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Kunstschaltung für Präzisions-Spannungswandler mit mehrstufigem Übersetzungsverhältnis
Bei den bisher bekannten Kunstschaltungen für Präzisions-Spannungswandler mit mehrstufigem
Übersetzungsverhältnis besteht z. B. das Bestreben, die Anordnung und Bemessung
der Hochspannungswicklung so zu wählen, daß die primären Ohmschen und Streuwiderstände,
bezogen auf die Sekundärwicklung, einander möglichst gleich sind.
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Während diesem Bestreben bei den Ohmschen Widerständen noch verhältnismäßig
einfach entsprochen werden kann, indem die Drahtquerschnitte gestaffelt und gegebenenfalls
innerhalb einer Stufe verschiedene Drahtquerschnitte verwendet werden, treten Schwierigkeiten
auf, wenn relativ gleiche Streuwiderstände der Primärwicklung auf den einzelnen
Stufen verwirklicht werden sollen. Würde man, um diesem Ziel näherzukommen, die
Primärwicklung »verschachteln«, so würde dies die Spannungssicherheit vermindern
und die Raumausnutzung der Wicklung- verschlechtern. Denn aus Gründen der Spannungssicherheit
und der guten Ausnutzung des Wickelraumes wird zweckmäßigerweise eine fortlaufende
Wicklung angewendet, bei welcher die einzelnen Stufen bei der ihnen entsprechenden
Windungszahl herausgeführt werden. Beispielsweise wird häufig eine lagenweise Wicklung
angewendet, so daß sich die ersten Stufen vorzugsweise auf den unteren Lagen der
Wicklung befinden, während die höheren Stufen zunehmend einen größeren Wickelraum
in Anspruch nehmen. Die Streuinduktivität der einzelnen Stufen, bezogen auf die
Sekundärwicklung, sind daher einander nicht gleich, sondern nehmen mit wachsender
Ausfüllung des Wickelraumes zu. Sollte aber der bei solchen Wandlern durch den Leerlaufstrom
in
den Ohnischen und Streuwiderständen der Primärwicldung hervorgerufene
Fehler, welche den »Gang« der Fehlerkurve verursacht, dadurch kompensiert werden,
daß der Sekundärspannung eine ent-.,pr echende Spannung hinzugefügt wird, die in
einer besonderen Kunstschaltung erzeugt wird, so wird diese Aufgabe gerade dadurch
erschwert, daß die primären Streuwiderstände an den einzelnen Stufen ungleich sind.
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Eine andere Schwierigkeit, insbesondere bei den mehrstufig übersetzten
Präzisions-Spannungswandlern, beruht darauf, daß der Wandler aus Gründen einfacherer
Fertigung zweckmäßigerweise noch in trockenem, nicht imprägniertem Zustand abgeglichen
und erst dann ganz bandagiert oder z. B. mit erhärtender plastischer Masse völlig
umgossen wird. Der bandagierte oder umgossene \Vandler ist aber, beispielsweise
wenn nachträglich eine Wicklungskontrolle vorgenommen werden soll, praktisch nicht
mehr zugänglich.
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Weitere Schwierigkeiten machen sich bei der Herstellung der Präzisions-Spannungswandler
durch den ungünstigen Ei.iluß der Eigenkapazität der Hochspannungswicklung geltend.
Hierunter ist bekanntlich sowohl die Kapazität zwischen den einzelnen Windungen
als auch diejenige innerhalb und zwischen den einzelnen Abteilungen undLagen der
Hochspannungswicklung zu verstehen. Erfahrungsgemäß ist der Einfluß dieser Kapazitäten
verschieden, je nachdem, ob der Wandler auf der höchsten Stufe betrieben wird, d.
