DE69217996T2

DE69217996T2 - Gerät zum Prüfen von Wicklungskomponenten

Info

Publication number: DE69217996T2
Application number: DE69217996T
Authority: DE
Inventors: John Ford
Original assignee: Voltech Instruments Ltd
Current assignee: Voltech Instruments Ltd
Priority date: 1991-11-16
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2012-11-14
Also published as: WO1993010465A1; GB9124428D0; EP0621953A1; DE69217996D1; US5500598A; GB2261957A; GB2261957B; EP0621953B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Apparate zum Prüfen bewickelter Bauteile wie eines Transformators.

TECHNISCHER HINTERGRUND

Für gründliches Prüfen eines bewickelten Bauteils wie eines Transformators ist es notig, verschiedene Parameter wie den Wicklungswiderstand (der primären und sekundären Wicklungen), die Windungsverhältnisse, die Wicklungsinduktivität oder den Magnetisierungsstrom und die Kapazität zwischen den Wicklungen zu messen. Es ist auch üblich, die Isolierung bei hohen und niedrigen Spannungspegeln zu prüfen. Zwecks Messung dieser Parameter wird der Transformator normalerweise sequentiell an eine Reihe von getrennten Prüfgeräten angeschlossen, von denen jedes zur Prüfung eines besonderen Parameters bestimmt ist. Für vollständige Prüfung des Transformators sind somit mehrere normalerweise aufwendige und relativ große Geräte unerläßlich. Es ist nötig, den Transformator in jedem Stadium an das betreffende Prüfgerät anzuschließen, die Prüfung vorzunehmen, den Transformator elektrisch zu trennen und auf das nächste Prüfgerät zu übertragen und den Vorgang so lange zu wiederholen, bis jede Prüfung durchgeführt wurde. Diese Vorgangsweise ist zeitraubend und bedingt leicht Fehler, da es vorkommen kann, daß Leiter falsch angeschlossen, Meßgeräte falsch abgelesen und Ergebnisse falsch aufgezeichnet werden usw.
Es wurden auch Vorrichtungen zum automatischen und sequentiellen Anschließen eines Transformators an eine Mehrzahl von getrennten Prüfgeräten unter Einsatz einer durch einen Computer gesteuerten Relaismatrix vorgesehen. Dadurch wird das Anschließen bzw. Trennen der verschiedenen Prüfgeräte automatisiert, doch ist zur Durchführung jeder einzelnen Prüfung nach wie vor ein getrenntes Prüfgerät erforderlich. Zum Prüfen eines an und für sich relativ kleinen Bauteils, dessen Abmessungen z.B. etwa 10-20 cm nicht übersteigen, ist trotzdem eine erhebliche Menge von Geräten erforderlich. Außerdem erschweren die langen zum
Anschluß der verschiedenen prüfgeräte erforderlichen Leitungen gewisse Messungen wie z.B. bei Hochfrequenzprüfungen, bei denen die Länge der Leitungen mehr als 2 m beträgt. Auch arbeiten Vorrichtungen dieser Art noch immer relativ langsam, erfordern z.B. 30 Sekunden oder länger für vollständige Prüfung eines Transformators, und sind notwendigerweise relativ aufwendig.
GB-A-2 157 837 offenbart eine Schaltungsprüfvorrichtung, die eine Anordnung von in zwei Richtungen stromleitenden analogen Schaltnetzwerken umfaßt, von denen jedes einen Prüfpunkt zum Anschließen an einen Knotenpunkt einer Leiterplatte definiert, und die durch Software des betreffenden Schaltnetzwerks an eine Anregungsquelle oder Masse und gleichzeitig an einen Eingang einer Meßvorrichtung anschließbar ist.
Das Ziel dieser Erfindung besteht darin, einen Prüfapparat vorzusehen, der viel raumsparender ist als solche bekannten Anordnungen, mit dem sich jedoch alle erforderlichen Prüfungen schnell und genau durchführen lassen.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Der vorliegenden Erfindung gemäß wird somit ein Apparat zum Prüfen eines bewickelten Bauteils vorgesehen, umfassend eine Mehrzahl von Anschlußteilen zum Anschließen an das zu prüfende Bauteil; ein zwecks Anlegung einer Reihe verschiedener Prüfsignale an das zu prüfende Bauteil selektiv an eines oder mehrere der Anschlußteile anschließbares Signalgebemittel; ein selektiv zum Messen einer Reihe verschiedener Ausgänge von dem zu prüfenden Bauteil anschließbares Meßmittel; und ein Kontrollmittel zum Kontrollieren, welche der Anschlußteile an das Signalgebemittel angeschlossen sind, sowie des Anschlusses des Meßmittels an einen oder mehrere Ausgänge des zu prüfenden Bauteils, zum Kontrollieren der durch das Signalgebemittel an die ausgewählte Anschlußteilen angelegten Signale und zum Kontrollieren der Leistung des Meßmittels, so daß das gleiche Signalgebemittel und das gleiche Meßmittel zur Durchführung einer Reihe verschiedenartiger Prüfungen an dem zu prüfenden Bauteils verwendet werden kännen, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalgebemittel an das Meßmittel angeschlossen und so angeordnet ist, daß es diesem ein Synchronisiersignal liefert, sowie dadurch, daß das Meßmittel so angeordnet ist, daß es die Phasenbeziehung zwischen zu verschiedenen Zeiten gemessenen Signalen durch Vergleich der Phasenbeziehungen zwischen den jeweiligen Signalen und dem Synchronisiersignal berechnet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Prüfung eines bewickelten Bauteils wie eines Transformators mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Apparats vorgesehen.
Bevorzugte Merkmale der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung und aus den Unteransprüchen der Patentschrift hervorgehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nun rein beispielhafterweise eingehender beschrieben, und zwar unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
Bild 1(A) ein schematisches Diagramm einer herkommlichen Anordnung zum Prüfen eines Transformators und Bild 1(B) ein schematisches Diagramm einer dem gleichen Zweck dienenden Anordnung unter Einsatz des erfindungsgemäßen Apparats ist;
Bilder 2(A) bis 2(C) Diagramme eines einer bevorzugten Form der Erfindung entsprechenden Apparats sind, die verschiedene zur Durchführung unterschiedlicher Prüfungen verwendete Anschlüsse zeigen;
Bild 3 eine bevorzugte Form eines bei dem Apparat nach Bild 2 verwendeten Wellenformgebers veranschaulicht;
Bilder 4(A), 4(B) und 4(C) verschiedene Ausgänge des Wellenformgebers nach Bild 3 während dessen Betriebs veranschaulichen;
Bild 5 eine bevorzugte Form einer bei dem Apparat nach Bild 2 verwendeten Spannungsquelle veranschaulicht;
Bild 6 ein den Betrieb eines Teiles der Spannungsquelle nach Bild 5 veranschaulichendes Diagramm ist;
Bild 7 eine bevorzugte Form eines bei dem Apparat nach Bild 2 verwendeten Meßsystems veranschaulicht; und
Bilder 8(A) - 8(D) Diagramme sind, die eine bei einer bevorzugten Form des bei dem erfindungsgemäßen Apparat verwendeten Verfahrens zum Bestimmen der Phasenbeziehung zwischen gemessenen Signalen veranschaulicht.

