CH672684A5

CH672684A5 -

Info

Publication number: CH672684A5
Application number: CH1269/87A
Authority: CH
Inventors: Jstvan Dr Zoltan
Original assignee: Tettex Ag
Priority date: 1986-04-04
Filing date: 1987-04-02
Publication date: 1989-12-15
Also published as: JPH067143B2; DE3611261C2; US4857827A; DE3611261A1; GB2188736A; JPS62294977A; GB8707678D0; GB2188736B

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine elektronische Bürde zur Prüfung von Stromwandlern gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und/oder zur Prüfung von Spannungswandlern gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Derartige Bürden verwendet man zur Prüfung und Eichung von Stromwandlern und Spannungswandlern, für welche der Sammelbegriff «Messwandler» üblich ist.

Geprüft werden Messwandler verschiedener Nennleistungen und Nennströme beziehungsweise Nennspannungen. Mit den Bürden wird gemessen, welche Fehler die Messwandler bei Belastung aufweisen. Da es einerseits erforderlich ist, verschiedene Messwandler mit unterschiedlichen Nenndaten zu messen und andererseits, ein und denselben Messwandler bei unterschiedlichen Belastungen zu messen, benötigt man entsprechend unterschiedliche Bürdenwerte.

Es gibt passive Bürden, die mit passiven Impedanzelementen aufgebaut sind. Der Nachteil passiver Bürden besteht darin, dass die Impedanzen der Zuleitungen und des Prüfoder Eichgerätes den Wert der Bürden verfälschen. Deswegen sind genau so viele Arten von Bürden erforderlich wie viele Arten von Prüf- oder Eichgeräten und Zuleitungen existieren. Ein weiterer Nachteil passiver Bürden besteht darin, dass sie handbetriebene Starkstromschalter enthalten, was eine Fernsteuerung und Programmierung unmöglich macht. Dies steht einer vollautomatisierten Prüfung von Messwandlern entgegen.

Aus der ungarischen Patentschrift Nr. 181.188 ist eine elektronische Bürde mit den Merkmalen der Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 4 bekannt. Diese bekannte elektronische Bürde kann man durch Einstellen der Impedanzen,

2

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

die sich zwischen dem Strom-Spannungs-Umsetzer, dem Spannungs-Spannungs-Umsetzer und dem Steuereingang des gesteuerten Spannungs- beziehungsweise Stromgenerators befinden, an die unterschiedlichen Anforderungen anpassen. Die Zuleitungsimpedanzen sowie die Impedanzen des Eichoder Prüfgerätes werden durch die in dieser elektronischen Bürde enthaltenen Regelkreise unwirksam gemacht.

Nennleistungen und Sekundärnennströme beziehungsweise Sekundärnennspannungen von Messwandlern sind genormt. Ausserdem gibt es Prüfvorschriften, wonach ein Messwandler bestimmter Nennleistung bei seiner Nennleistung und ausserdem bei verschiedenen Bruchteilen dieser Nennleistung zu prüfen ist.

Bei der aus der ungarischen Patentschrift bekannten elektronischen Bürde kann nur die Impedanz eingestellt werden. Das heisst, dass eine bestimmte Sekundärnennleistung des Messwandlers nur mit einem ganz bestimmten Sekundärnennstrom beziehungsweise nur mit einer bestimmten Sekundärnennspannung erreicht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die bekannte elektronische Bürde so zu verbessern, dass bei durch die Impedanz vorgegebener Nennleistung zusätzlich der Sekundärnennstrom beziehungsweise die Sekundärnennspannung ohne Veränderung der Impedanzeinstellung gewählt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Stromwandlerbürde in Anpsruch 1 und für ein Spannungswandlerbürde im Anspruch 4 angegeben.

