DE1089472B - Messschaltung zur Ermittlung der Sekundaerspannung bzw. des Sekundaerstromes eines belasteten Transformators bei annaehernd konstanter Arbeits-frequenz durch unmittelbare oder mittelbare Messung auf der Primaerseite des Transformators - Google Patents

Description

• Meßschaltung zur Ermittlung der Sekundärspannung bzw. des Sekundärstromes eines belasteten Transformators bei annähernd konstanter Arbeitsfrequenz durch unmittelbare oder mittelbare Messung auf der Primärseite des Transformators Die Erfindung beschäftigt sich mit der Ermittlung der Sekundärspannung bzw. des Sekundärstromes eines belasteten Transformators bei annähernd konstanter Arbeitsfrequenz durch unmittelbare oder mittelbare Messung auf der Primärseite des Transformators oder an den Klemmen einer weiteren Wicklung möglichst unabhängig von der Belastung und innerhalb eines vorgegebenen Spannungsbereiches, unter Umständen bei hoher Streuung des Transformators.
• Eine solche Aufgabe liegt z. B. bei der Ermittlung der Kathodenheizspannung bei einem Elektronenmikroskop vor, bei dem die Kathode auf einem Potential, z. B. bis zu 100 kV, liegt und im Hinblick auf dieses hohe Potential eine direkte Messung der Sekundärspannung des speisenden Transformators nicht möglich ist.
• Bei steigender Belastung eines Transformators steigt die Primärspannung, die für eine bestimmte Sekundärspannung notwendig ist. Mißt man lediglich die Primärspannung, so zeigt das Instrument mit steigender Belastung zuviel an. Diese Anzeigefehler nehmen mit zunehmender Streuinduktivität zu. Man muß demzufolge für genauere Messungen diese Fehler in der Anzeige so kompensieren, daß sie wenigstens in einem bestimmten Spannungs- und Lastbereich innerhalb der Genauigkeit des Instrumentes liegen.
• Zur Lösung der Aufgabe wird eine Meßschaltung vorgeschlagen, welche gemäß der Erfindung aus einer Brückenschaltung mit Differentialübertrager besteht, wobei an den primärseitigen Eingang der Differentialübertragerschaltting, welche mit Hilfe von Nachbildungen auf einen Eichbelastungsfall abgeglichen ist, eine der Primärspannung des belasteten Transformators proportionale Spannung angelegt wird, wodurch an einem zum primärseitigen Eingang des Differentialübertragers symmetrisch im primärseitigen Ausgang liegenden Nachbildungswiderstand eine belastungsabhängige Spannung steht, die einer der Primärspannung bzw. dem Primärstrom des belasteten Transformators proportionalen Spannung, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung oder Schwächung, entgegengeschaltet wird, so daß ein mit der hieraus entstehenden Differenzspannung beaufschlagtes Instrument die zu ermittelnde Sekundärspannung bzw. Sekundärstrom des Transformators anzeigt.
• Eine Meßschaltung zur Ermittlung der Sekundärspannung von Transformatoren durch Messung der Spannung auf der Primärseite ist bereits für Kaskadentransformatoren bekannt. Bei dieser Schaltung werden die durch denBelastungsstrom sowie die durch den Magnetisierungsstrom in den einzelnen Stufen entstehenden Spannungsabfälle jeweils für sich zusammengefaßt und durch entsprechende, außerhalb der Kaskade dargestellte Ströme in Meßkreisen nachgebildet; zur Berücksichtigung der gemeinsam vom Belastungsstrom und vom Magnetisierungsstrom abhängigen Spannungsabfallbeträge ist ein zusätzlicher Korrektionskreis vorgesehen.
• In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der Meßschaltung gemäß der Erfindung in einer Ausführungsform mit mittelbarer Spannungsmessung dargestellt. An den Differentialübertrager Ü2 wird die von der dritten Wicklung W3 des mit RLast belasteten Transformators tX entnommene SpannungHO, dessen Sekundärspannung zu ermitteln ist. als Eingangsspannung angelegt ist, so daß man auf der Sekundärseite des Ubertragers Ü2 die Spannung2 erhält, welche der Spannung UO und damit der Primärspannung Ui des Transformators Ü1 annähernd proportional ist. Außerdem erzeugt die Spannung 21o an dem im primärseitigen Ausgang des Differentialübertragers Ü2 liegenden Nachbildungswiderstandes eine Spannung 1t53, welche zur Spannung Uo und damit zur Spannung 112 proportional ist, jedoch entscheidend von dem Lastwiderstand, Innenwiderstand der Spannungsquelle und den Verlusten des Transformators abhängt. Die Nachbildung ist auf einen Eichbelastungsfall abgeglichen. Die Spannung 113 kann in geeigneter Weise verstärkt oder geschwächt der Spannung 112 gegeugeschaltet werden, so daß die Anzeige des Instrumentes I wenigstens in einem bestimmten Bereich wirklich der Spannung 11La,t auf der Sekundärseite des Transformators Üj entspricht. Die Spannung 112 ist dabei die eigentliche Meßspannung, die um einen bestimmten Anteil der Spannung 113 vermindert wird. Der Abgleich der Brückenschaltung muß so vorgenommen werden, daß die Spannung 113 mit steigender Last, d. h. bei kleiner werdendem Widerstand Last zunimmt, denn auch die Spannung t11 und damit die Spannung 112 nimmt mit steigender Last für eine konstante Spannung 11Last ZU.
