DE1068370B - Fehlerkompensierter kapazitiver Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf einen fehlerkompensierten kapazitiven Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, an dessen Unterkondensator ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer zusätzlichen Drosselspule geschalteter Spannungstransformator liegt. Erfindungsgemäß sind bei einem solchen kapazitiven Spannungswandler zur Kompensation sowohl der durch Temperaturschwankungen als auch der durch Frequenzschwankungen verursachten Fehler Mittel vorgesehen, welche in von den Temperaturschwankungen und Frequenzschwankungen beeinflußten Gliedern bestellen, die den Wert mindestens eines im Resonanzkreis liegenden Blindwiderstandes mechanisch zwangläufig verändern.

Wohl ist es bereits bekannt gewesen, bei kapazitiven Spannungswandlern die durch Schwankungen der Netzfrequenz bedingten Meßfehler dadurch zu beseitigen, daß man den Resonanzkreis verstimmt und ihn auf eine der schwankenden Netzf requemz -entsprechende Eigenfrequenz einregelt, und zwar mit Hilfe eines Synchronmotors, der über einen Fliehkraftregler auf die Induktivität einer Drosselspule einwirkt; andererseits ist es auch bekanntgeworden, bei der Messung von Hochspannungen mittels kapazitiver Spannungsteilung die durch Temperaturschwankungen verursachten Meßfehler dadurch zu kompensieren, daß der an Erde liegenden Teilkapazität des Spannungsteilers Zusatzkondensatoren mit verschiedenen Temperaturkoeffizienten parallel geschaltet werden. Voraussetzung für das Arbeiten einer derartigen Einrichtung ist, daß die Zusatzkondensatoren in unmittelbarer Nahe des kapazitiven Teilers angeordnet werden, weil sie den gleichen Temperaturschwankungen wie der kapazitive Spannungsteiler ausgesetzt sein müssen. Die Erfindung beruht auf der neuen Erkenntnis, daß es nicht genügt, nur die durch Temperaturschwankungen verursachten Meßfehler oder nur die durch Frequenzschwankungen verursachten Fehler zu kompensieren, sondern daß man Mittel zur Kompensation beider Fehlerarten vorsehen muß, um einen wirklich fehlerkompensierten kapazitiven Spannungswandler zu erhalten. Gegenüber den bekannten Anordnungen neu und fortschrittlich sind auch die gemäß der Erfindung zur Kompensation benutzten Mittel, welche in von den Temperaturschwankungen und Frequenzschwankungen beeinflußten Gliedern bestehen, die den Wert mindestens eines im Resonanzkreis liegenden Blindwiderstandes mechanisch zwangläufig verändern. Einige der gemäß der Erfindung benutzten Mittel sind zwar an sich bereits bekannt gewesen, jedoch nicht in Verbindung mit kapazitiven Spannungswandlern und insbesondere nicht zur Kompensation der durch Temperatur- und Frequenzschwankungen Fehlerkompensierter kapazitiver

Spannungswandler mit geerdetem

Teilerkondensator

Anmelder:

Messwandler-Bau G.m.b.H.,
Bamberg, Nürnberger Str. 225

Dr.-Ing. e.h.. Friedrich Raupach, Eduard Welter

und Otto Graul, Bamberg,
sind als Erfinder genannt worden

verursachten Fehler bei solchen Spannungswandlern.

Bei der Messung hochgespannter Wechselströme mittels eines Stromwandlers in Verbindung mit kapazitiven Spannungsteilern hat man schon dafür gesorgt, daß die Strommessung frequenz- und temperaturunabhängig wird. Dies wird dadurch erreicht, daß den für die Strommessung benutzten Spannungsteilerketten keine Leistung entnommen wird, im Meßkreis Induktivitäten nicht erforderlich sind und die Messung nur auf dem von der Temperatur unabhängigen Verhältnis der Teilkapazitäten der Spannungsteilerketten beruht. Im Gegensatz zu diesen bekannten Anordnungen handelt es sich bei der Erfindung um einen fehlerkompensierten kapazitiven Spannungswandler, bei dem die Verhältnisse vollkommen anders liegen, da an dem Unterkondensator ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, vorzugsweise in Reihe mit einer zusätzlichen Drosselspule geschalteter Spannungstransformator liegt, an dessen Sekundärseite die Bürde angeschlossen wird. Im übrigen unterscheiden sich diese bekannten Anordnungen von der Erfindung dadurch, daß bei ihnen ein Röhrenverstärker vorgesehen ist, um die Frequenz- und Temperaturunabhängigkeit zu erreichen.