h. ob alle Stufen vom Leerlaufstrom durchflossen werden, oder ob er nur auf den
kleineren Stufen betrieben wird. Wird der Wandler auf der höchsten Stufe betrieben,
so werden die kapazitiven Ladeströme für diese Wicklungskapazitäten aus dem Netz
zugespeist, beeinflussen daher das Verhalten und insbesondere die Meßgenauigkeit
des Wandlers nicht. Wird der Wandler aber auf den kleineren Stufen betrieben, so
nehmen die nicht angeschlossenen Stufen einen Lädestrom für ihre Wicklungskapazitäten
auf, der auf induktivem Wege, und zwar über den erregten Kern, gedeckt wird. Der
Wandler arbeitet demnach wie ein Mehrwicklungs-Transformator, dessen nicht angeschlossene
Stufen kapazitiv belastet sind. Selbst wenn also relative Gleichheit der pri;nären
Ohmschen und Streuwiderstände auf den einzelnen Stufen besteht. so ergibt sich durch
die unterschiedlichen kapazitiven Lasten immer noch eine Verschiebung des Fehlerwertes
der einzelnen Stufen (sogenannte Bandbreitenänderung). Erschwerend kommt dabei hinzu,
daß die kapazitiven Ladeströme erst voll wirksam werden,, wenn der Wandler fertig
imprägniert ist, weil sich durch die Imprägnierung, sei sie eine Ölfüllung; sei
sie ein Kunstharzum- oder -aiisguß., die Dielektrizitätskonsta.nte des Isolierstoffs
zwischen Windungen oder Abteilungen oder Lagen der Hochspannungswicklung oder innerhalb.
aller dieser Teile ändert.
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Es wurde nun gefunden, daß in einfacher Weise ein Präzisions-Spannungswandler
mit inehrstufigern Übersetzungsverhältnis geschaffen werden kanai, der sich auch
in fertig- imprägniertem; Zustand genau abgleichen läßt und praktisch fehlerfrei
arbeitet, indem erfindungsgemäß an den Anzapfungen der Hochspannungsseite (primär)
wahlweise zusammenschaltbare Abgleichglieder aus Induktivitäten, Ohmschen Widerständen,
Kapazitäten, Hilfstransformatoren vorgesehen sind, durch welche ohne nachträgliche
Änderung der Windungszahl der Hochspannungswicklung die Lage des Spannungsfehlers
und des Fehlwinkels (Bandbreitenkorrektur) und/oder der Gang des Spannungsfehlers
und des Fehlwinkels als Funktion der Primärspannung (Gangl:orrelctur) beeinflußbar
sind.
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Zur Veränderung des Ganges empfiehlt es sich, den einzelnen Hochspannungsanzapfungen
korrigierende Wirk- und/oder Blindwiderstände vorzuschalten, die zweckmäßigerweise
veränderbar sind.
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Zur Speisung des Abgleichgliedes können an der betreffenden Stufe
der Hochspatmungswicklung zwei vorteilhafterweise um eine oder mehrere Windungen
voneinander entfernte Anzapfungen vorgesehen. sein, die gemeinsam das Abgleichglied
speisen. Vorzugsweise wird hinter diesen beiden gemeinsam speisenden Anzapfungen
noch eine weitere, hinter einer Unterbrechung liegende Anzapfung vorgesehen, welche
die mittels der Kunstschaltung gewonnene Korrekturspannung ganz oder teilweise dem
Potential der nächsten Stufe hinzufügt.
