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Anordnung zur Ermittlung der nicht ohne weiteres meßbaren Spannung
eines Leistungstransformators auf der Hochvoltseite durch Messung der Spannung auf
der Niedervoltseite Es ist bekannt, die Spannung an der Sekundärseite eines Transformators
aus der Spannung an der Primärseite und dem Übersetzungsverhältnis zu bestimmen.
Dabei entstehen durch die Streuung und den Ohmschen Widerstand des Transformators
Fehler, die vom Belastungsstrom abhängig sind.
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Es ist weiter bekannt, diese Abfälle an Widerständen geeigneter Größe
und Phasenlage nachzubilden, meist unter Zwischenschaltung eines Wandlers, und diese
Spannungsverluste für den Meßkreis zu berücksichtigen, so daß man auf diesem Weg
die Spannung an Stellen messen kann, die der direkten Messung nur schwer zugänglich
sind.
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Dabei entstehen jedoch Fehler durch den Magnetisierungsstrom, denn
der sekundäre Strom ist vektoriell um den Magnetisiierungsstrom kleiner alls der
primäre, und in die Kreise zur Nachbildung der Spannungsabfälle wird meist nur einer
dieser beiden Ströme geführt. Bei stark belasteten Transformatoren ist dieser Fehler
oft zu vernachlässigen. Bei Prüftransformatoren oder Wandlern kann er aber beträchtlich
werden.
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Es ist nun weiter bekannt, diesen Fehler dadurch zu beseitigen, daß
man Primär- und Sekundärstrom direkt oder über Wandler in entsprechender Weise zur
Nachbildung der Spannungsabfälle verwendet. Dabei ist es
aber oft
schwierig, beide Ströme an die Meßanordnung heranzuführen; beim Prüftransformator
ist dieses Verfahren praktisch unmöglich, denn der Wandler für den Sekundärstrom
müßte für die volle Spannung isoliert sein.
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Schließlich ist es noch bekannt, mit der vom Transformator an sich
gelieferten, fehlerbehafteten Spannung eine nach Größe und Richtung derart bemessene
Zusatzspannung geometrisch richtig zusammenzusetzen, daß sich aus beiden Spannungen
zusammen die nach Größe und Richtung gewollte (berichtigte) Spannung ergibt. Die
bekannte Anordnung bezieht sich jedoch im wesentlichen auf Spannungswandler. Bei
diesen entstehen die Fehler, wenn man von der normalerweise vernachlässigbaren sekundären
Bürde absieht, lediglich durch die Spannungsabfälle des Magnetisierungsstromes in
der Streuung und im Ohmschen Widerstand der Primärwicklung. Beim belasteten Transformator
dagegen entstehen die Fehler durch den primären und sekundären Strom an den zugeordneten
Widerständen, wobei eine Meßanordnung für belastete Transformatoren die Fehler bei
beliebigen Lastzuständen des Transformators beseitigen muß, während eine Meßvorrichtung
für Wandler praktisch nur für einen Betriebsfall, nämlich den des Leerlaufes abgeglichen
zu sein braucht. Dabei wird bei der bekannten Anordnung zur Beseitigung des Fehlers
der Spannungsabfall an einem Ohmschen Widerstand nachgebildet. Das setzt voraus,
daß der Strom im Nachbildungskreis dieselbe Phasenlage haben muß wie die Summe der
Spannungsabfälle. Beim belasteten Transformator liegen die zu korrigierenden Spannungsabfälle
nahezu in Richtung der Primärspannung, dann müßte aber bei der bekannten Anordnung
der Strom auch in Richtung der Primärspannung liegen, wobei es aber dann nicht möglich
ist, die erforderliche krummlinige Abhängigkeit zu erreichen. Denn der Kreis müßte
dann überwiegend Ohmschen Charakter haben, wogegen eine krummlinige Abhängigkeit
nur durch eine eisengeschlossene Induktivität erreicht werden kann.
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Hinzu kommt noch, daß die Anwendung der bekannten Einrichtung bei
belasteten Transformatoren auch noch aus dem Grunde praktisch nicht möglich ist,
well der gesamte sekundäre Strom durch den Ohmschen Widerstand fließen müßte. Dies
ist wohl bei einem Wandler, nicht aber bei einem belasteten Transformator möglich,
wobei außerdem der Abfall des Betriebsstromes an diesem Widerstand die Verhältnisse
stören würde.
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Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß
bei einer Anordnung zur Ermittlung der nicht ohne weiteres meßbaren Spannung eines
Leistungstransformators auf der Hochvoltseite durch Messung der Spannung auf der
Niedervoltseite in Kenntnis des Windungszahlübersetzungsverhältnisses des Transformators
und unter Berücksichtigung des vom Belastungsstrom abhängigen Ohmschen und induktiven
Spannungsabfalls im Transformator und des durch den Magnetisierungsstrom entstehenden
Fehlers die Einrichtung derart getroffen wird, daß der an sich durch den Magnetisierungsstrom
verursachte Fehler in an sich bekannter Weise durch eine geometrisch richtig eingefügte,
passend bemessene Zusatzspannung berücksichtigt wird derart, daß durch eine an eine
der primären bzw, sekundären elektromotorischen Kraft streng oder angenähert proportionale
Spannung gelegte Drossel ein Strom nachgebilder wird, der bei allen Spannungen dem
Magnetisierungsstrom proportional ist, und daß dieser Strom an einem Ohmschen Widerstand
und einer Induktivität die Zusatzspannung hervorruft.