Bei dem kapazitiven Spannungswandler gemäß der Erfindung kann die Anordnung so getroffen sein, daß die temperaturabhängigen Glieder entweder den Abstand der Platten des Unterkondensators oder den Luftspalt einer mit dem Spannungstransformator in Reihe liegenden Drosselspule verstellen. Als temperaturabhängige Glieder können z. B. Bi-Metallglieder vorgesehen werden, welche über mechanische Glieder

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einen Drehkondensator verstellen, der parallel zu einer lagerte Telefonie angeschlossen werden. Zwischen den

in Reihe mit dem Spannungstransformator liegenden Oberkondensatoren 2 und dem Unterkondensator 3 ist

Drosselspule gesohaltet ist. Die frequenzabhängigen die Drossel 6 angeschlossen, deren anderer Pol an der

Glieder können beispielsweise ein kapazitives Glied, Oberspannungswicklung 7 des Resonanztransforma-

vorzugsweise einen Drehkondensator, verstellen, wel- 5 tors 8 liegt; der andere Pol dieser Wicklung 7 ist

eher parallel zu der in Reihe mit dem Spannungs- bei 9 mit dem geerdeten Pol des Unterkondensators 3

transformator liegenden Drosselspule geschaltet ist. verbunden.

Als frequenzabhängiges Glied kann ein an den Span- Parallel zu einem Teil der Drossel 6 liegt der Abnungstransformator angeschlossenes drehmoment- Stimmungskondensator 10, der an verschiedene Anbildendes L-C-Glied, z. B. ein Quotientenmesser io zapfungen, z. B. 11, 12, der Drossel gelegt werden dienen, bei welchem bei _teiner Änderung der Soll- kann und der Kompensation des thermischen Fehlers Frequenz eine entsprechend Winkeldrehung hervor- dient. Seine Betätigung erfolgt über eine nur gegerufen wird, die über mechanische Glieder eine Ver- strichelt dargestellte Stange 13 od. dgl. von einem Bistellung des Drehkondensators veranlaßt. Eine Metallsystem 14 aus, das seinerseits von der auch das besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung 15 Kondensatorsystem 2, 3 beeinflussenden Temperatur besteht darin, daß ein sowohl von den temperatur- abhängig ist.