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Weiter ist es zweckmäßig, die beiden Anzapf ungen an der Hochspannungsstufe
einen Hilfstransformator speisen zu lassen, dessen Windungszahl veränderbar ist,
so daß ein nachträglicher Feinabgleich des Spannungsfehlers jeder Stufe möglich
ist. Der Hilfstransformator kann ein Spartransformator sein. Vorzugsweise wird in
seinem Sekundärkreis eine Reihenschaltung aus einem Blindwiderstand und einem Ohmschen
Widerstand vorgesehen, durch welche eine komplexe Verschiebung zum Zwecke der Fehlwinkelkorrektur
erfolgt. Der Blindwiderstand kann dabei aus einer Induktiv ität oder aus einer Kapazität
bestehen, während der Ohmsche Widerstand regelbar sein soll, Zweckmäßig ist es aber,
such die Blindwiderstände regelbar zu machen, Wie weiter gefunden wurde, ist es
gegebenenfalls vorteilhaft, auf der Sekundärseite des Spannungswandlers Abgleichglieder
vorzusehen, durch welche der mittels der bereits vorgesehenen Abgleichglieder vergleichmäßigte
Gang der Fehlerkurven zusätzlich kompensierbar ist. Hierbei besteht das an der Sekundärseite
vorgesehene Algleichglied vorzugsweise aus einer Reihenschaltung von Ohinschem Widerstand
und linearen oder nichtlinearen induktiven Widerständen, die vorteilhafterwiese
von einem Hilfsstrom durchflossen "vverden, der einer Tertiärwicklung des Wandlers
entstammt und dessen Größe insbesondere durch eine weiter vorgesehene, nicht im
Zuge des Sekundävs.tromes liegende nichtlineare Induktivität beeinflußbar ist.
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Weitere Ausgestaltungsformen der Erfindung sind , aus den Darstellungen
vQii Ausführungs-
Beispielen der Kunstschaltung und der folgenden
Beschreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. i schematisch eine lagenweise aufgebaute
Primärwicklung mit Zusatzinduktivitäten, um zwecks Sekundärkorrektur den Wandler
mit gleichen Streuinduktivitäten auszurüsten, sowie mit Korrekturwiderständen, Fig.
2 ein Ausführungsbeispiel einer Kunstschaltung für die Kompensierung des vorhandenen
Ganges der Fehlerkurve, Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Kunstschaltung, mit
der sich noch gewisse Verschiebungen der absoluten Lage des Spannungsfehlers oder
des Fehlwinkels vornehmen lassen, Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Kunstschaltung,
mit der sich eine Änderung der absoluten Lage des Fehlwinkels erzielen läßt, und
schließlich Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel einer Kunstschaltung, mit der solche
Korrekturschaltungen gegebenenfallsnoch einfacher gestaltet werden können.
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Die als Rotationskörper mit trapezförmigem Ouerschnitt und lagenweise
aufgebaute Primärwicklung i (Fig. i) mit der gedachten Wickel- und Rotationsachse
2 weist Anzapfungen 3, 4., 5 und 6 auf. Wie nach den einleitenden Darlegungen ohne
weiteres einleuchtet, ist die Streuinduktivität der Windungszahl von einer Anzapfung
d. zur Anzapfung 3 relativ kleiner als von der Anzapfung 5 zur Anzapfung 3 bzw.
von der Anzapfung 6 zur Anzapfttng 3. Soll nun der Wandler zum Zwecke einer Sekundärkorrektur
mit gleichen Streuinduktivitäten ausgerüstet werden, so ist es zweckentsprechend,
der Anzapfungsstufe .I eine Zusatzinduktivität 7 und der Anzapfungsstufe 5 eine
Zusatzinduktivität 8 vorzuschalten. Ergeben sich zwischen der praktischen Ausführung
des Wandlers und seiner Berechnung Unstimmigkeiten, denenzufolge die relativen Ohmschen
Widerstände der Anzapfungsstufen d., 5 und 6 ungleich ausgefallen sind, empfiehlt
es sich, diesen Stufen noch die Korrekturwiderstände g, io und/oder i i hinzuzufügen.
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Auf diese Weise ist es ohne ;weiteres möglich, eine Primärwicklung
herzustellen, die, bezogen auf die Sekundärspannung, gleiche Ohmsche und induktive
Widerstände aufweist.