OPTIMALE ART UND WEISE DER DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG

Bild 1A veranscha:ulicht eine herkömmliche Methode der Prüfung eines Transformators. Wie dies in Bild 1A ersichtlich ist, wird der Transformator 1 nach einem stufenweisen Verfahren geprüft, bei dem er sequentiell an eine Mehrzahl von getrennten Prüfgeräten angeschlossen wird, wie z.B. an einen Induktivitätsmesser 2, einen Windungsverhältnismesser 3, einen Wicklungswiderstandsmesser 4, einen Kapazitätsmesser 5 und einen Magnetisierungsstrommesser 6. Mit einer solchen herkömmlichen Prüfausrüstung werden die betreffenden Parameter nach bekannten Analogtechniken gemessen.
Ein typisches Prüfverfahren unter Verwendung von Geräten wie denen in Bild 1A kann die folgenden Kontrollen umfassen:
(1) Durchgangs- und Widerstandskontrollen: der Widerstand jeder Wicklung wird mit Hilfe eines Ohmmeters gemessen.
(2) Magnetisierungsstrom: Beim Messen des Stromflusses durch die Primärwicklung ist der Stromkreis der Sekundärwicklung offen, d.h. ausgeschaltet. Diese Kontrolle wird normalerweise mit Hilfe eines gleichgerichteten Drehspulamperemeters oder eines digitalen Amperemeters durchgeführt.
(3) Windungsverhältnis: es werden die Wicklungsspannungen im ausgeschalteten Zustand gemessen und es wird das Windungsverhältnis berechnet.
(4) Phaseneinstellung: diese wird im ausgeschalteten Zustand unter Verwendung eines zweikanäligen Oszillografen gemessen.
(5) Induktivität: diese wird mit Hilfe einer manuell oder automatisch abgeglichenen Induktivitätsmeßbrücke gemessen.
(6) Kapazität zwischen den Wicklungen: zum Messen dieses Parameters wird eine Brücke in Kapazitätsbetriebsart verwendet.
(7) Isolationsprüfung: diese wird in der Regel mit Hilfe einer 500 V Gleichspannungsversorgung durchgeführt, die zwischen den Wicklungen und dem Transformatordeckel angeschlossen ist. Der Kriechstrom wird in der Regel durch einen in einer der Zuleitungen eingeschalteten Amperemeter angezeigt.
(8) Überschlagprüfung: diese wird in der Regel bei 5 kV Wechselstrom/Gleichstrom durchgeführt, wobei der Kriechstrom wie vorstehend beschrieben gemessen wird.
Bild 1B ist ein entsprechendes Diagramm, das die Prüfung eines Transformators 1 mit Hilfe des nachstehend eingehender beschriebenen Apparats veranschaulicht. Der Apparat umfaßt eine einzige Einheit 7, die einen Wellenformgeber, ein Meßsystem und ein Mikroprozessor enthält. Der Apparat 7 wird über einen einzigen Meßkanal 8 an den zu prüfenden Transformator 1 angeschlossen, und nicht über eine Mehrzahl getrennter Kanäle, wie dies den im Bild 1A dargestellten Stand der Technik entspricht.
Mit dem Apparat 7 lassen sich alle der verschiedenen Prüfungen ausführen, für die nach dem Stand der Technik getrennte Prüfgeräte erforderlich waren. Dies wird durch Anordnung der erforderlichen Funktionsbauteile in einer integrierten Form erzielt, wobei die besagte Anordnung zwecks Durchführung der verschiedenen Prüfarten auf entsprechende Weise betrieben werden kann.
Der Apparat 7 wird nun unter Bezugnahme auf die Bilder 2(A) bis 2(C) eingehender beschrieben.
Der in den Bildern 2(A) bis 2(C) dargestellte Apparat umfaßt eine Mehrzahl von Anschlußpunkten 9, 10, 11, 12 usw. Jeder Anschlußpunkt umfaßt in der Tat zwei Elemente, die durch einen entsprechenden Widerstand, typisch im Bereiche von 100 Ohm, elektrisch miteinander verbunden sind. Ein Element jedes Anschlußpunktes ist über ein Relais an eine erste Quellbusleitung 13 und über ein anderes Relais an eine zweite Quellbusleitung 14 angeschlossen. Desgleichen ist das andere Element jedes Anschlußpunktes über ein Relais an eine erste Meßbusleitung 15 und über ein anderes Relais an eine zweite Meßbusleitung 16 angeschlossen. Jedem Anschlußpunkt sind daher, wie in Bild 2(A) ersichtlich, insgesamt vier Relais zugeordnet. Der Anschlußpunkt 9 kann somit z.B. durch das Relais 9A an die erste Quellbusleitung 13, durch das Relais 98 an die zweite Quellbusleitung 14, durch das Relais 9C an die erste Meßbusleitung 15 und durch das Relais 9D an die zweite Meßbusleitung 16 angeschlossen sein.
Im Einsatz wird jede der Spulen eines zu prüfenden bewickelten Bauteils zwischen Anschlußpunkten angeschlossen, was durch den Anschluß einer Wicklung 17 zwischen den Punkten 9 und 10 und einer Wicklung 18 zwischen den Punkten 11 und 12 veranschaulicht wird. Durch Öffnen und Schließen der jeweiligen Relais können die Spulen zwischen der ersten Quellbusleitung 13 und der zweiten Quellbusleitung 14 und/oder zwischen der ersten Meßbusleitung 15 und der zweiten Meßbusleitung 16 angeschlossen werden, je nachdem wie dies für eine bestimmte Prüfung erforderlich ist.
