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Anordnung zur Messung des Phasen- und des Übersetzungsfehlers von
Transformatoren, vorzugsweise Meßwandlern. Die für die Prüfung von Meßwandlern auf
Genauigkeit des übersetzungsverhältnisses und der Phase bisher angewendeten Met
hoden litten an dem Mangel, daß das Ergebnis der Messung nicht unmittelbar ablesbar
war. Die abgelesenen einzelnen Größen werden rechnerisch ausgewertet. Durch die
Erfindung wird nun erreicht, daß für jede Belastung beide zu bestimmende Fehlergrößen
in derselben Schaltung an zwei Meßgeräten oder bei einmaliger Umschaltung an demselben
Meßgerät abgelesen werden können. Zur Ermittlung des L;bersetzungs- und Phasenfehlers
dienen die Angaben der Verhältnisse von je zwei Strömen oder Spannungen z. B. in
einem der bekannten Verhältnisstrommesser. Besonders ist diese Vereinfachung von
Vorteil, wenn es sich darum handelt, Massenprüfungen von Wandlern in der Fabrikation
von ungelerntem Personal vornehmen zu lassen.
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Die Abb. i zeigt an dem Beispiel e_nes Stromwandlers die in Betracht
kommenden Werte. In bekannter Weise stellen 0A: den Primärstrorii, AB den
Sekundärstrom des Wandlers dar, beide auf gleiche Windungszahl reduziert. Die reduzierten
Werte seien Jl und J, Dann ist, wenn AC=AB gemacht wird, 0C - 0A:
- A8 = (J1) - (J..) = d die Differenz der abso:uten Werte beider Ströme.
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Für den Fehler x des f?bersetzungsvcrhäl`-nisses ergibt sich dann
ausgedrückt in Prozenten,
Prozent bezogen auf J, Da in den gebräuchlichen Meßgeräten die geometrische Zusammensetzung
von Strömen zur Wirkung gebracht wird, nicht aber die Zusammensetzung der absoluten
Werte, so i wird dieser Ausdruck umgeformt in einen anderen, der nur die geometrische
Summe der Ströme enthält, die in der Abbildung durch die Strecke OB = i dargestellt
ist. Bezeichnet man die Phasenverschiebung zwischen i und J1 mit b, die Phasenverschiebung
zwischen J1 und J2 mit und setzt man bei der geringen Größe dieses letzteren Winkels,
der meist < z`' ist, ;# statt sin 5, so ergibt eine einfache geometrische Überlegung
In den meisten Fällen wird als erste Annäherung genügen
denn, da 5g und (i cos b) : J1 von gleicher Größenordnung sind, so ist g2:2 klein
gegen (i cos b):-J,. Der Fortfall des Subtrahenden im Zähler und der Fortfall des
Nenners wirken zudem entgegengesetzt. Von Vorteil ist dabei auch noch, daß im allgemeinen
die Werte von x und g zugleich wachsen und abnehmen.
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Man kann auch den Übersetzungsfehler relativ zu J2 nehmen,
so daß der Fehler genau das Negative der Korrektur von J. wird. Die Genauigkeit
der Annäherungsformel wird dabei theoretisch etwas kleiner, doch spielt dies praktisch
keine Rolle.
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Der Phasenfehler g ist im mathematischen Maß gegeben durch das Verhältnis
CB:AB-Setzt man wieder sin g statt g, also I)B statt CB, so erhält man
Die Ausdrücke für die beiden Fehler werden nun auf gleiche Form gebracht. Dadurch
wird es möglich, in derselben Schaltung beide Fehler zu messen. Der Ausdruck für
E w_rd umgeformt in einen Ausdruck mit dem gleichen Nenner, den der für x berechnete
Wert hatte, nämlich Ji. Es ergibt sich:
in der ersten Annäherung
Es ist so erreicht, daß beide Fehler auf eine Form gebracht sind, nach der sie von
einem Verhältnisstrommesser beliebigerAusfüht rung angezeigt werden können. Die
beiden Messungen unterscheiden sich nur durch Verschiebung eines der beiden Ströme
um 9o°.
