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Einrichtung zur Messung der Stossspannungsbeanspruchung elektrischer Geräte
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung der Stossspannungsbeanspruchung elektrischer Geräte, Maschinen oder sonstiger Einrichtungen mit Hilfe eines Elektronenstrahloszillographen, bei der dem Prüfobjekt eine sich periodisch wiederholende Stossspannung aufgedrückt wird und die Zeitablenkung des Oszillographen mit den Stössen synchronisiert ist, so dass der Eindruck eines ruhig stehenden Bildes entsteht. Die Frequenz der Spannungsstösse muss so hoch sein, dass das Bild am Leuchtschirm genügend ruhig steht, meist wird man 50 Hz wählen.
Die Dauer des Stosses selbst ist nur ein kleiner Bruchteil der ganzen Periode und um am Leuchtschirm ein genügend breites Bild zu erhalten, ist es notwendig, die Zeitablenkung während des Stosses sehr schnell verlaufen zu lassen. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäss eine synchronisierte Kippschwingung verwendet, deren Phasenlage so einstellbar ist, dass der Augenblick des Stosses in den Rücklauf, d. h. in den nur einen kleinen Teil der Periodendauer beanspruchenden, steil verlaufenden Ast der Kippschwingung fällt.
Auf diese Weise ist es möglich, mit Kippschwingungen von 50 Hz das Auslangen zu finden, während bei Verwendung des langsamen Anstieges der Schwingung eine hohe Frequenz erforderlich wäre, die sich nur schwer von der Messspannung oder vom 50 Hz-Netz aus genau synchronisieren liesse.
Fig. l zeigt schematisch die zur Lieferung der periodischen Stossspannung dienende Einrichtung S, das Prüfbbjekt X, beispielsweise eine Transformatorwicklung mit mehreren Messstellen, ein Potentiometer P und einen Oszillographen 0. Fig. 2 zeigt das Oszillogramm eines Stossvorganges, u. zw. setzt hier der Spannungsstoss kurz nach Beginn des an der geringen Strichstärke erkennbaren Rücklaufes ein. Ein solches stehendes Bild kann unmittelbar ausgemessen, aber auch etwa auf Ultraphan-Papier durchgezeichnet oder mit einer Kamera aufgenommen werden.
Die auf diese Weise erreichte klare Darstellung des Stossvorganges kann nun dazu benützt werden, nicht nur die Spannung einzelner Punkte des Prüfobjektes gegen Erde, sondern auch den Verlauf der Spannung zu bestimmen, der zwischen zwei gegen Erde Hochspannung führenden Punkten herrscht, wobei gleichzeitig dafür gesorgt werden muss, dass Störungen infolge Beeinflussung des Oszillographen durch die Netzspannung oder durch den Stossvorgang selbst oder durch ungenaues Abgleichen der Spannungsteiler besonders weitgehend vermieden werden.
Fig. 3 zeigt an einem Ausführungsbeispiel einige für die Erfindung wichtige Einzelheiten.
Der Kondensator 1 des Stossspannungsgenerators wird über die Gleichrichterröhre J ? und den Strombegrenzungswiderstand 3 stets annähernd auf den Scheitelwert der Sekundärspannung des Transformators 4 aufgeladen und sodann seine Spannung in einem beliebig wählbaren Zeitpunkt der vollen Wechselstromperiode durch Freigabe des mit der Steuerapparatur 6 versehenen Ventiles 5 auf den mit dem Prüfobjekt X verbundenen Kondensator 7 übertragen, wobei in bekannter Weise neben den Kapazitätswerten im wesentlichen der Widerstand 8 für die Stirnund der Widerstand 9 für die Rückendauer des erzeugten Spaniungsstosses massgebend ist. Nach Abklingen des Stosses bleibt das Ventil bis zum nächsten Stoss gesperrt, wobei sich der Kondensator 1 in der Zwischenzeit wieder auflädt.
Wählt man die Richtung der Durchlässigkeit der Ventile 2 und 5 entsprechend der Figur, wobei sich negative Spannungsstösse ergeben, so vermeidet man Beeinflussungen des Stossvorganges durch die nunmehr lediglich eine Vergrösserung der Kapazität 1 bildende natürliche Erdkapazität der Apparatur zur Erzeugung bzw. Aufrechterhaltung der Emission der Glüh-oder Quecksilberkathode des Ventiles 5. Auch kann man dann durch Vertauschung des Transformators 4 und des Ventiles 2 die Kathode dieses letzteren Ventiles auf Erdpotential bringen. Das Ventil 5 kann gegebenenfalls auch eine unmittelbar oder mittels einer Hilfsfunkenstrecke gesteuerte Funkenstrecke sein.