Die erste Quellbusleitung 13 ist an eine Seite einer programmierbaren Spannungsquelle 19 angeschlossen, während die zweite Quellbusleitung 14 über einen Nebenschluß 20 an die andere Seite der Spannungsquelle 19 angeschlossen ist. Die Spannungsquelle ist an einen elektronischen Wellenformgeber 21 angeschlossen, der seinerseits durch einen Mikroprozessor 22 gesteuert wird.
Ein Meßsystem 23, das Analog-Digital-Umsetzer zum Digitalisieren der von ihm empfangenen Signale umfaßt, kann mit Hilfe der Relais 24 und 25 an die erste Meßbusleitung 15 bzw. die zweite Meßbusleitung 16 sowie mit Hilfe der Relais 26 und 27 parallel zu aem Nebenschluß 20 angeschlossen werden. Zwischen dem Meßsystem 23 und dem Wellenformgeber 21 ist auch ein Anschluß 28 zum Übertragen eines Synchronisiersignals (aus den nachstehend beschriebenen Gründen) vorgesehen.
Durch Öffnen und Schließen der entsprechenden Relais können Prüfsignale von der Spannungsquelle 19 einer ausgewählten Spule zugeführt und Messungen der an den Meßbusleitungen 15 und 16 und/oder parallel zu dem Nebenschluß 20 auftretenden Ausgangssignale durchgeführt werden, wobei der Mikroprozessor als Steuerorgan wirkt. Wenn die verschiedenen Wicklungen eines Bauteils wie eines Transformators einmal an die entsprechenden Anschlußpunkte angeschlossen wurden, führt der Apparat den Wicklungen automatisch eine Reihe verschiedener Spannungen und Wellenformen zu und mißt zwecks Durchführung der erforderlichen Prüfungen die entsprechenden Ausgänge.
Bild 3 veranschaulicht eine bevorzugte Form des Wellenformgebers 21. Dieser umfaßt einen programmierbaren Teiler 30, einen 8-Bit-Signalspeicher 31, der an den programmierbaren Teiler 30 angeschlossen ist, sowie die Datenbusleitung des Mikroprozessors 22, einen an den 8-Bit- Signalspeicher 31 angeschlossenen, voreinstellbaren Rückwärtszähler 32, einen an den Rückwartszähler 32 angeschlossenen Speicher 33 und einen Digital-Analog- Umsetzer 34, der an den Speicher 33 angeschlossen ist. Der Rückwärtszähler 32 ist auch so angeordnet, daß er dem programmierbaren Teiler ein Taktsignal liefert, wobei der besagte programmierbare Teiler auch mit einem von einem Oszillator gelieferten Eingang, z.B. einem 8-MHz-Signal beliefert wird. Der TC-Ausgang des Rückwärtszählers 32 ist auch an dessen Lasteingang angeschlossen und liefert über eine Leitung 28 ein Synchronisiersignal, dessen Funktion nachstehend eingehender beschrieben wird.
Der Wellenformgeber ist so angeordnet, daß er eine ausgewählte Wellenform durch Eingabe von die Form der gewünschten Welle wiedergebenden Daten in den Speicher 33 und Verwertung des Ausgangs des Rückwärtszählers 32 als die Adresse des Speichers 33 liefert, um für jeden Zyklus der Wellenform den entsprechenden Ausgang vorzusehen. Ein einfaches Beispiel seiner Wirkungsweise bildet die Erzeugung einer Sinuswelle mit einer Frequenz von 16 kHz Zuerst wird der programmierbare Teiler auf Teilung durch 2 eingestellt, um ein 4-MHz-Signal zu erzielen. Es wird somit die Anzahl der 4-MHz-Taktimpulse je Zyklus eines 16-kHz- Signals berechnet, d.h. (4 x 10&sup6;)/(16 x 10³) = 250, und der Signalspeicher 31 so eingestellt, daß er eine 8-Bit- Wiedergabe von 249 (d.h. 250-1) liefert. In die ersten 250 Speicherzellen des Speichers 33 werden dann für die Form der Sinuswelle repräsentative Daten eingegeben.
Es ist somit ersichtlich, daß, indem der Zähler 32 von 249 auf 0 zurückzählt und jeder Zählwert zum Adressieren des Speichers 33 verwertet wird, der Ausgang des Speichers 33 eine digitale Widergabe der gewünschten Sinuswelle bildet. Der Digital-Analog-Umsetzer setzt dies dann in eine analoge Wellenform um, und sein Ausgang wird der Spannungsquelle 19 zugeführt.
Sobald der Rückwärtszähler 32 den Wert 0 erreicht, wird sein TC- Ausgang hoch und erzeugt einen Synchronierimpuls in Leitung 28. Anschließen des TC-Ausgangs an den Lästeingang hat auch Rückstellung des Zählers 32 auf 249 zur Folge, so daß der nächste Zyklus der Wellenform erzeugt wird.
Die Bilder 4(A), 4(B) und 4(C) veranschaulichen den Ausgang des Rückwärtszählers 32, der dem Speicher 33 zugeführt wird, den TC-Ausgang des Rückwärtszähler 32 bzw. den Ausgang des Speichers 33 und des D-A-Umsetzers 34 während des vorstehenden Vorgangs.
Selbstverständlich kann ein solcher Wellenformgeber so angeordnet werden, daß er eine umfangreiche Reihe verschiedener analoger Wellenformen liefert, indem man den Speicher 33, den Rückwärtszähler 32 und den Teiler 30 wie erforderlich programmiert.