abhängigen Gliedern als auch von den frequenz- Ebenfalls parallel an der Drossel 6 liegt ein z^^p: abhängigen Gliedern mechanisch zwangläufig ver- Abstimmkondensator 15, der an die Anzapfungen, änderbarer Blindwiderstand vorzugsweise in Gestalt z. B. 16,17, der Drossel angeschlossen werden kann eines Drehkondensators vorgesehen wird, der parallel 20 und der über ein nur gestrichelt angedeutetes mechazu einer in Reihe mit dem Spannungstransformator nisches System 18 gesteuert wird, das seinerseits von liegenden Drosselspule geschaltet ist und auf dessen einem frequenzabhängigen, elektrisch-mechanischen Stator die temperaturabhängigen Glieder, auf dessen System 19 betätigt wird, das in Sparschaltung an Rotor die frequenzabhängigen Glieder einwirken. einen Teil der Oberspannungswicklung 7 des Reso-Ferner empfiehlt es sich, außer den zur Kompensation 25 nanztransformators 8 induktiv angeschlossen ist. Die der durch Temperaturschwankungen und durch Fre- Hilfswicklung 20 dieser Sparschaltung speist zwei quenzschwankungen verursachten Fehler vorgesehenen Teilkreise. Der eine Teilkreis weist eine Kapazität 21 Mitteln zwecks Kompensation des Phasenfehlers des und in Serie dazu eine Induktivität 22, der zweite Wandlers an der Sekundärseite des Spannungstrans- Teilkreis einen ohmschen Widerstand 23 und in Serie formators eine Abgleicheinridhtung anzuschließen, die 30 dazu eine Induktivität 24 auf. Beide Serienkreise sind eine an einigen Windungen der Sekundärwicklung des bei 25 ebenfalls in Serie miteinander verbunden und Spannungstransformators angeschlossene Gruppe aus überdies so ausgebildet, daß sie ein von der Frequenz ohmschem Widerstand und Drosselspule aufweist, abhängiges, die Verstellkraft für die über das mechawelche vorzugsweise sekundärseitig einige Windungen nische System angeschlossene Abstimmungskapazität mit Anzapfungen besitzt, an welchen die gewünschte 35 15 lieferndes Drehfeld erzeugen, wobei, wenn das zusätzliche phasenverschobene Spannung abnehmbar Frequenzgleichgewicht gestört wird, der Strom in ist. Schließlich können außer den zur Kompensation einem Kreis stärker, im anderen Kreis schwächer wird, der durch Temperaturschwarikungen und durch Fre- An der Niederspannungswicklung 26 des Resonanz quenzschwankungen verursachten Fehler vorgesehenen transformators 8 liegen die Abstimmglieder für den Mitteln zwecks Beeinflussung des Übersetzungsver- 40 Fehl winkel abgleich und die Übersetzungskorrektur, hältnisses des Wandlers auf der Sekundärseite des Die Abstimmglieder für den Fehlwinkelabgleich Spannungstransformators einige Zusatzwindungen weisen eine Eisendrossel 27 und in Serie dazu einen vorgesehen werden, die auf einen kleinen Hilfstrans- ohmschen Widerstand 28 auf. An der Drossel 27 entformator arbeiten, dessen Sekundärwicklung An- steht eine Spannung, die senkrecht zur Spannung an zapfungen aufweist, die eine feinstufige Änderung des 4-5 der Sekundärwicklung 26 liegt.
Übersetzungsfehlers und damit eine Anpassung dieses Insbesondere zur Erleichterung der Abstimmung Fehlers an die an den Klemmen liegende Betriebs- ist die Drossel 27 mit einer Sekundärwicklung 29 mit bürde ermöglicht. Werden für die Korrektur des Anzapfungen, z. B. 30, 31, versehen, deren Abgriff 32 Übersetzungsverhältnisses bzw. der Phasenlage Teiler- zur Klemme 33 führt, an welche die Bürde ange-Drosselspulen oder Teiler-Transformatoren verwendet, 50 schlossen wird. Die andere Klemme 34 für die Bürde empfehlen sich kleine Kernquerschnitte, weil mit ist über einen Abgriff 35 mit Anzapfungen, z. B. 36, diesen eine sehr feinstufige Änderung der an sich nur 37, eines Zusatztransformators 38 angeschlossen, kleinen Fehler möglich ist. Für die Temperatur- dessen andere Seite 39 über einen weiteren Abgriff 40 kompensation kann es vorteilhaft sein, den Unterk'on- an einige Windungen 41 der Sekundärwicklung 26 des densator und den Oberkondensator in einem für beide 55 Resonanztransformators 8 angeschlossen ist, wobei praktisch dieselbe Temperatur gewährleistenden ge- vorzugsweise die Serienschaltung aus Eisendrossel 27 meinsamen Gefäß unterzubringen, so daß auch das und ohmschem Widerstand 28 mit den in Sparschal-Teilungsverhältnis des Oberkondensators zum Unter- tung liegenden Wicklungen, z. B. 39, des Zusatztranskondensator praktisch konstant gehalten werden kann. formators verbunden ist. Der Zusatztransformator hat

Die Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen 60 vor allem den Zweck, daß er eine kleine Zusatzspankapazitiven Spannungswandler gemäß der Erfindung nung in Richtung des Vektors der Niederspannungsin Form eines Gesamtschaltbildes, während in Fig. 2 Seite des Resonanztransformators liefert, wodurch der ein Bi-Metallglied dargestellt ist, welches für die Übersetzungsfehler korrigiert werden kann.
Kompensation der durch Temperaturschwankungen Fig. 2 zeigt schematisch mehrere Kondensatoreleverursachten Fehler geeignet ist. 65 mente 50, 51, 52, 53 des Teilerkondensators., welcher

Die an 1 liegende Hochspannung führt über die über das Hebelsystem 55 von Bi-Metallglied 54 me-

Oberkondensatoren 2 des Teilerkondensators zum chanisch belastet und entlastet werden kann, wodurch

Unterkondensator 3 und von diesem, zweckmäßiger- sich die Abstände der einzelnen Kondensatorglieder

weise über einen Unterbrecher 4, zur Erde 5; an den derart ändern, daß die mit der Erfindung erstrebten