Durch die Verwendung von Verstärkern mit einstellbarer Verstärkung ist die Möglichkeit geschaffen worden, bei fester Einstellung der dem Spannungsgenerator bzw. dem Stromgenerator vorgeschalteten Impedanzen den Sekundärnennstrom bzw. die Sekundärnennspannung zu verändern, ohne die eingestellte Nennleistung zu beeinflussen. Dadurch, dass man sowohl im Strom-Spannungs-Umsetzerzweig als auch im Spannungs-Spannungs-Umsetzerzweig einen einstellbaren Verstärker verwendet, deren Verstärkungen man gegenläufig verändert, d. h. dass mit der Verstärkungszunahme des einen Verstärkers eine Verstärkungsabnahme des anderen Verstärkers verbunden ist und umgekehrt, kommt man mit Verstäkern aus, die jeweils nur einen relativ kleinen Verstärkungsbereich zu haben brauchen. Damit entgeht man Dynamik- und Rauschproblemen, die auftreten, wenn man nur im Strom-Spannungs-Umsetzerzweig oder nur im Span-nungs-Spannungs-Umsetzerzweig einen einstellbaren Verstärker verwenden würde, der dann einen entsprechend grossen Verstärkungsbereich haben müsste.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung gemäss Anspruch 2 bzw. 5 ist ein weiterer in seiner Verstärkung einstellbarer Verstärker vorgesehen, der im Fall der Stromwandlerbürde im Strom-Spannungs-Umsetzerzweig und im Fall der Spannungswandlerbürde im Spannungs-Spannungs-Umsetzerzweig vorgesehen ist. Durch Einstellung dieses weiteren einstellbaren Verstärkers kann man die erforderliche Nennleistung und ausserdem die den Prüfvorschriften entsprechenden Bruchteile der Nennleistung einstellen. Für die dem steuerbaren Spannungs- beziehungsweise Stromgenerator vorgeschalteten Impedanzen kann man dann feste Impedanzen verwenden. Bei dieser Ausführungsform sind daher keinerlei einstellbare Impedanznetzwerke mehr erforderlich. Es ist technisch wesentlich einfacher, einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung zu realisieren als ein auf viele verschiedene Stufen einstellbares Impedanznetzwerk.

Gemäss den Ansprüchen 3 und 6 kann der gesteuerte Spannungs- beziehungsweise Stromgenerator am Ausgang einen Spannungs- beziehungsweise Stromtransformator mit einstellbarem Übertragungsverhältnis aufweisen, wobei das

672684

Übertragungsverhältnis gemeinsam mit der Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers beziehungsweise des Strom-Spannungs-Umsetzers verstellbar ist, und zwar gegenläufig dazu. D. h., dass im Fall der Bürde für Stromwandler bei zunehmender Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers das Übertragungsverhältnis des Spannungstransformators abnimmt und umgekehrt und dass im Fall der Bürde für einen Spannungswandler bei zunehmender Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers das Übertragungsverhältnis des Stromtransformators abnimmt und umgekehrt. Durch die Verwendung dieses Spannungs- beziehungsweise Stromtransformators erhält man einen ungeerdeten Ausgang, sodass man den Stromwandler beziehungsweise Spannungswandler am vorgeschriebenen Punkt erden kann. Durch die Einstellbarkeit des Übertragungsverhältnisses des Spannungs- beziehungsweise Stromtransformators erreicht man eine Leistungsanpassung an den ihn speisenden Leistungsverstärker bei dem gegebenen Sekundärnennstrom beziehungsweise der gegebenen Sekundärnennspannung. Durch die Änderung des Uebertragungsverhältnisses gegenläufig zur Änderung der Verstärkung des Spannungs-Span-nungs-Umsetzers beziehungsweise des Strom-Spannungs-Umsetzers erreicht man eine gleichbleibende Kreisverstärkung und damit eine Stabilität des gesammten Regelsystems.

Wenn man gemäss Anspruch 7 Differenzverstärker hohen Eingangswiderstandes verwendet, vermeidet man Bürden-fehler und Messfehler. Es bereitet grosse Schwierigkeiten, solche Differenzverstärker hohen Eingangwiderstandes mit veränderbarer Verstärkung zu realisieren. Daher wird es bevorzugt, die einstellbaren Verstärker diesen Differenzverstärkern hohen Eingangswiderstandes nachzuschalten.

Besonders vorteilhaft ist eine universelle Bürde, die man sowohl für Stromwandler als auch für Spannungswandler einsetzen kann. Der technische Aufwand für eine derartige universelle Bürde wird besonders niedrig, wenn gemäss Anspruch 9 der zweite einstellbare Verstärker wahlweise entweder in den Strom-Spannungs-Umsetzer oder in den Spannungs-Spannungs-Umsetzer hineinschaltbar ist und ausserdem von gesteuertem Spannungsgenerator auf gesteuerten Stromgenerator umschaltbar ist.

Die Eingangsstromklemmen kann man gemäss Anspruch 8 dann mit den entsprechenden Eingangsspannungsklemmen verbinden oder identisch machen, wenn die Spannungsabfälle an den Verbindungsleitungen zwischen dem Messwandler und den Bürdenstromklemmen vernachlässigbar klein sind.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nun anhand von Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine einstellbare elektronische Bürde für einen Stromwandler;

Fig. 2 eine einstellbare elektronische Bürde für einen Spannungswandler.