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Abb.2 zeigt als Ausführungsbeispiel die Schaltung gemäß der Erfindung
für einen Stromwandler. Der zu untersuchende Transformator i liegt mit seiner Primärwicklung
2 in einem an die Klemmen 3 angeschlossenen
Stromkreise. In demselben
Stromkreise liegen auch die Stromspulen eines Strommessers 4 und eines Phasenmessers
5. Die Spannungsspule des letzteren liegt an den Klemmen der Primärwicklung 2. In
dem Stromkreis der Primärwicklung befinden sich noch Meßinstrumente 4 und 5 zur
Ermittlung der Stromstärke und -phase. In dem Kreis der Sekundärwicklung 6 sind
bei 7 Klemmen für den Anschluß der Belastungen vorgesehen und bei 8 und 9 Meßgeräte
zur Bestimmung der sekundären Stromstärke und -phase. Um die geometrische Differenz
i des Primärstromes J,
und des Sekundärstromes Jz zu gewinnen, ist ein Differenzialstromwandler
i o mit drei Wicklungen angeordnet, da eine unmittelbare Herstellung des Differenzialstromes
durch galvanische Verbindung des Primär- und Sekundärkreises in den meisten Fällen
unzulässig sein wird. Von den Wicklungen wird die eine i i von dem Primärstrom J1,
die zweite 12 von dem Sekundärstrom J. durchflossen, wobei das Verhältnis der Windungszahlen
entsprechend dem des zu prüfenden Transformators gewählt wird. Aus einer dritten
Wicklung 13 wird dann ein - Strom entnommen, der dem Differenzstrom !proportional
ist. Es sind in der Schaltung zwei Anzeigegeräte 14 und 15 vorgesehen, deren eine
Spule von dem Differenzstrom i und deren andere Spule von dem Primärstrom J1 beeinflußt
wird. In einem der beiden Meßgeräte muß der eine dieser Ströme um 9o° in der Phase
verschoben werden. Diese Verschiebung ist in der gezeichneten Schaltung bei dem
Primärstrom J1 vorgenommen, um durch die hierzu erforderliche Kunstschaltung den
äußeren Widerstand der Sekundärwicklung 13 des Stromwandlers io nicht unzulässig
zu erhöhen. Die Phasenverschiebung des Stromes J1 geschieht durch eine Brückenanordnung
aus zwei Ohmschen Widerständen 16 und zwei induktiven Widerständen 17. An den Ecken
der Brücke 18 und i 9 wird der Primärstrom zu- und abgeleitet. An die Ecken 2o und
21 ist ein Spulenpaar 22 des Meßgerä,es 15 angeschlossen. Von i 9 geht der Strom
J1 weiter durch ein entsprechendes Spulenpaar 23 des Meßgerätes 14. Als Meßgeräte
können. beliebige Quotientenstrommesser dienen. In der gezeichneten Schaltung sind
solche gewählt, bei denen der eine Strom J1 ein festes Spulenpaar 22 bzw. 23 durchfließt
und der andere Strom i eine bewegliche Spule 24 bzw. 25. Mit dieser beweglichen
Spule, die sich im Felde der festen Spule dreht, ist eine zwe_te 26 bzw. z7 in paralleler
Lage fest verbunden, also mit ihr gemeinsam drehbar, die widerstandslos oder über
einen äußeren Widerstand 28 bzw. 29 kurzgeschlossen ist. Diese zweite Spule erhält
einen vom Felde der festen Spule induzierten Strom, der mit wachsender Abweichung
von der Nullage zunimmt und die Direktionskraft der Meßgeräte liefert. Diese Art
von Geräten ist für die vorliegende Messung besonders brauchbar, da bei einem gleichmäßig
starken radialen Feld in der gewöhnlichen Anordnung der Ausschlagwinkel proportional
i cos 6:J1 bzw. bei einer Phasenverschiebung von 9o° in dem einen Stromkreise proportional
z sin b : J1 ist. Es ergibt sich also gleichmäßige Teilung der Skalen für die beiden
gesuchten Fehler. Die äußeren Widerstände 28 und 29, die verschiedener Art sein
können, dienen zur Regelung der Empfindlichkeit durch Beeinflussung der Stärke und
Phase des Stromes in der Kurzschlußspule.
