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Anordnung zur Verbesserung des Spannungsfehlers und Fehlwinkels
von Spannungswandlern Es ist bereits ein Verfahren zum Ausgleich der beim Betriebe
von Transformatoren, insbesondere auch Spannungswandlern, mit verschiedenen Spannungen
auftretenden Spannungsfehler und Fehlwinkel bekanntgeworden, bei dem mit der vom.
Transformator an sich gelieferten, mit den genannten Fehlern behafteten Spannung
hier eine nach Größe und Richtung derart bemessene Zusatzspannung geometrisch zusammengesetzt
wird, daß, sich aus beiden Spannungen die nach Größe und Richtung gewollte (berichtigte)
Spannung ergibt. Diese Zusatzspannung wird dem zu berichtigenden Transformator selbst
oder aus einer anderen geeigneten Quelle entnommen. Beispielsweise wird sekundär
eine zusätzliche Wicklung angeordnet, in deren Stromkreis eine Drosselspule und
ein Ohmscher Widerstand liegen. Die nach diesem Verfahren aufgebauten Spannungswandleranordnungen
haben aber immer noch den Nachteil, daß der im Kompensationskreis fließende Strom
praktisch nicht genau dem Leerlaufstrom des Spannungswandlers gleich oder proportional
gemacht werden kante, weil der Magnet.isierungsstrom der zusammen mit einem Widerstand
benutzten Drosselspule nur dann gleich dem Leerlaufstr om des Wandlers sein kann,
wenn die Drosselspule gleiche Induktion und genau gleiches Kernmaterial wie der
Spannungswandler aufweist. Dies läßt sich praktisch schwer erreichen. Vor allem
läßt sich eine Prüfung, ob diese Übereinstimmung tatsächlich vorhanden ist, nur
an Hand der Fehlerkurven der fertiggestellten Wandleranordnung vornehmen. Um wirklich
eine einigermaßen zufriedenstellende Übereinstimmung zu erreichen, muß man daher
fast immer mehrmals den Wandler abändern und nach jeder Abänderung von neuem die
Fehlerkurven aufnehmen.
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Es ist durch die deutsche Patentschrift 4.oi 848 ein Leistungstransformator
mit einer Einrichtung zur Kompensation seines Spannungsabfalls in einem unterspannungsseitig
angeschlossenen Spannungsstromkreis bekanntgeworden; hier wird in den Unterspannungsstromkreis
des Transformators eine zusätzliche Spannung künstlich eingeführt, die sich so mit
der Belastung des Transformators ändert, daß sie -dem auf die Unterspannungsseite
bezogenen Spannungsabfall des Transformators jeweils an Größe gleich, in der Phase
aber entgegengesetzt ist. Bei der bekannten Anordnung handelt es sich um die Aufgabe,
einen Leistungstransformator gleichzeitig
auch zur Spannungsmessung
auf seiner Unterspannungsseite zu benutzen, um so einen Spannungswandler zu ersparen.
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Die Erfindung löst dagegen die Aufgabe, einen zum Anschluß von Meßgeräten,
Zählern, Relais o. dgl. bestimmten Spannungswandler in seiner Genauigkeit zu verbessern,
d. h. aus ihm einen P_räzisionsspannungswandler zu machen.
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Gegenstand der Erfindung ist daher eine Anordnung zur Verbesserung
des Spannungsfehlers und des Fehlwinkels von Spannungswandlern mittels einer mit
der eigentlichen Sekundärspannung des Wandlers in Reihe geschalteten Zusatzspannung,
die als Spannungsabfall an einem Widerstand auftritt, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß dieser Widerstand dem primären Widerstand des Wandlers gleich oder proportional
ist und vom Leerlaufstrom des Wandlers über einen Stromwandler, an dessen Sekundärwicklung
der Widerstand liegt, durchflossen wird und daß die Primärwicklung des Spannungswandlers
gleichzeitig die Primärwicklung des Stromwandlers bildet, daß aber jeder der beiden
Wandler einen besonderen Eisenkern besitzt.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele für Spannungswandleranordnungen
gemäß der Erfindung schaltungsmäßig dargestellt. Die Primärwicklung des Spannungswandlers
ist in Abb. z mit z t, seine Sekundärwicklung mit 12 und sein Eisenkern mit 13 bezeichnet.
Die Sekundärwicklung 12 liegt in Reihe mit einem aus einem Ohmschen Widerstandsteil
1:I und einem induktiven Widerstandsteil (Induktivität) 15 bestehenden Widerstand
an der Se-
kundärwicklung U., während die Primärspannung mit U, bezeichnet
ist. Der Widerstand 14, 15 muß nun so bemessen sein, daß er dem primären Widerstand
des Wandlers entspricht. Die Sekundärspannung U. eines Spannungswandlers ist, wenn
der primäre Widerstand des Wandlers mit Z,, das Übersetzungsverhältnis mit i.` und
der Magnetisierungsstrom mit I, bezeichnet wird, im Leerlauf:
Macht man nun den Widerstand 1:l, 15 gleich
so gilt
Da aber bei größerem Z> das zweite Glied vernachlässigt werden kann, ist C'11 -
(TI # , d.h. dann ist der Fehler des Spannungswandlers bei Leerlauf kompensiert,
der Spannungsabfall an dein Widerstand 1q, 15 ist gleich der sekundären Fehlerspannung.