Bild 5 veranschaulicht eine bevorzugte Form der Spannungsquelle 19. Diese umfaßt eine über ein Relais 35 an die Quellbusleitung angeschlossene Niederleistungsspannungsquelle 34, z.B. einen herkömmlichen Linearverstärker, sowie eine über ein Tiefpaß-LC-Filter 37 und ein Relais 38 an die Quellbusleitung angeschlossene Hochleistungsspannungsquelle 36.
Die Niederleistungsspannungsquelle 34 wird für Niederleistungsmessungen wie Messung des Widerstands, der Induktivität, des Windungsverhältnisses usw. verwendet, während die Hochleistungs-Spannungsquelle 36 für Hochleistungsmessungen wie z.B. die Messung des Magnetisierungsstroms, Hochspannungsisolationsprüfungen usw. bestimmt ist.
Die Hochleistungsspannungsquelle 36 umfaßt vier Feldeffekttransistoren (FET) A, B, C und D mit antiparallelen Dioden. Betrieb dieser Transistoren in der linearen Betriebsart bei Spannungen zwischen ±400 V und einer hohen Stromstärke hätte sehr hohe zur Erzeugung einer großen Wärmemenge führende Verluste zur Folge. Werden die Transistoren jedoch als Schalter betrieben, so sind die Verluste sehr gering. Die Transistoren werden daher nach einem Impulsbreitenmodulationsverfahren betrieben, so daß sie zwischen dem völlig eingeschalteten und dem völlig ausgeschalteten Zustand umgeschaltet werden, um eine abgestufte Wellenform zu erzielen, wie sie in Bild 6 dargestellt ist. Die Transistoren A und D werden, wie dargestellt, während unterschiedlicher Zeitspannen eingeschaltet, worauf die Transistoren B und C während entsprechender Zeitspannen eingeschaltet werden. Der Ausgang der Transistoren wird dann dem Tiefpaß-LC-Filter 37 zugeführt, um einen sinusförmigen Ausgang zu erzielen, wie er durch die gestrichelte Linie in Bild 6 dargestellt ist. Es wird daher ein Hochleistungsausgang erzielt, bei dem die Verluste sehr gering sind.
Der Ausgang des Wellenformgebers 21 bildet einen Eingang der Niederleistungsspannungsquelle 34 und ist über eine herkömmliche Treiberschaltung 46 mit dem Basiseingang jedes der vier FET-Transistoren A, 3, C und D verbunden.
Bild 7 veranschaulicht eine bevorzugte Form des Meßsystems 23. Das gemessene Signal wird über einstellbare Verstärker 38, einen Analog-Digital-Umsetzer 39, einen ersten Parallel-Serien-Umsetzer 40, ein erstes Trennglied 41 und einen ersten Serien-Parallel-Umsetzer 42 eingegeben, bevor es dem Mikroprozessor 22 zugeführt wird. Das über die Leitung 28 zugeführte Synchronisiersignal wird durch einen zweiten Parallel-Serien-Umsetzer 43, ein zweites Trennglied 44 und einen zweiten Serien-Parallel-Umsetzer 45 empfangen und sowohl an die einstellbare Verstärker 38 als auch an den Analog-Digital-Umsetzer 39 angeschlossen.
Die Parallel-Serien-Parallel-Umsetzer trennen den durch das Meßsystem 23 empfangenen Analageingang von dem Mikroprozessor 22 und ermöglichen somit die Durchführung genauer Messungen parallel zu jedem beliebigen Paar der Anschlüsse 9, 10, 11, 12....
Der Mikroprozessor 22 dient zum Einstellen der Verstärkung der einstellbaren Verstärker 38, und der Analog-Digital- Umsetzer 39 setzt das empfangene Analogsignal in Digitaldaten um, wobei die Zeitsteuerung der Umsetzung mit der Erzeugung von Wellenformen durch den Wellenformgeber 21 mittels des über die Leitung 28 empfangenen Synchronierimpulses synchronisiert wird.
Das Meßsystem 23 liefert somit für Analogspannungen und analoge Stromstärken repräsentative Digitaldaten, auf Grund deren alle erforderlichen Messungen durchgeführt werden können.
Um den Betrieb des vorstehend beschriebenen Apparats zu veranschaulichen, wird die Art und Weise, auf die der Widerstand einer Wicklung geprüft werden kann, unter Bezugnahme auf Bild 2(A) und die Art und Weise, auf die die Induktivität geprüft werden kann, unter Bezugnahme auf die Bilder 2(B) und 2(C) nachstehend beschrieben.
Um z.B. den Widerstand einer zwischen den Anschlußpunkten 9 und 10 angeschlossenen Wicklung 17 zu messen, werden die Relais 9A und 10B zwecks Anschluß der Spule an die Quellbusleitungen 13 und 14 geschlossen, und die Spannungsquelle 19 führt über die Wicklung 17 und den Nebenschluß 20 einen konstanten Gleichstrom zu. Auch die Relais 9C, 10D, 24 und 25 werden geschlossen, so daß das Meßsystem 23 die parallel zu der Wicklung 17 entwickelte Spannung messen kann. Der Widerstand der Wicklung 17 kann somit nach dem Ohmschen Gesetz berechnet werden, und die Ergebnisse können mit dem in dem Speicher des Mikroprozessors 22 gespeicherten Erwartungswert verglichen werden. Zwecks Verarbeitung der Spannungs- und Strommessungen macht ein herkömmlicher Apparat von einer analogen Berechnungsmethode Gebrauch, da jedoch das Meßsystem die Signale digitalisiert, können zur Durchführung der entsprechenden Berechnungen numerische Methoden benutzt werden.
