DE1020731B - Capacitive voltage converter with a grounded divider capacitor - Google Patents

Capacitive voltage converter with a grounded divider capacitor

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DE1020731B
DE1020731B DEM28427A DEM0028427A DE1020731B DE 1020731 B DE1020731 B DE 1020731B DE M28427 A DEM28427 A DE M28427A DE M0028427 A DEM0028427 A DE M0028427A DE 1020731 B DE1020731 B DE 1020731B
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Germany
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choke
capacitor
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voltage
converter
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Otto Graul
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Messwandler Bau GmbH
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Messwandler Bau GmbH
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/04—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers
    • H02H7/05—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for transformers for capacitive voltage transformers, e.g. against resonant conditions

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Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen kapazitiven Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, dem ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer Drosselspule geschalteter Spannungstransformator parallel liegt.The invention relates to a capacitive voltage converter with a grounded divider capacitor, the one in Resonance with the total capacitance, possibly connected in series with a choke coil Voltage transformer is in parallel.

Bei derartigen Wandlern besteht bei bürdenfreiem oder bei nicht genügend ausgebürdetem Betrieb die Gefahr, daß die ganze Schaltanordnung bei Überschreiten von bestimmten Spannungswerten zu Kippschwingungen angestoßen wird, welche dann mit der Eigenfrequenz des Unterspannungskreises, bestehend aus dem Unterkondensator des Teilers, der Induktivität der zusätzlichen Drossel und der Leerlauf induktivität des Spannungstransformators, unterfrequent weiterschwingen, da durch das Fehlen der ausreichenden Bürde die Dämpfung gering ist. Hierdurch wird aber die Form der Spannungskurve auf der Sekundärseite stark beeinflußt, ein Spannungsmeßinstrument zeigt einen zu hohen Wert an, der aus der eigentlichen Sekundärspannung, welche der herrschenden Hochspannung in Frequenz und Größe entspricht, und einer überlagerten niederfrequenten Spannung resultiert, die im Hochspannungskreis gar nicht vorhanden ist. Als Folge davon wird bei angeschlossenen Spannungsmessern eine zu hohe Hochspannung vorgetäuscht, wobei angeschlossene Wattmeter praktisch richtig anzeigen. Es ist bekannt, derartige unterfrequente Schwingungen dadurch zu verhindern, daß man die Sekundärbürde des Wandlers durch einen zusätzlichen ohmschen Widerstand vergrößert, dessen Ohmwert jedoch bei allen Frequenzen gleich ist und der auch dann als Belastung wirkt, wenn eine Dämpfung im Normalbetrieb nicht erforderlich wäre. Außerdem ist auch bekannt, bei einem kapazitiven Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, an dessen Unterkondensator ein Spannungstransformator liegt, Mittel vorzusehen, um auftretende unterfrequente Störschwingungen zu unterdrücken, während Strom von der Arbeitsfrequenz hierdurch nicht beeinflußt wird. Bei diesem Wandler wird jedoch ebenfalls zur Dämpfung der unerwünschten unterfrequenten Schwingungen ein ohmscher Widerstand verwendet; die nachteiligen Wirkungen dieses Widerstandes sollen hierbei dadurch kompensiert werden, daß ein besonderer Kompensierungstransformator parallel geschaltet wird. Mit dieser Maßnahme werden aber lediglich Kippschwingungen unterdrückt, die nicht symmetrisch sind, d. h. bei welchen die Ströme primär- und sekundärseitig verschieden sind. Bei einer symmetrischen Stromverteilung hingegen ist keine Dämpfung für Störschwingungen vorhanden.With converters of this type, there is a burden-free or insufficiently burdened operation There is a risk that the entire circuit arrangement will stall when certain voltage values are exceeded is triggered, which then consists of the natural frequency of the undervoltage circuit from the sub-capacitor of the divider, the inductance of the additional choke and the no-load inductance of the voltage transformer, continue to oscillate underfrequently, because of the lack of sufficient Burden the damping is low. However, this changes the shape of the voltage curve on the secondary side strongly influenced, a voltage measuring instrument shows a value that is too high from the actual Secondary voltage, which corresponds to the prevailing high voltage in frequency and size, and one Superimposed low-frequency voltage results, which is not even present in the high-voltage circuit. as As a result, an excessively high high voltage is simulated with connected voltmeters, whereby display connected wattmeters practically correctly. It is known to have such low-frequency vibrations to prevent the secondary burden of the converter by an additional ohmic Resistance increases, but its ohmic value is the same at all frequencies and that also acts as a load acts when damping would not be required in normal operation. It is also known in the case of a capacitive voltage converter with a grounded divider capacitor, on its sub-capacitor a voltage transformer is located to provide means to prevent underfrequent disturbance oscillations to suppress, while current is not influenced by the operating frequency. In this converter, however, is also used to dampen the undesired low-frequency vibrations an ohmic resistor is used; the adverse effects of this resistance are said to be here be compensated by connecting a special compensation transformer in parallel. With However, this measure only suppresses tilting vibrations that are not symmetrical, ie. H. in which the currents are different on the primary and secondary sides. With symmetrical power distribution however, there is no damping for spurious oscillations.