Nimmt 1` kleinere eierte an, so daß der Wert
nicht mehr vernachlässigt werden kann, so muß der Korrekturwiderstand für den Wert
bemessen werden. hei Belastung des Wandlers durch die Bürde tritt somit nur noch
der durch den Delastungsstrom hervorgerufene Fehler auf, d. h. die Fehlerkurve «wird
nur parallel zu sich selbst verschoben, bleibt aber horizontal ats Funktion der
Nennspannung. Da man das Übersetzungsverhältnis kennt und den primären Widerstand
Z, bequem messen kann, ist es also ohne weiteres möglich, den Widerstand r4., 15
vorher genau zu berechtien, so daß nach Hinzufügen dieses Widerstandes der Wandler
richtig abgeglichen ist.
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Die Primärwicklung t r umfaßt jedoch nicht nur den Spannungswandlerkern
13, sondern auch den Stromwandlerkern 17; das gleiche gilt auch für
die Sekundärwicklung 12 des Spannungswandlers. Die Sekundärwicklung des Stromwandlers
ist mit 18 bezeichnet und umfaßt lediglich den Eisenkern 17; sie speist den
in Reihe finit der Sekundärwicklung 12 geschalteten Widerstand t4., i5. Bei Lehrlauf
sind die primären Amperewindungen .-1l1-, gleich den N-fagnetisierungsamperewindtingen
.311'.x,, während die sekundären Amperewindungen AU% gleich Null sind. Die Amperewindungen
der Wicklung 18, mit Af'3 bezeichnet, sind gleich der Differenz der Amperewindungen
.-1W, und Ali',3 (den llagtietisierungsamperew;ndungen des Stromwandlers), d. h.
der Differenz der Werte Abi'", und AW". Praktisch ist aber der Wert All'.. v ernachlässigbar
klein gegenüber dem Wert so daß der Wert Af-V3 praktisch glich AU'", ist. Dann ist
aber der die Wicklung t8 -durchfließende Strom 13 proportional dein Leerlaufsttom
des Spannungswandlers, so daß der Widerstand 1d., 15 ebenso wie in den vorher erläuterten
Beispielen von einem Strom durchflossen wird, der von dem Leerlaufstrom des Spannungswandlers
abhängig ist. Wird der Widerstand i4., 15 nun so wie oben beschrieben bemessen,
so ist die Summe der Spannung zwischen den Klemmen tg, 2o und des Spannungsabfalles
an dein Widerstand 14, 15 gleich der fehlerfreien Sekundärspannung des Spannungswandlers,
die zwischen den Klemmen :2o, 21 auftritt. Dies gilt wieder nur für Leerlauf ; bei
Belastung durch die Bürde verschiebt sich die Fehlerkurve lediglich parallel zu
sich selbst.
Bei dem in Abb. r gezeichneten Beispiel bleibt der
Widerstand 1q., 15 stets der gleiche, sofern man die Primärwicklung mit ihren Anzapfungen
so auslegt, daß sich die für die verschiedenen Anzapfungen iergebenden primären
Widerstände so zueinander verhalten wie die Quadrate der Nennübersetzungsverhältniss:e.
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In manchen Fällen ist es erwünscht, an einen und denselben Spannungswandler
mehrere Bürden gleichzeitig anzuschließen, vorl denen einige einen sehr geringen
Verbrauch haben, aber eine besonders genaue Messung ermöglichen sollen, z. B. bei
Differentialmeßeinrichtungen. Würde man diese Bürden mit den anderen einen größeren
Verbrauch aufweisenden Bürden zusammen an die Klemmen 20,21 in Abb. i anschließen,
so würde durch den Belastungsstrom , der letzteren die Genauigkeit der Messung an
den Bürden mit sehr geringem Verbrauch beeinträchtigt werden. Diesem Mangel kann
durch die in Abb.2 dargestellte Schaltungsanordnung abgeholfen werden, die sich
von der in Abb, i gezeichneten nur dadurch unterscheidet, daß in die zu der Klemme
21 führende Leitung ein Hilfsstromwandler 224 gelegt ist, dessen Sekundärwicklung
einen dem inneren Widerstand des Spannungswandlers entsprechenden Widerstand 25,
26 speist. Der an ihm auftretende Spannungsabfall wird in Reihe mit der Spannung
zwischen den Klemmen 2o, 21 geschaltet. Zwischen den Klemmen 2o und "27 tritt also
eine bei 'schwacher oder vernachlässigbar kleiner Bürde fehlerlose Spannung auf;
die Bürden mit größerem Verbrauch können also an die Klemmen 2o, 2i gelegt werden,
ohne daß die anderen zwischen den Klemmen 2o unj 27 angeschlossenen Bürden mit geringem
Verbrauch in ihrer Meßgenauigkeit durch die infolge der größeren Bürde des Spannungswandlers
hervorgerufene Änderung des übersetzungsverhältnisses beeinträchtigt werden.
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Bei dem in Abb.3 dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt in Abweichung
von Abb. i und 2 die Sekundärwicklung 12 des Spannungswandlers riur den Spannungswandlerkern
13, nicht aber den Stromwandlerkern 17. Dieser trägt außer der Primärwicklung ii
und der Sekundärwicklung 18 noch eine dritte Wicklung 28, die die gleiche Windungszahl
wie die Spannungswandlersekundärwicklung 12 besitzt. Die in der Wicklung 28 erzeugte
Spannung ist mit der Spannung zwischen den Klemmen 20, 21 in Reihe geschaltet. An
die Klemmen 20, 21 werden nun wieder die Bürden mit größerem Verbrauch gelegt, während
die Bürden mit geringem Verbrauch und großenGenauigkeitsansprüchen zwischen den
Klemmen 20 und 29 angeschlossen werden. Im Prinzip ist somit die Wirkungsweise dieser
Einrichtung die gleiche wie bei der in Abb. 2 dargestellten. Der Stromwandlerkern
17 kann in allen Beispielen' aus einer Nickel-Eisen-Legierung bestehen.