Die Bilder 2(B) und 2(C) veranschaulichen die Art und Weise, wie der Apparat zum Messen der Induktivität der Wicklung 17 verwendet wird. Bei der herkömmlichen Methode des Messens der Induktivität einer Wicklung werden die Spannung und die Stromstärke gleichzeitig gemessen, und es sind daher zwei Meßkanäle erforderlich, damit die Phasenverschiebung zwischen den beiden Messungen bestimmt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Apparat ist jedoch nur ein einziger Meßkanal nötig. Dies ist dadurch bedingt, daß die Spannung und die Stromstärke nacheinander gemessen werden und die Phasenbeziehung zwischen diesen Messungen und einem Synchronisiersignal bestimmt wird. Die Phasenbeziehung kann dann auf Grund dieser Information abgeleitet werden. Das diese Methode zugrundeliegende Prinzip ist in den Bildern 8(A) bis 8(D) veranschaulicht.
Bild 8(A) zeigt eine typische Ausgangswellenform, die durch die Spannungsquelle 19 der Wicklung 17 zugeführt werden könnte, und Bild 8(B) zeigt die durch den Wellenformgeber 21 erzeugten Synchronisierimpulse, die dem Meßsystem 23 über den Anschluß 28 zugeleitet werden. Die Bilder 8(C) und 8(D) veranschaulichen die Wellenformen der beiden Parameter, die gerade gemessen werden, und zwar in diesem Falle der Spannung V und der Stromstärke I, während die senkrechten Linien die Art und Weise veranschaulichen, auf die diese Wellenformen durch das Meßsystem 23 digitalisiert werden. Das Meßsystem 23 ist somit in der Lage, die Phasenbeziehung zwischen den Signalen V und I und den Synchronisierimpulsen zu bestimmen. Es mag sich z.B. herausstellen, daß zwischen der Wellenform der Spannung V und den Synchronisierimpulsen einen Phasenbeziehung von - 33,7 Grad besteht und die Phasenbeziehung zwischen der Wellenform des Stromes I und den Synchronisierimpulsen - 43,8 Grad beträgt. Dies läßt den Schluß zu, daß sich die Phasenbeziehung zwischen der Wellenform des Stromes I und der Wellenform der Spannung V auf - 10,1 Grad beläuft.
Die relativen Größen von zwei oder mehreren Signalen und die zwischen ihnen bestehenden Phasenbeziehungen können somit unter Bezugnahme auf ein Synchronisiersignal bestimmt werden, so daß es möglich ist, für die Messungen mit einem einzigen Meßkanal auszukommen, ohne daß es notig wäre, für jede Messung einen getrennten Kanal vorzusehen.
Das Bild 2(B) veranschaulicht die Art und Weise, wie die Bauteile des Apparats verbunden werden, um die parallel zu der Wicklung 17 zugeführte Spannung zu messen. Die Relais 9A, 9C, 10B, 10D, 24 und 25 werden geschlossen, um die Spannungsquelle 19 parallel zu den Quellbusleitungen 13 und 14 (über die Nebenschluß 20) und somit parallel zu der Wicklung 17 anzuschließen und um die Wicklung 17 mit den Meßbusleitungen 15 und 16 und somit mit dem Meßsystem 23 zu verbinden. Die Spannungsquelle 19 führt der Wicklung 17 eine Wechselstromwellenform zu, und das Meßsystem 23 mißt die parallel zu der Wicklung 17 auftretende Spannung (was der herkömmlichen Vierdraht- oder Kelvinmethode der Spannungsmessung parallel zu einer Wicklung entspricht). Das Meßsystem 23 bestimmt auch die Phasenbeziehung zwischen dem gemessenen Spannungssignal V und den von dem Wellenformgeber 21 empfangenen Synchronisierimpulsen.
Nachdem die Wellenform der Spannung V auf diese Weise gemessen wurde, werden die Anschlüsse umgelegt (und zwar automatisch unter Steuerung durch den Mikroprozessor 22), so daß die Relais 9A, 10B, 26 und 27, wie in Bild 2(C) ersichtlich, geschlossen werden. Die Spannungsquelle 19 führt der Wicklung 17 weiterhin die gleiche Wechselstromwellenform zu wie in Bild 2(B), doch das Meßsystem ist nun so angeschlossen, daß es den durch den Nebenschluß 20 fließenden Strom (und somit den durch die Wicklung 17 fließenden Strom) mißt. Das Meßsystem bestimmt auch die Phasenbeziehung zwischen der Wellenform des gemessenen Stromes I und den von dem Wellenformgeber 21 empfangenen Synchronisierimpulsen. Das Meßsystem 23 kann somit die Phasenbeziehung zwischen der Wellenform der Spannung V und der Wellenform des Stromes I und somit die Induktivität der Wicklung 17 berechnen, wobei sowohl phasengleiche wie auch phasenverschobene Signalkomponenten berücksichtigt werden. Diese Information wird wiederum mit dem durch den Mikroprozessor 22 gespeicherten Erwartungswert verglichen.
Da die Wellenform der Spannung V und die Wellenform des Stromes I durch das Meßsystem 23 digitalisiert werden, läßt sich die Induktivität nach numerischen Methoden bestimmen, die anstelle der herkömmlichen analogen Methoden treten.
