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Kapazitiver Spannungswandler, aus kapazitivem Spannungsteiler und induktivem Messkreis bestehend, der eine Resonanzdrossel und einen induktiven Zwischenspannungswandler enthält
Bei kapazitiven Spannungswandlern, die bekanntlich aus einem kapazitiven Spannungsteiler und einem an diesen angeschlossenen induktiven Messkreis als Reihenschaltung einer Resonanzdrossel und eines induktiven Zwischenspannungswandlers bestehen, ist die Gefahr vorhanden, dass, wenn der Zwischenspannungswandler sekundärseitig kurzgeschlossen wird, an der Resonanzdrossel bzw. an der Kapazität des Spannungsteilers infolge Resonanz eine hohe Spannung auftritt, welche unter Umständen die Isolation dieser Schaltungsteile gefährden kann.
Um dem zu begegnen, ist es bekannt, die Drosselspule mit einer Sekundärwicklung zu versehen, an welche eine Schutzfunkenstrecke angeschlossen ist.
Weiterhin können bei solchen Wandlern sogenannte Ferroresonanzschwingungen auftreten, weil die Glieder des induktiven Messkreises im allgemeinen keine lineare Stromspannungscharakteristik aufweisen.
Die genannten Schwingungen werden in dem Augenblick angeregt, in dem die Induktion eines der beiden induktiven Glieder infolge einer Schalthandlung die sogenannte Knickinduktion überschreitet. Die Knickinduktion sei gemäss Fig. 1 als der Punkt a auf der B/H-Kennlinie gekennzeichnet, von dem ab die Kennlinie von dem annähernd geradlinigen in den gekrümmten Teil übergeht. Es hat sich gezeigt, dass u. a. eine massgebliche Rolle für den Kippschwingungseinsatz die Grösse der Remanenzinduktion (Punkt b) des für den induktiven Zwischenspannungswandler verwendeten Eisens spielt.
Es muss für einen kippschwingungsfreien kapazitiven Wandler die Bedingung erfüllt sein : 2 x Nenninduktion (Arbeitsinduktion des induktiven Zwischenspannungswandlers) + Remanenzinduktion Knickinduktion, da im ungiinstigsten Einschaltaugenblick die Nenninduktion auf den doppelten Wert steigen kannals sogenannte Rush bekannte Erscheinung beim Einschalten von Transformatoren - und auch in diesem Augenblick unter Berücksichtigung der Remanenzinduktion die Knickinduktion nicht überschritten werden darf. Sofern also die Remanenzinduktion (b) gross ist, darf die Nenninduktion nur klein sein, damit die Knickinduktion nicht überschritten wird.
Da eine möglichst hohe Nenninduktion im induktiven Zwischenspannungswandler mit Rücksicht auf ein gutes Fehlerverhaltendes kapazitiven Wandlers erwünscht ist, ist die Verwendung eines Eisens mit hoher Knickinduktion (a liegt hoch) und steiler Ma- gnetisierungskurve anzustreben. Derartige Eisensorten haben aber auch eine hohe Remanenz (b liegt also auch hoch) bei verhältnismässig kleiner Koerzitivkraft. Es ist also, wie Fig. 1 erkennen lässt, nur ein kleiner Nenninduktionsbereich B (Abstand von a und b) ausnutzbar. Das ist unerwünscht.
Die Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern des induktiven Zwischenspannungswandlers durch einen die Remanenzinduktion herabdrückenden Luftspalt geteilt ist. Das ist bei komorientierten Eisenblechen besonders günstig. Durch die Teilung des Eisenkernes wird ein grosser Bereich für die Nenninduktion erhalten.
In Fig. 2 ist die sich dann ergebende B/H-Kennlinie gezeigt. Die Remanenzinduktion (Punkt b) liegt derart tief zu der Knickinduktion (Punkt a), dass sich ein grosser ausnutzbarer Induktionsbereich B ergibt.
Durch die Teilung kann zwar eine unerwünschte Erhöhung des Leerlaufstromes eintreten, die aber kompensiert werden kann.
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Dies kann, wie Fig. 3 zu entnehmen ist, dadurch geschehen, dass dem an den kapazitiven Spannungsteiler 1 über die Drosselspule 2 mit Luftspalt angeschlossenen induktiven Zwischenspannungswandler 3 mit geteiltem Eisenkern 4 ein Kondensator 5 parallelgeschaltet und so bemessen ist, dass die Leerlaufinduk- tivität des induktiven Zwischenspannungswandlers 3 mit der parallelgeschalteten Kapazität 5 einen auf die Arbeitsfrequenz des kapazitiven Spannungswandlers abgestimmten Sperrkreis bildet.
Die Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen kapazitiven Spannungswandler gemäss der Erfindung. Der kapazitive Spannungsteiler ist als Kondensatorsäule in dem Isolator 10 untergebracht, während der induktive Zwischenspannungswandler in dem den Isolator 10 tragenden Kessel 11 angeordnet ist. Die Wicklungen 12 und 13 des induktiven Zwischenspannungswandlers sind auf den geteilten Eisenkern 14 aufgebracht. In dem Kessel 11 ist auch gegebenenfalls der Parallelkondensator untergebracht.
Durch die Teilung des Eisenkernes lässt sich für die normalen Betriebsverhältnisse eine Auslegung des induktiven Zwischenspannungswandlers mit genügend hoher Nenninduktion wirtschaftlich erreichen. Wie Versuche gezeigt haben, tritt bei einem dementsprechend ausgelegten Wandler auch bei ungünstigster Wahl des Einschaltmomentes kein Anschwingen des Wandlers ein, so dass vom ersten Augenblick des Einschaltens an und für alle weiteren Zeitabschnitte die Sekundärspannung ein getreues Abbild der Primärspannung ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Kapazitiver Spannungswandler, aus kapazitivem Spannungsteiler und induktivem Messkreis bestehend, der eine Resonanzdrossel und einen induktiven Zwischenspannungswandler enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern (4) des induktiven Zwischenspannungswandlers (3) im Messkreis durch. einen die Remanenzinduktion herabdrückenden Luftspalt geteilt ist.