Die am Prüfobjekt abgegriffene Spannung, die bei der Anordnung nach Fig. 3 im Gegensatz zu der nach Fig. 1 eine Differenzspannung ist, wird mit Hilfe zweier zwischen je einem Messpunkt und Erde geschalteter Potentiometer auf den
Oszillographen übertragen. Bei richtiger Ab-
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gleichung dieses Doppe ! (potentiometers, d. h. bei gleichem Widerstandsverhältnis der beiden Einzelpotentiometer, ergibt sich an den beiden zwischen den Teilwiderständen 10, 10'bzw. 11, 11' liegenden Abgriffpunkten eine der zu messenden Spannung genau verhältnisgleiche kleinere Spannung, die annähernd auf Erdpotential liegt und daher mittels eines gewöhnlichen Kathodenstrahloszillographen gemessen werden kann.
Die Hauptschwierigkeit besteht dabei im Abgleichen der Potentiometer. Richtig abgeglichen ist das Doppelpotentiometer dann, wenn bei Anschluss beider Widerstände 10, 11 an einem und denselben Punkt des mit Stossspannung beaufschlagten Prüfob) ektes der Ausschlag am Oszillographen verschwindet. Ausser der etwa mittels eines veränderlichen Abgriffe eines zusätzlichen Widerstandes 12 durchführbaren Ohmschen Abgleichung benötigt man, wie sich zeigte, zur Erreichung dieses Zieles wegen des Oberwellengehaltes der Stossspannung und der Ungleichheit der verschiedenen natürlichen Kapazi- traten, wie insbesondere der der Zuleitungen zu den Ablenkplatten, auch noch eine kapazitive Abgleichung, die mittels eines kleinen Drehkondensators 13 vorgenommen werden kann.
Besonderes Augenmerk muss ferner der Abschirmung der Messanordnung gegen den Stossstromkreis zugewendet werden. Bei den schnellen Spannungsänderungen werden nämlich schon durch die Eigenkapazität der Leitungen genügend grosse Spannungsanteile übertragen, um selbst bei abgeklemmten Potentiometern noch Ausschläge auf dem Oszillographen hervorzurufen. Diese
Störungen können durch ein geerdetes Drahtnetz 14 unterdrückt werden. Die Potentiometerwiderstände werden dabei gemäss Fig. 3 vorzugsweise so angeordnet, dass sie senkrecht auf der Drahtnetzebene stehen und diese durch die Abgriffspunkte hindurchgeht. Die Potentiometer, insbesondere aber deren Widerstände 10 und 11, können z. B. in wassergefüllten und mit Strom- anschlüssen versehenen Glasröhren bestehen.
Die Einrichtung zur Erzeugung der dem zweiten
Plattenpaar des Oszillographen zuzuführenden sägezahnförmigen Kippschwingung ist in Fig. 3 mit 15 bezeichnet. Ihre Synchronisierungs- klemmen 16 sind mit einer vom Netz gespeisten
Phasenschieberbrücke 17, 18, 19 verbunden, durch deren Regelung (Veränderung des Wider- standes 19 oder des Kondensators 18) die Phasen- lage der Kippschwingung so eingestellt werden kann, dass die aufzunehmende Stossspannung im Sinne der Erfindung in die Zeit des Rücklaufes fällt. Durch Feinregelung kann dabei der jeweils interessierende Teil der Stossspannung m die
Mitte des Bildes gebracht werden, wo der Zeit- massstab des Rücklaufes meist annähernd linear ist, so dass dort z. B. die Stimdaucr g"messen werden kann.
Der Glättungskondensator 20 dient zur Unterdrückung der Oberwellen der
Synchronisierungsspannung, die sonst häufig die stetige Regelung der Phasenlage der Kipp- schwingung unmöglich machen. Der Konden- sator 18 kann auch durch eine Drosselspule oder die ganze Brückenschaltung 17-20 durch einen Drehregler ersetzt werden.
Bei der vorstehend beschriebenen Anordnung zur Messung von Differenzspannungen können sich durch die Trennung des Oszillographen von Erde Schwierigkeiten ergeben, u. zw. handelt es sich hautpsächlich um zwei Arten von Störungen. Die erste besteht darin, dass die Spannungsstösse trotz der vorgenommenen Abschirmung (Netz 14) bei Abschaltung der die Verbindung mit dem Prüfobjekt herstellenden Widerstände 10, 11 noch einen Ausschlag des Oszillographen hervorrufen.
Der betreffende Störstrom fliesst, wie sich zeigte, vom Netz her, auf das der Stossspannungsgenerator rückwirkt, über die natürlichen Kapazitäten zwischen Primärund Sekundärwicklung des Zwischentransformators 21 und des Netzanschlusstransformators 22 und schliesslich von der Stelle der unteren Ablenkplatte, da diese nicht wie sonst geerdet ist, über den Widerstand 11', zum Teil aber auch über den"Eingangswiderstand"23 des Oszillographen und den Widerstand 10'zur Erde zurück. Der Widerstand 23 kann gegebenenfalls nur aus der Kapazität der Ablenkplatten bestehen, oder aber z. B. der Eingangsscheinwiderstand eines diesen vorgeschalteten Verstärkers sein. Auf icden Fall bewirkt der an ihm durch den Störstrom hervorgerufene Spannungsabfall einen unerwünschten Ausschlag des Oszillographen.