Alle Nachteile der geschilderten bekannten Wandler werden sehr einfach dadurch vermieden, daß gemäß der Erfindung der Primär- und/oder Sekundärwick-Kapazitiver Spannungswandler
mit geerdetem TeilerkondensatorAll the disadvantages of the described known converters are very simply avoided in that, according to the invention, the primary and / or secondary winding capacitive voltage converter
with grounded divider capacitor

Anmelder:Applicant:

Messwandler-Bau G.m.b.H.,
Bamberg, Nürnberger Str. 225Messwandler-Bau GmbH,
Bamberg, Nürnberger Str. 225

Otto Graul, Bamberg,
ist als Erfinder genannt wordenOtto Graul, Bamberg,
has been named as the inventor

lung des Transformators oder Teilen dieser Wicklungen mindestens eine eisengeschlossene Drosselspule parallel geschaltet ist, deren magnetischer Kreis so bemessen ist, daß unterhalb der Betriebsfrequenz des Wandlers Sättigung eintritt, wodurch die unterfrequenten S tor schwingungen unterdrückt werden.development of the transformer or parts of these windings at least one iron-closed choke coil is connected in parallel, the magnetic circuit is dimensioned so that below the operating frequency of the Converter saturation occurs, whereby the underfrequent S tor vibrations are suppressed.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung ist es, daß, wenn die normale Netzbürde angeschlossen ist und als Folge von deren Dämpfung die Betriebsfrequenz herrscht, die Drossel oder Drosseln nur als kleine, praktisch nicht maßgebende Zusatzbürde wirkt oder wirken. Treten dann unterfrequente Schwingungen mit etwa gleicher Spannung auf, z. B. mit 25 oder 162/s Hz, dann sind die Kerne der Drosselspulen wesentlich höher gesättigt, und die Induktivität und damit auch der induktive Widerstand nimmt so stark ab, daß die Bürde so erhöht wird, daß die auftretenden unterfrequenten Schwingungen unterdrückt werden.A further advantage of the arrangement according to the invention is that when the normal network burden is connected and the operating frequency prevails as a result of its damping, the choke or chokes only act or act as a small, practically insignificant additional burden. Then occur underfrequency vibrations with approximately the same voltage, z. B. with 25 or 16 2 / s Hz, then the cores of the choke coils are much more saturated, and the inductance and thus the inductive resistance decreases so much that the burden is increased so that the low-frequency vibrations that occur are suppressed.

Diese Drosseln können unter Verwendung eines Kernmaterials hergestellt sein, das einen relativ scharfen Knick bei Erreichung der Sättigung besitzt, beispielsweise aus hoch nickelhaltigen Blechen. Dieser Knick kann gemildert werden, wenn man diesen Blechen noch siliziertes Transformatorenblech beimischt.These chokes can be made using a core material that has a relatively has a sharp kink when saturation is reached, for example from sheet metal with a high nickel content. This Kink can be alleviated by adding siliconized transformer sheet to these sheets.

Eine Drossel nach der Erfindung kann erforderlichenfalls eine anzapfbare Sekundärwicklung aufweisen, die als Abgleicherregung für den Ausgleich des Übersetzungsfehlers und/oder des Fehlwinkels der Gesamtanordnung dient.A choke according to the invention can, if necessary, have a secondary winding that can be tapped, as a calibration excitation for the compensation of the translation error and / or the incorrect angle of the Overall arrangement is used.