Fourier-Analyse der der Spannung parallel zu der Induktionsspule repräsentativen Digitaldaten gestattet z.B. Berechnung der Inphase- und Quadraturkomponenten der Spannung. Desgleichen gestattet Fourier-Analyse der für den durch die Induktionsspule fließenden Strom repräsentativen digitalen Daten die Berechnung der Inphase- und Quadraturkomponenten des Stromes. Diese können in polare Größen umgesetzt werden, und da die Phasenbeziehung zwischen den Signalen bekannt ist, läßt sich die induktive Impedanz berechnen und aufgrund der bekannten Frequenz des durch den Wellenformgeber 21 erzeugten Signals die Induktivität bestimmen.
Andere Messungen, die üblicherweise den Einsatz von zwei Meßkanälen erfordern, können auf ähnliche Weise durchgeführt werden, z.B. die Messung des Windungsverhältnisses eines Transformators. Dafür ist es nötig, die der einen Wicklung zugeführte Spannung sowie die in einer anderen Wicklung erzeugte Spannung und die Phasenbeziehung zwischen den beiden Spannungen zu messen. Auch in diesem Falle können die beiden Messungen zu verschiedenen Zeiten vorgenommen werden, und es ist möglich, ihre Phasenbeziehung unter Bezugnahme auf die Synchronisierimpulse wie vorstehend beschrieben abzuleiten. Dann kann das wahre Windungsverhältnis durch Ausgleichen des in dem Wicklungswiderstand durch den Magnetisierungsstrom verursachten Spannungsabfalls berechnet und auf diese Weise eine genauere Messung erzielt werden, als bei Verwendung eines herkömmlichen Nullungssystems.
Es liegt auf der Hand, daß die Apparatrelais auf zahlreiche verschiedene Weisen geschlossen werden können, so daß es möglich ist, zwecks vollständiger Durchführung aller zur Prüfung eines Transformators oder eines anderen bewickelten Bauteils erforderlichen Prüfungen an jede der an die Anschlußpunkte 9, 10, 11, 12.... angeschlossenen Wicklungen verschiedenartige Anschlüsse herzustellen.
Normalerweise wäre der Apparat für die Prüfung der nachstehenden Parameter (oder einer beliebigen Kombination dieser Parameter, insofern diese zur vollständigen Prüfung eines bestimmten Bauteils erforderlich ist) angeordnet:
1. Wicklungswiderstand
2. Induktivität
3. Windungsverhältnis und Phaseneinstellung
4. Streuinduktivität
5. Kapazität zwischen Wickungen
6. Isolationswiderstand (z.B. bei Spannungen bis 850 V- Gleichstrom)
7. Magnetisierungsstrom
8. Kontinuität der Isolierung zwischen Windungen
9. Leerlaufleistungsverlust
10. Isolierung bei Einwirkung hoher Spannungen (z.B. bis 5 kV Wechselstrom)
Für einige dieser Prüfungen ist eine Hochleistungs- Wechselstromprüfquelle (von mehr als etwa 800 Volt-Ampere) erforderlich, z.B. ein 60 Hz, 2 A, 415 Volt-Signal. Wie vorstehend erwähnt, wird ein Signal so hoher Leistung herkömmlicherweise durch lineare Verstärker geliefert, die ein Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal entsprechender Frequenz, Leistung und Spannung umsetzen. Der Wirkungsgrad linearer Verstärker ist jedoch sehr gering, z.B. in Bereiche von 30 %, und es sind daher für die Abfuhr der von ihnen erzeugten Wärme große Wärmeableiter, Ventilatoren usw. erforderlich, so daß sie sehr sperrig sind. Mit einer solchen Anordnung ist es nicht möglich, einen raumsparenden, integrierten Prüfapparat zu erzielen. Bei dem erfindungsgemäßen Apparat wird daher von einer Impulsbreitenmodulationsmethode Gebrauch gemacht, wie vorstehend beschrieben. Nach dieser Methode ist es möglich, Wechselstromsignale relativ hoher Leistung zu erzeugen, und da dabei von Transistoren in einer Schaltbetriebsart Gebrauch gemacht wird, sind die Leistungsverluste viel geringer. Diese Methode hat auch den Vorteil, daß Wellenformen anderer Arten erzeugt werden können, z.B. Hochleistungs-Rechteckwellen und nicht bloß herkömmliche Sinuswellen.
Dank der Digitalisierung der gemessenen Signale und der zum Einsatz gelangenden Mikroprozessormethoden ist das Meßsystem 23 in der Lage, von Fourier-Analyse-Algorithmen Gebrauch zu machen, die die Möglichkeit bieten, höhere Oberwellen auszuschalten, so daß sich mit relativ kostenniedrigen Geräten außerordentlich genaue Messungen erzielen lassen, die normalerweise nur mit Hilfe von bedeutend aufwendigeren (analogen) Geräten erzielbar wären.
In seiner bevorzugten Form kann der hier beschriebene Apparat in einem relativ kleinen Gehäuse geliefert werden, dessen Abmessungen z.B. etwa 50 cm x 50 cm x 20 cm Tiefe betragen. Es liegt daher auf der Hand, daß dieses Gerät erheblich kleiner und leichter ist als bekannte Prüfanordnungen. Das Gehäuse kann auch eine vollständige alphanumerische Tastatur zum Eingeben von Daten des zu prüfenden Bauteils bzw. zum Revidieren von Prüfprogrammdaten, einem vakuumfluoreszenten Anzeigegerät zur Darstellung vom Gut-/Nicht-gut-Anzeigen und anderen Informationen und einem eingebauten Drucker zur Lieferung eines Ausdrucks der Prüfergebnisse versehen sein. Das Gehäuse kann auch einen Deckel umfassen, der im offenen Zustand automatisch freiliegende elektrische Anschlüsse trennt und im geschlossenen Zustand verhindert, daß der Bediener mit stromführenden Anschlüssen in Berührung kommt.
