Einphasiger Stromwandler der Kerntype für hohe Netzspannungen. Bei Stromwandlern der Kerntype für hohe Betriebsspannungen bereitet es Schwie rigkeiten, bei Einhaltung enger Fehler grenzen grosse Sekundärleistungen zu er halten.
In erster Annäherung ist die Grösse der auftretenden Messfehler eines Stramwand- lers bestimmt durch den Quotienten
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Dabei bedeutet AWm.,ön. : die zur Erzeugung einer ge wünschten Induktion nötigen Amperewin- dungen.
AWrri",;i,: die totale Amperewindungszahl der Primärwicklung.
Je kleiner der Wert des angegebenen Quotienten wird, um so genauer wird der Stromwandler. Es genügt dabei, für die erste Annäherungsrechnung nur die wattlose Komponente des Leerlaufstromes einzusetzen und die bei genauer Rechnung ebenfalls zu berücksichtigende Wattkomponente hier zu vernachlässigen. Die aus diesen angenäher ten Rechnungsresul-b'aten abgeleiteten Über legungen stehen in genügender Übereinstim mung mit denjenigen, die aus einer genauen Rechnung folgen.
Durch Steigerung der Pi@imäramperewin- dungen AWi,r;,u:i, bei konstanten magnetisie renden Amperewindungen AWmagn. kann die Genauigkeit eines Stromwandlers gesteigert werden.
Bei konstant angenommenem Sekun- därstrom wächst dabei die sekundäre Win- dungszahl proportional mit den Primäram- perewindungen. Lässt man den Querschnitt und das Material der Sekundärwicklung un verändert, so steigt mit der Windungszahl ihr Ohmseher Widerstand praktisch propor tional und ihr induktiver Widerstand prak tisch quadratisch.
Besonders der induktive Widerstand er reicht, vornehmlich bei Wandlern für hohe Betriebs- und Prüfspannung, rasch sehr hohe Werte. Die Ohmschen und induktiven Spannungsabfälle der Primärwicklung brau chen nicht berücksichtigt zu werden. Sie haben keinen direkten Einfluss auf die Mess- fehler eines Stromwandlers.
Die Vergrösserung des Ohmschen und vor allem induktiven Abfalles in der Sekundär wicklung mit wachsender Primäramperewin- dungszahl ist bei Kernwandlern so erheb lich, dass ein unverhältnismässig grosser Mehr aufwand an Wicklungs- und magnetischem Material nur noch geringe Fehlerverkleine rungen oder unbedeutende Erhöhungen der sekundären Nutzleistung ergeben.
Auch aus einem andern Grunde ist eine einfache Steigerung der Primäramperewin- dungszahl im allgemeinen bei Kernstrom- wa.ndlern der bisher bekannten Ausführung unerwünscht. Bei hohen Amperewindungs- zahlen treten hohe magnetische Felddichten in dem von den Wicklungen eingenommenen Raum ein. Als Folge davon ergeben sich hohe Stromkräfte im Wandler, sobald in dessen Wicklungen grosse Kurzschlussströme auftreten. Diese Kräfte können zu einer mechanischen mit anschliessend elektrischer Beschädigung führen.
Die Kerntype in ihrer einfachsten Form gilt deshalb bei Stromwandlern für hohe Be triebsspannungen als wenig zweckmässig, so bald hohe Genauigkeit oder grosse Sekundär leistung verlangt werden.
Es ist bekannt, die beschriebenen Nach teile durch verschiedene Mittel zu beseitigen, wie z. B. durch Vormagnetisierung oder partielle Kurzschlusswindungen.
Erfindungsgemäss wird die Lösung dieser Aufgabe bei einem einphasigen Kernstrom wandler dadurch erreicht, dass derselbe min destens zwei magnetisch miteinander ver knüpfte .Säulen aufweist, von denen jede eine Primär- und eine Sekundärwicklung trägt.
In Fig. 1 ist ein Kernwandler bekannter Ausführung, während Fig. 2 ein Beispiel für den Erfindungsgegenstand darstellt.
Es bedeuten 1 den Eisenkern, 2 eine Primärwicklung und 3 eine Sekundärwick lung.
Folgende Beispiele zeigen, welche bea.cht. liehen Vorteile mit der Ausführung der Fig. 2 gegenüber der bisher üblichen nach Fig. 1 erreicht werden können.
Ein Kernwandler mit einer einsäuligen Bewicklung sei so dimensioniert, dass er bei Nennstrom und Belastung mit seiner Nenn bürde eine Induktion von 2000 Gauss in seinem Eisenkörper annehme und hierbei den gestellten Genauigkeitsansprüchen genüge. Für eine Induktion von 2000 Gauss sind etwa 0,22 AW/cm Eisenkreislänge nötig. Werden erfindungsgemäss beide Säulen mit je einer Primärwicklung bewickelt, welche z.
B. in Serie geschaltet sind, so wird bei gleichbleibender Eisenlänge im Kern die dop pelte Amperewindungszahl = 0,44 AW/cm erhalten, denn das Verhältnis von AWm,gn./ AWPhmär ist in beiden Fällen gleich. Die entsprechende Induktion für 0,44 AW/cm ist aber 6000 Gauss.
Die Leistung des Kern- Wandlers gemäss der Erfindung wird dem nach angenähert:
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Die genaue Bestimmung der Leistungs vergrösserung muss die allfällige Vergrösse rung der Länge des magnetischen Kreises berücksichtigen. Da die Primärwicklungen s ungefähr gleiches Potential gegen Eisen auf weisen und dementsprechend nahe aneinan- dergerückt werden können, sind die Abmes sungen des Eisenkernes für einen Wandler gemäss der Erfindung nur wenig oder gar c nicht von einer einsäulig bewickelten Aus führung verschieden.
