmt die Größe des Leistungsfaktors cos (p2, den Spannungsabfall
El - E2 und den Winkelfehler A (p2. Wie aus dem Diagramm hervorgeht, ist
bei der Anordnung nach Abb.6 die Kurzschlußimpedanz und damit auch die Streureaktanz
unabhängig von der Größe der parallel zur Last geschalteten Kapazität.
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Demgegenüber ist bei dem Erfindungsgegenstand infolge der Reihenschaltung
der zusätzlichen Kapazität (Abb.7) die Kurzschlußimpedanz von der Größe der Kompensationskapazität
abhängig und wird bei vollständiger Kompensation der Streureaktanz zu einem Ohmschen
Widerstand. Dieser Fall ist in dem zur Schaltung nach Abb.7 gehörenden Diagramm
der Abb.7a angenommen. An den Vektor 0A der Sekundärspannung E.., schließt sich
unmittelbar der Vektor AB - J2" # Z" an. Dieser ist bei vollständiger Kompensation
der Streureaktanz, wie dargestellt, in Phase mit dem Vektor des Sekundärstromes
J2". Der Kreisbogen C D
bildet wieder den geometrischen Ort für den Endpunkt
des Vektors J2" # Zk in dem Bereich von cos cp2 - i bis Cos cp2 = o.
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Da bei der neuen Schaltung die Streureal-,tanz vollständig oder zu
einem Teil kompensiert wird, so ist die Kurzschlußimpedanz Z" und somit auch der
innere Spannungsabfall 41 # Zk kleiner als bei der bekannten Anordnung.
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Hierdurch wird eine besonders günstige Beeinflussung des Fehlwinkels
und des Spannungsabfalles erreicht, die sich, wie aus dem Diagramm hervorgeht, mit
der bekannten Anordnung in dieser Weise nicht erzielen läßt.
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Einige Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der
Zeichnung dargestellt.
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1n Abb. i ist eine Stufendrosselspule mit Ausgleichswicklungen veranschaulicht.
Die letzte Stufe ist als Spannungswandler ausgebildet. Sie besitzt eine Sekundärwicklung
i, an welche ein Meßgerät 2 angeschlossen ist. In diesen Sekundärkreis ist in Reihe
zu dem Meßgerät a die zur Kompensation der Streureaktanz dienende Kapazität 3 eingeschaltet.
Eine ähnliche Anordnung zeigt Abb. z. Bei dieser Ausführung -ist jedoch die Kompensationskapazität
3 über einen Hilfstransformator a. in den Sekundärkreis gelegt. Die Sekundärseite.
des Hilfstransformators 4 hat höhere Spannung als die Primärseite. Dadurch wird
bei gleicher Größe der Kapazität die Stromaufnahme des Kondensators vergrößert,
die Kapazität ist also wirksamer.
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Man kann auch mehrere Kapazitäten zur Kompensation der Streureaktanz
verwenden. Abb.3 zeigt beispielsweise eine Anordnung mit je einer Kapazität für
jedes Wandler-oder Drosselspulenglied. Die einzelnen Kapazitäten sind hierbei jeweils
in einen Kreis eingefügt, der über zwei als Ausgleichswicklungen dienende Sekundärwicklungen
zweier Stufenglieder geführt ist. Dies kann, wie dargestellt, mittels Hilfstransformatoren
geschehen, doch sind die Hilfstransformatoren nicht notwendig.
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Wie die Erfindung bei Kaskadenstrotnwandlern anzuwenden ist, zeigen
die Abli. 4. und 5. Gemäß Abb.4 wird eine Kapazität an die Sekundärwicklung in Reihe
zu dem Meßgerät gelegt. Es kann statt dessen oder auch gleichzeitig damit in den
über die Sekundärwicklung 5 des einen Stufengliedes und über eine Wicklung des anderen
Stufengliedes geführten Kreis eine Kapazität eingefügt werden. Die Kapazität 6 kann
auch auf die beiden Verbindungsleitungen zwischen den beiden Stufengliedern aufgeteilt
werden, so daß die beiden Verbindungsleitungen zwischen den Wicklungen 5 je eine
Kapazität enthalten. Zwar verringert sich dadurch die Wirksamkeit der Gesamtkapazität,
dafür können aber die verschiedenen Eisenkernen angehörenden Spulen verschiedenes
Potential annehmen, was zur Beherrschung der Potentialunterschiede zwischen den
Eisenkernen und Wicklungen unter Umständen von Wert ist.
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Abb.5 zeigt bei einem Kaskadenstromwandler die Verwendung eines Hilfstransformators
4, welche der in Abb. a für Spannungswandler dargestellten Schaltung entspricht.
Bei Stromwandlern kann ebenso wie bei Spannungswandlern die Kompensationskapazität
auf eine oder mehrere Sekundärwicklungen verteilt werden.