Transformatoren werden normalerweise geprüft, indem man sie auf einem geeigneten Prüfgerät anordnet. Das vorstehend beschriebene Gehäuse wird daher vorzugsweise mit einem Prüfstand ausgestattet, auf dem das Prüfgerät angeordnet werden kann und der elektrische Anschlüsse zur Herstellung der entsprechenden Verbindungen zwischen dem Prüfstand und den Anschlußpunkten 9, 10, 11, 12.... der Prüfschaltung umfaßt. Indem quer zu dem Prüfstand eine Matrix von Anschlüssen vorgesehen wird, auf denen das Prüfgerät angeordnet werden kann, wird die Notwendigkeit ausgeschaltet, einen Vielfachstecker und eine Buchsenleiste (die manchmal bis 60 Anschlüsse erfordert) vorzusehen, um das Prüfgerät an den Apparat anzuschließen. Dies bedeutet auch, daß Hochspannungssignale zwischen benachbarten Anschlußpunkten zugeführt werden können, ohne daß Probleme auftreten, wie sie üblicherweise mit der Zufuhr solcher Signale über einen Stecker und eine Buchsenleiste, bei denen die entsprechenden Anschlüsse sehr knapp aneinander angeordnet werden können, verbunden sind.
Der Apparat kann für die Prüfung von mehr als 100 (und wahlweise bis 1 000) verschiedenen Arten bewickelter Bauteile vorprogrammiert werden, indem man dem Mikroprozessor die erforderlichen, in einem Festkörperspeicher enthaltenen, Prüfdaten zuführt.
Neue Prüfdaten können ohne weiteres mit Hilfe der vorgesehenen Tastatur programmiert werden, und der Benutzer benötigt daher keine zusätzliche Software zum Abändern bzw. Aktualisieren der Arbeitsweise des Apparats.
Da es sich um eine raumsparende, selbstständige Einheit handelt, kann der Apparat auf einfache Weise durch Anschließen an eine Netzstromversorgung, Anschließen des zu prüfenden Bauteils und Eingabe der Daten des zu prüfenden Bauteils mittels der Tastatur eingerichtet werden. Es sind keine zeitraubenden, komplizierten Einbau- bzw. Konfigurationsarbeiten erforderlich.
Mit dem Apparat läßt sich auch sehr schnell eine gründliche Prüfung eines bewickelten Bauteils durchführen, und es ist z.B. möglich, in rund 5 Sekunden eine vollständige Reihe von Tests durchzuführen, was im Vergleich mit bisher bekannten Apparaten, bei denen das Prüfverfahren unter Umständen 30 Sekunden oder noch länger erfodert, eine erhebliche Verbesserung bildet.
Auch besteht, da von digitalen Signalen Gebrauch gemacht wird, die Möglichkeit, die gemessenen Signale den verschiedensten Prüf und Analyseverfahren zu unterziehen. So ist es z.B. auch möglich, zwecks zentralisierter Programmierung, statistischer Analyse der Prüfergebnisse und Qualitätskontrolle bis acht Apparatesätze an einen einzigen Computer anzuschließen.
Es wird somit verständlich sein, daß die Darbietung eines Apparats, bei dem die erheblichen Funktionsteile so angeordnet sind, daß sie so miteinander verbunden und gesteuert werden können, daß sie dieselben Tests durchführen, für die bisher getrennte Prüfgeräte erforderlich waren, zahlreiche Vorteile bietet. Es läßt sich Duplikation von Bauteilen vermeiden, und es ist z.B. nur notig, eine einzige Kraftquelle, einen Mikroprozessor, ein Meßsystem usw. vorzusehen, so daß der Apparat viel weniger aufwendig und bedeutend raumsparender ist. Außerdem können dank dieser Anordnung mit dem Apparat genauere Messungen durchgeführt werden, z.B. da die Leitungen kürzer sind, und gleichzeitig bedingt sie, daß er viel anpassungsfähiger ist als herkömmliche Vorrichtungen.
Der Gebrauch eines Synchroniersignals gestattet die Durchführung von Prüfungen mit nur einem einzigen Meßkanal, und das Digitalisieren dieser Signale gestattet die Durchführung einer größeren Reihe von Prüfungen, z.B. durch Zufuhr einer Reihe abgestufter Prüfsignale und nicht nur eines einzigen Signals, während gleichzeitig genauere Bestimmung der gemessenen Signale möglich ist und der Einfluß eines Signals auf ein anderes in Betracht gezogen werden kann.
Der Apparat eignet sich zum Prüfen der verschiedensten bewickelten Bauteile einschließlich fernmeldetechnischer Frequenzwandler, Schaltübertrager, Gleichstrom-Gleichstrom- Umsetzer und Impulsübertrager, fernmelde- und audiotechnischer Transformatoren, Induktorspulen, Drosseln usw.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT