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Unter Umständen wird man den Hilfsstromwandler io entbehren können,
indem man die Wicklung zur Erzeugung des Differenzstromes i auf den zu prüfenden
Wandler i selbst aufbringt. Die Abb.3 zeigt eine derartige Anordnung. An Stelle
der beiden Meßgeräte in Abb.2 ist ein- einziges 3o angeordnet mit einem Umschalter
31. Mit Hilfe dieses Umschalters wird die feste Spule 32 des Gerätes, wenn der Umschalter
nach links steht, an die Eckpunkte 2o und 21 der Brücke gelegt, wenn der Schalter
nach rechts steht, in den Stromkreis von J1. An Stelle des zweiten Meßgerätes in
Abb. 2 ist ein Widerstand 33 von gleicher Größe wie der der Spule 32 angeordnet,
damit in beiden Stellungen des Schalters der Widerstand des Stromkreises unverändert
bleibt. Durch das Umstellen des Schalters vertauscht das Meßgerät 3o mit dem Widerstand
33 die Stellung in der Schaltung. Die von i durchflossene Wicklung 13 ist, wie in
Abb. 2, auf die bewegliche Spule 34 geschaltet.
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Vielfach wird es wünschenswert sein, die Fehler eines Transformators
nicht ihrer absoluten Größe nach zu bestimmen, sondern nur den Betrag, um den sie
von den entsprechenden Fehlern eines Normaltransformators abweichen. Eine Schaltung
für diesen Zweck zeigt Abb. 4. Es werden in dieser Schaltung nicht der Primär- und
Sekundärstrom des zu prüfenden Transformators i reit der Primärwicklung 2 und Sekundärwicklung
6 verglichen, sondern der Sekundärstrom von i mit dem Sekundärstrom eines Normaltransformators
35 mit der Primärwicklung 36 und der Sekundärwicklung 37. Die primären Wicklungen
2 und 36 sind-hintereinander geschaltet. Die Sekundärkreise beider Transformatoren
enthalten Regelwiderstände 38 und 39, um sie nach Bedarf auf gleiche oder ungleiche
induktive oder nichtinduktive Belastung oder Kurzschluß einstellen. Beide Kreise
sind an die Endpunkte 40 und 41 eines Brückenzweiges
in solchem
Sinne angeschlossen, daß durch die Brücke die Differenz der beiden Sekundärströme
i fließt. Die Anordnung eines Differentialstromwandlers ist in diesem Falle nicht
erforderlich, da einer galvanischen Verbindung der Kreise der beiden zu vergleichenden
Ströme nichts im Wege steht. Der Strom! ist aber in dieser Schaltung nicht unmittelbar
in die beweglichen Spulen der Meßgeräte 14 und 15 geleitet, sondern über einen Wandler
42, der sekundär verhältnismäßig hohe Spannung hat. Der Zweck dieser Anordnung ist,
die elektromotorische Kraft, die in den beweglichen Spulen 24 und 25 von dem Feld
der Spulen 22 und 23 induziert werden, unschädlich zu machen. Weiter ist gegenüber
den vorigen Schaltungen noch eine Änderung in der Weise getroffen, daß die feste
Spule des einen Verhältnismessers und die Brücke nicht von dem Primärstrom selbst
durchflossen werden, sondern von dem Strom der Sekundärwicklung 43 eines Hilfswandlers
44 mit umschaltbarer Primärwicklung 45, d:e von dem Primärstrom des zu prüfenden
Transformators i durchflossen wird. Diese Einrichtung hat den Zweck, zu ermöglichen,
daß man mit denselben Meßgeräten und derselben Brücke bei den verschiedensten Belastungen
des zu prüfenden Transformators i von Leerlauf bis Vollast arbeiten kann, ohne eine
Überlastung derselben befürchten zu müssen. Durch Änderung des Übersetzungsverhältnisses
mittels Umschaltung von 45 hält man den Sekundärstrom in den angemessenen Grenzen.
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Die Prüfung von Spannungswandlern und anderen Transformatoren läßt
sich unter Verwendung des gleichen Grundgedankens mit Abänderungen, die jedem Fachmann
geläufig sind, ebenso ausführen.