• Je nach den Anforderungen an die Genauigkeit kann der Brückenabgleich durch ein komplexes i3 oder bei schlechterer Kompensation durch ein reelles Z und einen Kondensator, z. B. parallel zu einer Primärwicklungshälfte des Differentialübertragers, vorgenommen werden. Bei einem solchen Näherungsabgleich ist die Differentialwirkung des Ubertragers stark verschlechtert. Es ergibt sich an der Nachbildung auch bei dem WertRLast, auf den abgeglichen wurde, eine Restspannung.
• Die in dem BlockschaItbil& schematisch angegebenen Meßwertumformer MU1 und MU2 können aus einer einfachen Gleichrichterschaltung und Potentiometern bestehen und dabei auch mit zusätzlichen. Verstärkern ausgerüstet sein, die die Amplitude der Spannung 112 bzw. 113 mit der gewünschten Charakteristik verstärken und dadurch die Genauigkeit der Fehlerkompensation erhöhen.
• In der Fig. 2 ist eine Meßschaltung zur Ermittlung der Kathodenheizspannung eines Elektronenmikroskops (2,0 bis 3,0 Volt) bei einer Arbeitsfrequenz von etwa 35 kHz wiedergegeben. Der belastete HF-Transformator Eh ist mit Ferritkernen ausgerüstet. Der Abgleich in der Nachbildung ist mit einem Kondensator (C = 0,220 FF) und Widerständen (Rn = 60 Q) vorgenommen. Ein Nachabgleich kann in folgender Weise erfolgen: Bei einem mittleren Spannungswert (z. B. etwa 2,6 Volt) wird mit dem Potentiometer der gleiche Ausschlag bei RLastmin. und RLnstmax. eingestellt. Dabei kann Rl,ast durch entsprechende reelle Widerstände nachgebildet sein. Durch Drehen am Potentiometer P1 wird hierfür der zur Fehlerkompensation benutzte Teil von 1t3 geändert. Mit einer am Instrument V gemessenen Eichspannung an Last von z. B. 11Last = 3,0 VoltBff. wird der Ausschlag des Instrumentes I mit Hilfe des Potentiometers P2 auf 3 Volt eingestelIt.
• Durch den näherungsweisen Abgleich der Brückenschaltung mittels C und Rn leidet die Anzeigegenauigkeit. An Hand von Messungen, die mit Instrumenten der Klasse 0,1 durchgeführt wurden, konnte für die vorliegende Schaltung im Bereich 11Last = 2,0 bis 3,0 Voltef. und Last = 1 bis 10 Q ein Fehler von < 1,5°/o festgestellt werden. Bei Verwendung eines Instrumentes der Klasse 1,5 liegt der Anzeigefehler also innerhalb des Instrumentenfehlers.
• Die beschriebene Anordnung ist in der Hochspannungsmeß technik und Hochfrequenzmeßtechnik anwendbar. Sie erspart in vielen Fällen hochisolierte, auf Hochspannung liegende Instrumente bzw. Meßwandler.
• Die Meßschaltung gemäß der Erfindung muß für jede Anlage mit einem Eichinstrument abgeglichen werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Meßschaltung zur Ermittlung der Sekundärspannung bzw. des Sekundärstromes eines belasteten Transformators bei annähernd konstanter Arbeitsfrequenz durch unmittelbare oder mittelbare Messung auf der Primärseite des Transformators, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltung aus einer Brückenschaltung mit Differentialübertrager besteht, wobei an den primärseitigen Eingang der Differentialühertragerschaltung, welche mit Hilfe von Nachbildungen auf einen Eichbelastungsfall abgeglichen ist, eine der Primärspannung des belasteten Transformators proportionale Spannung angelegt wird, wodurch an einem zum primärseitigen Eingang des Differentialübertragers symmetrisch im primärseitigen Ausgang liegenden Nachbildungswiderstand eine belastungsabhängige Spannung steht, die einer der Primärspannung bzw. dem Primärstrom des belasteten Transformators proportionalen Spannung, gegebenenfalls nach geeigneter Verstärkung oder Schwächung, entgegengeschaltet wird, so daß ein mit der hieraus entstehenden Differenzspannung beaufschlagtes Instrument die zu ermittelnde Sekundärspannung bzw. Sekundärstrom des Transformators anzeigt.
2. 2. Meßschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Primärspannung proportionale Spannung am sekundärseitigen Ausgang des Differentialübertragers abgenommen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 716 139.