Unterbrecher 4 kann z. B. eine hochfrequenzüber- 70 Kompensationen eintreten.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Fehlerkompensierter kapazitiver Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, an dessen Unterkondensator ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer zusätzlichen Drosselspule geschalteter Spannungstransformator liegt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation sowohl der durch Temperaturschwankungen als auch der durch Frequenzschwankungen verursachten Fehler Mittel vorgesehen sind, welche in von den Temperaturschwankungen und Frequenzschwankungen beeinflußten Gliedern bestehen, die den Wert mindestens eines im Resonanzkreis liegenden Blindwiderstandes mechanisch zwangläufig verändern.

2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige Glieder vorgesehen sind, die den Abstand der Platten des Unterkondensators (3) verstellen.

3. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige Glieder vorgesehen sind, die den Luftspalt einer mit dem Spannungstransformator (8) in Reihe liegenden Drosselspule (6) verstellen.

4. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß temperaturabhängige Glieder, z.B. Bi - Metallglieder (14), vorgesehen sind, welche über mechanische Glieder (13) einen Drehkondensator (10) verstellen, welcher parallel zu einer in Reihe mit dem Spannungstransformator (8) liegenden Drosselspule (6) geschaltet ist.

5. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß frequenzabhängige Glieder vorgesehen sind, welche ein kapazitives Glied, vorzugsweise einen Drehkondensator (15), verstellen, welcher parallel zu der in Reihe mit dem Spannungstransformator (8) liegenden Drosselspule (6) geschaltet ist.

6. Spannungswandler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als frequenzabhängiges Glied ein an den Spannungstransformator (8) angeschlossenes drehmomentbildendes L-C-Glied (21, 22,23,24), z.B. ein Quotientenmesser, dient, bei welchem bei einer Änderung der Soll-Frequenz eine entsprechende Winkeldrehung hervorgerufen wird, die über mechanische Glieder (18) eine Verstellung des Drehkondensators (15) veranlaßt.

7. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein sowohl von den temperaturabhängigen Gliedern als auch von den frequenz-

abhängigen Gliedern mechanisch zwangläufig veränderbarer Blindwiderstand, vorzugsweise in Gestalt eines Drehkondensators, vorgesehen ist, der parallel zu einer in Reihe mit dem Spannungstransformator liegenden Drosselspule geschaltet ist und auf dessen Stator die temperaturabhängigen Glieder, auf dessen Rotor die frequenzabhängigen Glieder einwirken.

8. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer den zur Kompensation der durch Temperaturschwankungen und durch Frequenzschwankungen verursachten Fehler vorgesehenen Mitteln zwecks Kompensation des Phasenfehlers des Wandlers an der Sekundärseite des Spannungstransformators (8) eineAbgleicheinrichtung angeschlossen ist, die eine an einige Windungen der Sekundärwicklung (26) des Spannungstransformators angeschlossene Gruppe aus ohmschem Widerstand (28) und Drosselspule (27) aufweist, welche vorzugsweise sekundärseitig einige Windungen (29) mit Anzapfungen (30) besitzt, an welchen die gewünschte zusätzliche phasenverschobene Spannung (bei 33) abnehmbar ist.

9. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß außer den zur Kompensation der durch Temperaturschwankungen und durch Frequenzschwankungen verursachten Fehler vorgesehenen Mitteln zwecks Beeinflussung des Übersetzungsverhältnisses des Wandlers auf der Sekundärseite des Spannungstransformators (8) einige Zusatzwindungen (41) vorgesehen sind, die auf einen kleinen Hilfstransformator (39, 38) arbeiten, dessen Sekundärwicklung (38) Anzapfungen (36, 37) aufweist, die eine feinstufige Änderung des Übersetzungsfehlers und damit eine Anpassung dieses Fehlers an die an den Klemmen (33, 34) liegende Betriebsbürde ermöglicht.

10. Spannungswandler nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Oberkondensator (2) und der Unterkondensator (3) in einem für beide praktisch dieselbe Temperatur gewährleistenden gemeinsamen Gefäß untergebracht sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Fr. 929 138, 895 951,
858 856, 667 632, 577 454;

britische Patentschriften Nr. 458 691, 432 987,
633.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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