Die in Figur 1 gezeigte Ausführungsform betrifft eine Bürde für einen Stromwandler. Die Bürde weist zwei Eingangsspannungsklemmen Ui, U2 und zwei Eingangsstromklemmen Ii, I2 auf. Zwischen die Eingangsspannungsklemmen Ui, U2 ist der Eingang eines Differenzverstärkers Ai hohen Eingangswiderstandes geschaltet. An den Ausgang von Au ist ein Verstärker Anu mit einstellbarer Verstärkung angeschlossen.

Zwischen die Eingangsstromklemmen Ii, I2 ist eine Reihenschaltung mit einem stromfühlenden Widerstand Ri und der Sekundärwicklung eines Spannungstransformators At geschaltet. An die beiden Spannungsanschlüsse des Widerstandes Ri sind die beiden Eingänge eines Differenzverstär-

3

s

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

672684

kers Ai hohen Eingangswiderstandes angeschlossen. An den Ausgang dieses Differenzverstärkers Ai ist ein Verstärker Ani einstellbarer Verstärkung angeschlossen. An den Ausgang von Ani ist ein weiterer Verstärker As mit einstellbarer Verstärkung angeschlossen.

An den Ausgang des einstellbaren Verstärkers As ist eine Impedanz Zß angeschlossen, während an den Ausgang von Anu eine Impedanz R angeschlossen ist. Diese beiden Impedanzen sind anderen Endes einerseits miteinander und andererseits mit dem Eingang eines Summierverstärkers SV verbunden. An den Ausgang von SV ist eine Kompensationseinrichtung Ac angeschlossen. Auf Ac folgt ein Leistungsverstärker AP, an dessen Ausgang die Primärseite des Spannungstransformators At angeschlossen ist. Das Übertragungsverhältnis des Spannungstransformators At ist einstellbar, bei der dargestellten Ausführungsform auf der Sekundärseite.

Die Einstellung der Verstärkung des Verstärkers Ani, der Verstärkung des Verstärkers Anu und des Übertragungsverhältnisses des Spannungstransformators At erfolgen gemeinsam. Dabei erfolgt die Verstellung der Verstärkung von Ani und Anu gegenläufig. Die Verstellung der Verstärkung von Anu und des Übertragungsverhältnisses von At erfolgt ebenfalls gegenläufig. Die Verstellung der Verstärkung von As erfolgt vorzugsweise unabhängig von der gemeinsamen Verstellung von Ani, Anu und At. Die Impedanz Zß ist vorzugsweise ebenfalls verstellbar, und zwar unabhängig von den Einstellungen von As, Ani, Anu und At.

Von der beschriebenen Schaltung bilden der stromfühlende Widerstand Ri und die Verstärker Ai, Ani und As einen Strom-Spannungs-Umsetzer Ki. Die Verstärker Au und Anu bilden einen Spannungs-Spannungs-Umsetzer Ku. Der Leistungsverstärker Ap bildet zusammen mit dem Spannungstransformator At einen gesteuerten Spannungsgenerator G.

Es wird nun die Arbeitsweise dieser Stromwandlerbürde beschrieben.

In Figur 1 ist zwischen die Eingangsspannungsklemmen U i, U2 eine Stromquelle Gì gezeigt, welche die Sekundärseite des zu messenden Stromwandlers repräsentiert. Der Sekundärseite des Stromwandlers wird von der Bürde eine von dem Sekundärstrom des Stromwandlers abhängige Spannung U aufgezwungen. Die Spannung U wird von dem Spannungs-Spannungs-Umsetzer Ku in eine Spannung ku. U umgesetzt, wobei ku der Umsetzfaktor des Spannungs-Spannungs-Umsetzers Ku ist.

Der Strom I wird mittels des Messwiderstandes Ri gemessen. Der Strom I wird vom Strom-Spannungs-Umsetzer Ki in eine Spannung ki. I umgesetzt, wobei ki der Umsetzfaktor des Strom-Spannungs-Umsetzers Ki ist.

Die an den Ausgängen Ki und Ku auftretenden Spannungen werden mittels der Impedanzen Zß und R miteinander verglichen. Im ausgeregelten Zustand der Bürde tritt am Verbindungspunkt zwischen Zß und R praktisch virtuelles Erdpotential auf. In dem ausgeregelten Zustand tritt am Ausgang des Leistungsverstärkers AP eine dem gewünschten Bürdenwert entsprechende Spannung auf.

Von der Sekundärseite des Stromwandlers aus gesehen weist die Bürde eine Impedanz auf.

Dabei bedeutet Zb die Impedanz der Bürde.