Zur Abhilfe kann man den höherfrequenten Störstrom auf der Primärseite des Transformators 22 über die Kondensatoren 24 und 25 auf kurzem Weg zur Erde ableiten.
Die zweite durch die Trennung des Oszillographen von Erde verursachte Schwierigkeit besteht in einem netzfrequenten Störausschlag, der gerade bei kapazitiver Erdung der beiden Zuleitungen mittels der Kondensatoren 24 und 25 besonders hervortritt. Die Ursache dieser Störung liegt in der Ungleichheit der an den Wicklungsenden konzentriert gedachten strichliert gezeichneten natürlichen Kapazitäten zwischen Primär- und Sekundärseite des Transformators 22. Infolge dieser Unsymmetrie und der guten kapazitiven
Erdung der Primärseite des Transformators 22 fliesst, wenn dieser unter Spannung steht, ein netzfrequenter und im wesentlichen kapazitiver
Strom über den Widerstand 11', zum Teil aber auch über die Widerstände 23 und 10'zur Erde, wobei der Spannungsabfall am Widerstand 23 wiederum einen Störausschlag bedeutet.
Zur
Beseitigung dieser Störung kann erfindungsgemäss in den Kreis des Störstromes eine Wechsel- spannung von 50 Hz eingefügt werden, welche der den Störstrom erzeugenden Spannung ent- gegengesetzt ist und diesen Strom gerade auf Null kompensiert. Diese Kompensationsspannung kann z. B. einem kleinen zwecks Einstellung ihrer
Amplitude mit Anzapfungen versehenen Netz- transformator 26 entnommen und, wie dar- gestellt, zwischen den Verbindungspunkt der
Kondensatoren 24, 25 und Erde geschaltet
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werden. Zur Aufrechterhaltung der durch diese Kondensatoren bewirkten kapazitiven Erdung dient der etwa ebenso grosse Kondensator 27, der die Spannungsquelle 26 überbrückt.
Die letztere kann erforderlichenfalls auch so ausgebildet sein, dass ihr von der Netzspannung phasenverschiedene, also nach Amplitude und Phasenlage regelbare Spannungen entnommen werden können, doch ist meist die Phasenlage der erforderlichen Kompensationsspannung der der Netzspannung gleich bzw. entgegengesetzt gleich.
Grundsätzlich liessen sich die beiden vorgenannten Schwierigkeiten durch Verwendung eines Oszillographen vermeiden, dessen Eingangsimpedanz 23 erdsymmetrisch ist. In Fig. 3 entfiele dann die Verbindung der unteren Ablenkplatte mit dem einen Pol des Strahlerzeugungssystems und es könnte dann dieser Pol geerdet sein.
In Weiterbildung des Grundgedankens der
Erfindung kann man die zur Erzeugung der
Spannungsstösse periodisch freizugebende Ent- ladungs-oder Funkenstrecke 5 ihrerseits mit einem gleichartig aufgebauten Stosskreis kleinerer
Leistung steuern und in dieser Weise auch mehr- stufige Kaskadenschaltungen aufbauen. Zur Ver- einfachung kann dabei der Gleichrichterkreis 1-4 der Endstufe gleichzeitig auch die nur wenig
Strom verbrauchende Vorstufe oder Vorstufen speisen.
Die Erfindung lässt sich auch bei Marxschen
Vervielfachungsschaltungen (Reihenentladung parallel aufgeladener Kondensatoren) anwenden, wobei etwa nur die erste Entladungs-bzw.
Funkenstrecke die periodischen Steuerimpulse erhält, während die übrigen bei Zündung der ersten z. B. infolge Erhöhung der an ihnen liegenden Spannung von selbst zünden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anordnung zur kathodenoszillographischen
Bestimmung der Stossspannungsbeanspruchung elektrischer Geräte, Maschinen oder sonstiger
Einrichtungen, bei der dem Prüfobjekt eine sich periodisch wiederholende Stossspannung auf- gedrückt wird, die durch Entladung eines von einem Gleichrichter aufgeladenen Kondensators über eine gesteuerte Entladungsstrecke erzeugt wird, und bei der die Zeitablenkung des Kathoden- strahloszillographen mit der die Stösse auslösenden
Steuerung dieser Entladungsstrecke synchroni- siert ist, so dass der Eindruck eines ruhig stehenden Bildes entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Zeitablenkung eine Kippschwingung dient und dass eine Einrichtung (17, 18, 19) vorgesehen ist,
mittels welcher die Phasenlage der zur Synchronisierung der Kippschwingung dienenden Spannung (16) so einstellbar ist, dass der Augenblick des Stosses in den Rücklauf der Kippschwingung, d. h. in den nur einen kleinen Teil der Periodendauer beanspruchenden, steil verlaufenden Ast der Kippschwingung fällt.