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Die erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß die vorerwähnten
Fehler dadurch beseitigt werden, daß der Strom im Hilfskreis in allen Fällen die
Phasenlage des Magnetisierungsstromes hat und die Spannungsabfälle nunmehr sowohl
an einem induktiven als auch an einem Ohmschen Widerstand erzeugt werden. Dadurch
ist es in jedem Fall möglich, die nachzubildenden Spannungen in die richtige Phasenlage
zu bringen und sie auch mit der entsprechenden Abhängigkeit von der primaren Spannung
zu versehen.
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Die Stromaufnahme dieser Drossel muß also bei allen angelegten Spannungen
dem Magnetisierungsstrom des Transformators bei dieser Spannung proportional sein.
Baut man diese Drossel bei eisengeschlossenem Transformator auch eisengeschlossen
und verwendet ein dem Transformatoreisen ähnliches Material, so erreicht man leicht
dieselbe Abhängigkeit des Stromes von der angelegten Spannung, wenn die Induktion
ungefähr gleich der im Transformator ist.
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Die Abb. I zeigt eine beispielsweise Ausführung der Schaltung. Der
Generator G speist den Transformator T, dessen Sekundärspannung gemessen werden
soll. Das Meßgerät ist an die Klemmen 1 und 2 angeschlossen. Durch die Widerstände
X1 und R1 fließt ein dem Primärstrom proportionaler Strom, der über den Wandler
W1 zugeführt wird; in diesen Widerständen wird der Abfall in der Primärwicklung
des Transformators T nachgebilden. In den Widerständen R11 und X11 fließt sowohl
ein dem Primärstrom proportionaler, als auch ein dem Magnetisierungsstrom verhältnisgleicher
Strom, da die Drossel Dr den Magnetisierungsstrom nachbildet.
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Der Wandler W2 ist so angeschlossen, daß in den Widerständen die Differenz
der beiden Ströme fließt das ist aber ein dem Sekundärstrom proportionaler Strom.
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Also ist K J1-K Jµ = K J2, wobei K ein konstanter Faktor, J1 der
Primärstrom, Jµ der Magnetisierungsstrom, J2 der Sekundärstrom ist.
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Die Abfälle an Rn und Xn sind dann K J2 RII und K J2 XII.
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Durch Wahl von K und RII bzw. XII kann man den Abfall in der Sekundärwicklung
zahlenmäßig richtig erhalten.
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Während in dem angeführten Beispiel der dem Primärstrom und der dem
Magnetisierungsstrom proportionale Strom gemeinsam über die Widerstände RII und
XII fließen, ist es grundsätzlich auch möglich, sie getrennt über je einen Widerstand
zu schicken und dann die daran entstehenden Spannungsabfälle zusammenzusetzen. Die
Abb. 2 zeigt dieses Ausführungsbeispiel. Die Bezeichnungen entsprechen denen von
Abb. 1. Im Kreise des Wandlers W1, der vom Primärstrom gespeist wird, liegt außer
den Widerständen RI und XI, die den Abfall in der Primärwicklung nachbilden, auch
noch der Widerstand RII und XII, der also von einem dem Primärstrom proportionalen
Strom durchflossen wird. Derselbe Widerstand liegt auch im Sekundärkreis des Wandlers
W2 und ist dort von einem dem Magnetisierungsstrom proportionalen Strom durchflossen.
Da in dem vorhergehenden Beispiel die beiden Ströme über den gemeinsamen Widerstand
RII, XII so fließen mußten, daß sie sich subtrahieren, so müssen nun die Spannungsabfälle
so geschaltet werden, daß sie vektoriell entgegengesetzte Vorzeichen haben. Die
Spannung an den Klemmen ist also: U1-KJ1(RI+jXI)-KJI(RII+jXII) + KJ,, (Rn + jXn).
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Das ist' aber bei geeigneter Wahl von RI, , XI, u die Sekundärspannung.
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Ein Fehler in ,der NachbiLdung des Magnetisierungsstroms entsteht
bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Drossel nicht von der
EMK des Transformators, sondern von der Generatorspannung gespeist wird. Falls dieser
Fehler stört, kann man ihn durch eine Anordnung beseitigen, bei der die Spannung
für die Drossel in einer analogen Schaltung, wie die Meßschaltung selbst, der EMK
des Transformators verhältnisgleich ist.
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Durch die Beseitigung der Fehler, die durch den Magnetisierungsstrom
entstehen, wird eine hohe Meßgenauigkeit erzielt. Da die Drossel auch die Oberwellen
des Magneti-siierungsstroms richtig nachbildet, ist die dargestellte Spannung auch
in der Kurvenform ein getreues Abbild der Transformatorenspannung.