Setzt man die Verstärkungen der Verstärker von Ki und Ku ein, ergibt sich die folgende Bürdenimpedanz :Dabei

Üni clc

ZB « Ri x — x R x — x — (2)

au anu Zp bedeuten ai, au, ani, anu und as die Verstärkungen der Verstärker Ai, Au, Ani, Anu beziehungsweise As.

Die ersten drei Glieder der Gleichung (2) sind vorzugsweise konstant. Einfluss auf die Bürdenimpedanz kann man über die Grössen der letzten zwei Glieder der Gleichung (2) nehmen.

Die Einstellbarkeit der Verstärkungen von Ani, Anu, As und die Einstellbarkeit von Zß geben die Möglichkeit, die Sekundärnennleistung Sn, den cosß und den Sekundärnennstrom In als Funktion der Einstellungen dieser Schaltungskomponenten zu wählen, wie dies in den nachfolgenden Gleichungen (3 bis 5) gezeigt ist.Das Vorausgehende zeigt die

SN = f(as) (3)

cosß = f (Zß) (4)

Vorteile der erfindungsgemässen Lösung, dass nämlich die Sekundärnennleistung, der Leistungsfaktor cosß und der Sekundärnennstrom unabhängig voneinander einstellbar sind.

Die Kompensationseinrichtung Ac zwischen dem Summierverstärker SV und dem Leistungsverstärker AP dient zur Stabilisierung des Regelsystems.

Es wird nun die in Figur 2 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Bürde für einen Spannungswandler betrachtet. Dabei werden Schaltungskomponenten, die mit Schaltungskomponenten der in Figur 1 gezeigten Stromwandlerbürde übereinstimmen, mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Die in Figur 2 gezeigte Spannungswandlerbürde weist folgende Unterschiede gegenüber der in Figur 1 gezeigten Stromwandlerbürde auf:

1. Der an die Bürde angeschlossene Spannungswandler wirkt für die Bürde als Spannungsquelle;

2. Der Verstärker As mit veränderbarer Verstärkung befindet sich bei Figur 2 im Spannungs-Spannungs-Umsetzer Ku;

3. Der ausgangsseitige Generator ist ein gesteuerter Stromgenerator ;

4. Der Transformator am Ausgang des gesteuerten Stromgenerators ist ein Stromtransformator.

Hinsichtlich ihrer weiteren Schaltungskomponenten stimmt die Spannungswandlerbürde nach Figur 2 mit der Stromwandlerbürde nach Figur 1 überein, sodass diese Schaltungskomponenten hier nicht noch einmal beschrieben zu werden brauchen.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Spannungswandlerbürde beschrieben, sofern sie von der Funktionsweise der Stromwandlerbürde abweicht.

Die Spannungswandlerbürde nach Figur 2 weist eine Bürdenimpedanz Zb entsprechend der bereits angegebenen Gleichung (1) auf. Auf Grund der Tatsache, dass sich bei der Spannungswandlerbürde der einstellbare Verstärker As nicht im Strom-Spannungs-Umsetzer Ki sondern im Spannungs-Spannungs-Umsetzer Ku befindet, ergibt sich für die Bürdenimpedanz ein von Gleichung (2) abweichender Ausdruck wie folgt:

ZB = Ri x — x R x — x —î— (6)

au anu Zß x as

Aus Gleichung (6) folgt, dass die Sekundärnennlei-stung, der cosß und die Sekundärnennspannung Un als Funk-

4

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

tion der Verstärkung as beziehungsweise der Impedanz Zß beziehungsweise des Ausdrucks ani/anu unabhängig voneinander einstellbar sind, wie in den folgenden Gleichungen (7 bis 9) angegeben ist. Dabei stimmen die Gleichungen (7) und (8) mit den Gleichungen (3) und (4) überein.

SN = f (as) cosß = f (ZB)

Un = f (—

\ânu

672684

(7)

(8)

(9)

B

1 Blatt Zeichnungen

Claims

672 684 PATENTANSPRÜCHE

1. Einstellbare elektronische Bürde zur Prüfung von Stromwandlern, wobei zwischen die Eingangsstromklemmen der Bürde eine Reihenschaltung mit dem Eingang eines Strom-Spannungs-Umsetzers und dem Ausgang eines gesteuerten. Spannungsgenerators und zwischen die Eingangsspannungsklemmen der Bürde der Eingang eines Span-nungs-Spannungs-Umsetzers geschaltet ist und die Ausgänge von Strom-Spannungs- und Spannungs-Spannungs-Umsetzer je über eine Impedanz mit dem Steuereingang des gesteuerten Spannungsgenerators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Spannungs-Umsetzer (Ku) und der Strom-Spannungs-Umsetzer (Ki) je mindestens einen Verstärker (Anu bzw. Ani) mit einstellbarer Verstärkung aufweisen, und dass die Verstärkungen der beiden einstellbaren Verstärker (Anu, Ani) gemeinsam gegenläufig verstellbar sind, derart, dass bei zunehmender Verstärkung des einen Verstärkers die Verstärkung des anderen Verstärkers abnimmt und umgekehrt, so dass bei gegebener Sekundärnennleistung des Stromwandlers zur Erhöhung des Sekundärnennstroms die Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) verringert und die Verstärkung des Span-nungs-Spannungs-Umsetzers (Ku) erhöht und zur Verringerung des Sekundärnennstroms des Stromwandlers die Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers (Ku) verringert und die Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) erhöht werden.