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Fig. 2 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel für den Zweck der Kompensierung
des vorliandenen. auf allen Stufen gleichen Ganges der Fehlerkurve. Die Sekundärwicklung
12 des Wandlers liegt mit ihrem einen Ende an der Reihenschaltung aus dein. Ohmschen
Widerstand 13 und der Induktivität 14; die Induktivität kann je nach Bedarf einen
linearen oder nichtlinearen Charakter haben. Diese Abgleichglieder werden von der
Tertiärwicklung i5 über die nichlineare Induktiv ität 16 mit Ohmschein Widerstand
17 so gespeist, daß der Spannungsabfall an dein Ohmschen Widerstand 13 und der Induktiv
ität 14 der »natürlichen Fehlergröße« des Wandlers entspricht, wie sie durch den
Leerstrom hervorgerufen wird. Dies wird dadurch erreicht, daß der Eisenkern der
Induktivität 16 die gleiche magnetische Charakteristik aufweist wie der Eisenkern
des zu verbessernden Spannungswandlers.
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F ig. 3 zeigt, wie sich, vorzugsweise bei der Schlußprüfung des Wandlers,
noch gewisse Verschiebungen der absoluten Lage des Spannungsfehlers vornehmen lassen.
Die Primärwicklung 18 des Spannungswandlers ist nur zum Teil veranschaulicht, sie
weist an der zu korrigierenden Stufe die beiden Anzapfungen ig und 2o auf, die auf
den Transformator 21 arbeiten, dessen übersetzungsverhältnis regelbar ist, wie der
Pfeil 22 andeutet. Im dargestellten Beispiel ist der Transformator 2i in Sparschaltung
ausgeführt. Nach den einleitenden Darlegungen leuchtet ein, daß sich an der Klemme
23 des Transformators je nach seiner eingestellten Übersetzung eine Änderung des
übersetzungsverhältnisses des Wandlers bewirken läßt. Soll diese Änderung nach der
entgegengesetzten Seite erfolgen, so müssen die Zuführungen rum Transformator 21
von den Anzapfungen ig und 2o gekreuzt werden.
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Weiter lehrt Fig. .1 ., wie sich auch eine Änderung der absoluten
Lage des Fehlwinkels erzielen läßt. Die Primärwicklung 18 des Wandlers nebst ihren
beiden Anzapfungen ig und 2o sowie ihr Anschluß an den Transformator 21 mit dem
seine Regelbarkeit versinnbildlichenden Pfeil 22 entsprechen denselben Bezugsziffern
der Fig. 3. Der Fehlwinkelabgleich wird durch den änderbaren Blindwiderstand 24
bewirkt, der im dargestellten Beispiel eine Induktivität ist, sowie durch. den mit
ihr in Reihe liegenden änderbaren Ohmschen Widerstand 25, dessen andere Seite über
den einstellbaren Abgriff an der Wicklung des Transformators 21 liegt. Es ist offensichtlich,
daß an der Anzapfung 27 eine Verlagerung des Fehlwinkels zur Verfügung steht. Erforderlichenfalls
müssen Ohmscher Widerstand 25 und Induktivität 24 miteinander vertauscht werden.
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Aus der Fig. 5 schließlich läßt sich entnehmen, wie solche Korrekturschaltungen
gegebenenfalls noch einfacher gestaltet werden können. Zu diesem Zweck wird hinter
den beiden zur gemeinsamen Speisung des Abgleiehgliedes vorgesehenen Anzapfungen
noch eine weitere, hinter einer Unter-Brechung liegende Anzapfung vorgesehen, welche
die mittels der Kunstschältung gewonnene Korrekturschaltung ganz oder teilweise
denn Potential der nächsten Stufe hinzufügt. Einige Teile und demgemäß die Bezifferungen
stimmen mit entsprechenden Teilen der Fig. d. und 5 überein. `Die Kunstschalteng
kann nach der Fig. i wie auch ergänzend nach den Fig. 3 und d. ausgeführt sein;
für diese Kunstschaltung ist die Bezifferung 28 gewählt. An der Klemme 2g liegt
die korrigierte Stufenspannung, die weiter in den Kreis der fortlaufenden Wicklung
18, nämlich an die dritte Anzapfung 30 dieser Wicklung, geschaltet werden `kann,
die hinter der Unterbrechung liegt.