Der vorstehend beschriebene Apparat kann in den verschiedensten Industriezweigen hergestellt und zum Prüfen bewickelter Bauteile benutzt werden.

Claims

1. Apparat zum Prüfen eines bewickelten Bauteils, umfassend eine Mehrzahl von Anschlußteilen (9, 10, 11, 12 ...) zum Anschließen an das zu prüfende Bauteil;

ein zwecks Anlegung einer Reihe verschiedener Prüfsignale an das zu prüfende Bauteil selektiv an eines oder mehrere der Anschlußteile (9, 10, 11, 12 ...) anschließbares Signalgebemittel (19, 21); ein selektiv zum Messen einer Reihe verschiedener Ausgänge von dem zu prüfenden Bauteil anschließbares Meßmittel (23); und ein Kontrollmittel (22) zum Kontrollieren, welche der Anschlußteile (9, 10, 11, 12 ...) an das Signalgebemittel (19, 21) angeschlossen sind, sowie des Anschlusses des Meßmittels (23) an einen oder mehrere Ausgänge des zu prüfenden Bauteils, zum Kontrollieren der durch das Signalgebemittel (19, 21) an die ausgewählten Anschlußteile angelegten Signale und zum Kontrollieren der Leistung des Meßmittels (23), so daß das gleiche Signalgebemittel (19, 21) und das gleiche Meßmittel (22) zur Durchführung einer Reihe verschiedenartiger Prüfungen an dem zu prüfenden Bauteil verwendet werden können, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalgebemittel (19, 21) an das Meßmittel (23) angeschlossen und so angeordnet ist, daß es diesem ein Synchronisiersignal (28) liefert, sowie dadurch, daß das Meßmittel (23) so angeordnet ist, daß es die Phasenbeziehung zwischen zu verschiedenen Zeiten gemessenen Signalen durch Vergleich der Phasenbeziehungen zwischen den jeweiligen Signalen und dem Synchronisiersignal (28) berechnet.

2. Apparat nach Anspruch 1, bei dem das Signalgebemittel (19, 21) und das Meßmittel (23) mit Hilfe von Schaltern (9A, 9B, 9C, 9D, 10A, 10B, 10C, 10D ...) wie z.B. elektrischen Relais selektiv an die Anschlußteile (9, 10, 11, 12 ...) anschließbar sind.

3. Apparat nach Anspruch 2, umfassend ein Paar Quellbusleitungen (13, 14), die an das Signalgebemittel (19, 21) angeschlossen und so angeordnet sind, daß jede der Quellbusleitungen (13, 14) mit Hilfe der besagten Schalter selektiv an jedes der Anschlußteile (9, 10, 11, 12 ...) angeschlossen werden kann.

4. Apparat nach Anspruch 3, bei dem eine der Quellbusleitungen (14) über einen Nebenschluß (20) an das Signalgebemittel (19, 21) angeschlossen ist.

5. Apparat nach Anspruch 3 oder 4, umfassend ein Paar Meßbusleitungen (15, 16), die an das Meßmittel (23) anschließbar und so angeordnet sind, daß jede der Meßbusleitungen (15, 16) mit Hilfe der besagten Schalter selektiv an jedes der Anschlußteile (9, 10, 11, 12 ...) angeschlossen werden kann.

6. Apparat nach den Ansprüchen 4 und 5, bei dem das Meßmittel (23) selektiv an die Meßbusleitungen (15, 16) und parallel zu dem Nebenschluß (20) anschließbar ist, was mit Hilfe weiterer Schalter (25, 17) bewirkt wird.

7. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Signalgebemittel (19, 21) einen programmierbaren Wellenformgeber (21) umfaßt oder durch den besagten programmierbaren Wellenformgeber gesteuert wird.

8. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Signalgebemittel (19, 21) so angeordnet werden kann, daß es dank einer Impulsbreitenmodulationstechnik ein Signal relativ hoher Leistung von z.B. mehr als 800 Volt-Ampere liefert.

9. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Meßmittel (23) einen Analog-Digital-Umsetzer (39) zum Digitalisieren der gemessenen Signale umfaßt.

10. Apparat nach Anspruch 9, bei dem das Meßmittel (23) so angeordnet ist, daß es mit Hilfe von Software- Algorithmen numerische Analyse der digitalisierten Signale bewirkt.

11. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Kontrollmittel einen Mikroprozessor (22) umfaßt.

12. Apparat nach Anspruch 11, bei dem der besagte Apparat mit einer Tastatur zur Lieferung von Anweisungen und/oder Daten an den Mikroprozessor (22) und einem Anzzeigegerät zum Darstellen der Prüfungsergebnisse ausgestattet ist.

13. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen Drucker zum Ausdrucken der Prüfungsergebnisse.

14. Apparat nach einem der vorstehenden Ansprüche, das selbständig ist und zwecks Betrieb nur an eine Stromquelle angeschlossen werden muß.

15. Apparat nach Anspruch 14, das in einem kompakten, tragbaren Gehäuse, dessen längste Abmessung z.B. etwa 50 cm beträgt, eingebaut ist.

16. Ein Verfahren zum Prüfen eines bewickelten Bauteils, z.B. eines Transformators, mit Hilfe des in einem der vorstehenden Ansprüche beanspruchten Apparats.