2. Bürde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom-Spannungs-Umsetzer (Ki) einen zweiten einstellbaren Verstärker (As) aufweist, dessen Verstärkung proportional zur gewünschten Sekundärnennleistung einstellbar ist.

3. Bürde nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vesteuerte Spannungsgenerator (G) am Ausgang einen Spannungstransformator (At) mit einstellbarem Übertragungsverhältnis aufweist und dass das Übertragungsverhältnis gemeinsam mit der Verstärkung des Spannungs- Spannungs-Umsetzers (Ku) gegenläufig verstellbar ist, derart, dass bei zunehmender Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers (Ku) das Übertragungsverhältnis des Spannungs-Transformators (At) abnimmt und umgekehrt.

4. Einstellbare elektronische Bürde zur Prüfung von Spannungswandlern, wobei zwischen die Eingangsstromklemmen der Bürde eine Reihenschaltung mit dem Eingang eines Strom-Spannungs-Umsetzers und dem Ausgang eines gesteuerten Stromgenerators und zwischen die Eingangsspannungsklemmen der Eingang eines Spannungs-Spannungs-Umsetzers geschaltet ist und die Ausgänge von Strom-Spannungs- und Spannungs-Spannungs-Umsetzer je über eine Impedanz mit dem Steuereingang des gesteuerten Stromgenerators verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Spannungs-Umsetzer (Ku) und der Strom-Spannungs-Umsetzer (Ki) je mindestens einen Verstärker (Anu bzw. Ani) mit einstellbarer Verstärkung aufweisen, und dass die Verstärkungen der beiden einstellbaren Verstärker (Anu, Ani) gemeinsam gegenläufig verstellbar sind, derart, dass bei zunehmender Verstärkung des einen Verstärkers die Verstärkung des anderen Verstärkers abnimmt und umgekehrt, so dass bei gegebener Sekundärnennleistung des Spannungswandlers zur Erhöhung der Sekundärnennspannung die Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers (Ku) verringert und die Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) erhöht und zur Verringerung der Sekundärnennspannung die Verstärkung des Spannungs-Spannungs-Umsetzers (Ku) erhöht und die Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) verringert werden.

5. Bürde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Spannungs-Umsetzer (Ku) einen zweiten einstellbaren Verstärker (As) aufweist, dessen Verstärkung proportional zur gewünschten Sekundärnennleistung einstellbar ist.

6. Bürde nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gesteuerte Stromgenerator (G) am Ausgang einen Stromtransformator (At) mit einstellbarem Übertragungsverhältnis aufweist und dass das Übertragungsver-hältins gemeinsam mit der Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) gegenläufig verstellbar ist, derart, dass bei zunehmender Verstärkung des Strom-Spannungs-Umsetzers (Ki) das Übertragungsverhältnis des Stromtransformators (At) abnimmt und umgekehrt.

7. Bürde nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungs-Spannungs-Umsetzer (Ku) am Eingang einen Differenzverstärker (Au) hohen Eingangswiderstandes und der Strom-Spannungs-Umsetzer (Ki) am Eingang einen Messwiderstand (R1) aufweist, an dessen Klemmen ein Differenzverstärker (Ai) hohen Eingangswiderstandes geschaltet ist.

8. Bürde nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangsstromklemmen (Ii, I2) je mit der auf der gleichen Seite liegenden Eingangsspannungsklemme (Ui, U2) verbunden sind oder mit diesen Eingangsspannungsklemmen identisch sind.

9. Bürde nach einem der Ansprüche 2,3,5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu deren wahlweiser Verwendung mit einem Stromwandler oder einem Spannungswandler der zweite einstellbare Verstärker (As) wahlweise entweder in den Strom-Spannungs-Umsetzer (Ki) oder in den Spannungs-Spannungs-Umsetzer (Ku) hineinschaltbar ist und dass ausserdem von gesteuertem Spannungsgenerator (G) auf gesteuerten Stromgenerator (G) umschaltbar ist.