Die genaue Berech nung hat ferner zu berücksichtigen, da.ss die Abfälle in den beispielsweise ebenfalls in Serie geschalteten Sekundärwicklungen bei- , der Säulen sowohl im Ohmschen als auch induktiven Wert nur doppelt so gross sind als bei der einsäulig bewickelten Kerntype. Die Nutzleistung der zw eisäulig bewickelten Kerntype wird also eher mehr als das Sechs fache einer einsäulig bewickelten Ausführung erreichen.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn nur die Primärwicklungen in Serie und die Sekundärwicklungen parallel oder nur die , Sekundärwicklungen in Serie und die Pri märwicklungen parallel oder Primär- und Sekundärwicklung parallel geschaltet sind.
Die Erfindung erlaubt aber auch, die Ge nauigkeit der Kerntypenstromwandler zn , verbessern. Wird der Kern zweisäulig so bewickelt, dass er bei Serieschaltung der Pri märwicklung beispielsweise eine Induktion von 2000 Gauss bei Nennstrom und Nenn bürde aufweist, so steht dafür die doppelt- ; Primäramperewindungszahl zur Verfügung.
Das Verhältnis der magnetisierenden Am perewindungen zu den Primära.mperewindun- gen wird auf die Hälfte verkleinert, die Leistung aber durch die zweisäulige Bewick- , Jung verdoppelt. Es ist demnach möglich, ohne nennenswerten Mehraufwand an Kern material, durch die Erfindung Stromwandler mit doppelter Messleistung bei etwa halben Fehlergrössen zu bauen, verglichen mit Kern- strom-#vandlern einsäuliger Bewicklung.
Die erfindungsgemässe Ausführung des ,Stromwandlers der Kerntype bewirkt ferner auch eine Verbesserung seiner Kurzschluss- eigenschaften. Es ist bekannt, dass Strom wandlerwicklungen sehr hohen Kraftwirkun gen ausgesetzt sind, wenn sie von hohen Kurzschlussströmen durchflossen werden.
Be sonders gefährdet sind Wandler in Zweig leitungen von Hochleitungssammelschienen, weil sie entsprechend einem kleinen Zweig strom viele Primärwindungen erhalten müs sen und trotzdem dem gesamten Kurzschluss- strom des Netzes am Verzweigungspunkt ausgesetzt sind. Zur Erreichung der Kurz- schlussfestigkeit strebt man daher an, den Wandler mit wenig Primärwindungen auszu führen. Dieser Forderung widersprechen die Anforderungen nach hoher Genauigkeit und grosser Sekundärleistung.
Die üblichen bisher bekannten Kernstromwandler konnten diese widerstrebenden Forderungen nur schwierig erfüllen. Bei der erfindungsgemässen zwei- säuligen Primärwicklung werden die Kurz schlussbeanspruchungen wesentlich günstiger.
Wird das Verhältnis der magnetisieren den zu den primären Amperewindungen bei der einsäuligen Bewicklung konstant gehal ten, so haben, wie bereits dargelegt, beide Ausführungen die gleichen.
Fehler bei glei cher Messleistung. Bei der zweisäuligen Be- wicklung hat die Wicklung einer Säule da gegen nur etwa die halbe Primäramperewin- dungszahl. Da die Kurzschlusskräfte der Wicklung quadratisch mit der Amperewin- dungszahl sich ändern,
sinkt die Beanspru ehung der Wicklung bei Kurzschluss in der zweisäulig bewickelten Type auf 1/.1 der Beanspruchung der einsäulig bewickelten Ausführung. Der Wandler mit der erfin dungsgemässen Ausführung kann also den doppelt so hohen Kurzschlussstrom ertragen wie eine normale Kerntype.
Genaue Stromwandler erfordern auch eine genaue Abgleichung der Übersetzung, die z. B. dadurch erreicht wird, dass von einer oder mehreren Windungen der Sekun- därwicklung nur ein Teilfluss des Magnet körpers umschlungen wird. Beim Strom wandler gemäss vorliegender Erfindung lässt sich eine Feinabgleichung auch dadurch er zielen, dass z.
B. beide Sekundärwicklungen in Parallelschaltung ausgeführt werden, wobei die Wicklung der einen Säule mehr Windungen als die Wicklung der andern Säule erhält. Wenn beispielsweise auf der einen Säule 500 Windungen vorhanden sind, auf der andern Säule 499, so entspricht der ySummenstrom mit grosser Annäherung dem Wert, der bei Ausführung einer Wicklung mit 499 Windungen und einer Windung um den halben Fluss erreicht werden kann.
Das fabrikatorisch wenig erwünschte Schlaufen um Kernteile herum fällt bei Ausführung der beschriebenen Anordnung durch Parallel schaltung zweier Säulen mit ungleichen Windungszahlen dahin. Es ist auch möglich, zum Zwecke der Feinabgleichung die Sekun därwicklung beider Säulen in gemischter Schaltung zu verwenden, das heisst in teil weiser Serie- und teilweiser Parallelschal tung. Vielfach genügt es, den grössten Teil der Sekundärwicklungen beider Säulen zu diesem Zwecke in Serie zu schalten und hierzu, ebenfalls noch in Serie, einen Wick lungsstrang anzuschliessen, der aus zwei parallelen Zweigen besteht, wobei jeder Zweig auf je einer Säule angeordnet ist.
Diese beiden parallel geschalteten Zweige erhalten einen passenden Windungszahlenunterschied, womit eine ähnliche Wirkung erreicht wird, wie wenn eine reine Parallelschaltung der beiden Sekundärwicklungen angewendet würde, entsprechend den weiter oben gege benen Erläuterungen.