Die Drossel nach der Erfindung kann für den Wandler bei 50 Hz unter Umständen auch eine Belastung darstellen, praktisch etwa in der Größenordnung von 15 bis 20 VA und mit einem induktiven Leistungsfaktor von etwa 0,1. Sollen Wandler hergestellt werden, die eine große Genauigkeit haben, also z. B. Wandler der Klasse 0,2, dann kann diese besagte induktive Vorbelastung unerwünscht sein.The choke according to the invention can, under certain circumstances, also place a load on the converter at 50 Hz represent, practically in the order of 15 to 20 VA and with an inductive Power factor of about 0.1. If converters are to be manufactured that have a high degree of accuracy, so z. B. class 0.2 transducers, then said inductive preload may be undesirable.

709 809/142709 809/142

Claims (5)

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird in solchen Fällen zu der oder den eisengeschlossenen Drosselspulen z. B. eine Kapazität parallel geschaltet, die so bemessen ist, daß sie bei Betriebsfrequenz, beispielsweise bei 50 Hz, etwa denselben Strom aufnimmt wie die Drossel. Bei nahezu gleichen Stromaufnahmen bei Betriebsfrequenz hat das System Drosselspule mit parallel geschaltetem Kondensator einen sehr hohen Widerstand von mehreren tausend Ohm, so daß praktisch keine Vorbelastung des Wandlers besteht. Erfindungsgemäß braucht nicht unbedingt so weit kompensiert zu werden, daß die Stromaufnahme von Drossel und Kondensator gleich ist; es genügt vielmehr, daß der resultierende Strom, der, weil beide Ströme um etwa 180° phasenverschoben sind, deren arithmetrische Differenz darstellt, sich in gewünschten Grenzen hält. In diesem Fall ist im normalen Betrieb bei 50 Hz der Wandler praktisch nicht belastet, aber im Moment des Eintretens von unterfrequenten Kippschwingungen durch die Verstimmung des 50-Hz-Resonanzkreises so stark belastet, daß die niederfrequenten Schwingungen von 16 bis 25 Hz nicht bestehen können. Weitere Merkmale der Erfindung sind aus den beiliegenden Schaltbildern sowie aus der folgenden Be-Schreibung zu entnehmen. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltung nach der Erfindung mit einer der Sekundärwicklung des Spannungstransformators parallel geschalteten Drossel und Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Schaltung nach der Erfindung mit einer der Primärwicklung des Spannungstransformators parallel geschalteten Drossel und Kondensator. Die an 1 liegende Hochspannung führt über die Oberkondensatoren 2 des Teilerkondensators zum Unterkondensator 3 und von diesem zur Erde. Zwischen den Oberkondensatoren 2 und dem Unterkondensator 3 ist eine zusätzliche Drossel 6 angeschlossen, deren anderer Pol an der Oberspannungswicklung 8 des Spannungstransformators liegt. Der andere Pol dieser Wicklung ist mit Erde verbunden. Die Drossel 43 liegt an der Niederspannungsseite 26 des Spannungstransformators und bildet, wie zuvor beschrieben, eine Art stark frequenzabhängiger Zusatzbürde. Die Klemmen 33 und 34 dienen zum Anschluß der regulären Bürde. In der Schaltung nach Fig. 2 ist diese Drossel 43 der Primärwicklung 8 des Spannungstransformators parallel geschaltet. In gestrichelten Linien ist ein zusätzlich parallel geschalteter Kondensator 44 angedeutet, dessen Funktion eingangs beschrieben wurde. Ein solcher Kondensator kann nach der Erfindung auch der im Sekundärkreis liegenden Drossel 43 nach Fig. 1 parallel geschaltet werden. Paten ta ν s ρ p. C c h e:According to a further advantageous embodiment of the invention, in such cases, the iron-closed choke coil or coils z. B. a capacitance is connected in parallel, which is dimensioned so that it takes about the same current as the throttle at operating frequency, for example at 50 Hz. With almost the same current consumption at operating frequency, the choke coil system with a capacitor connected in parallel has a very high resistance of several thousand ohms, so that there is practically no pre-load on the converter. According to the invention, it is not absolutely necessary to compensate so far that the current consumption of the choke and capacitor is the same; it is rather sufficient that the resulting current, which, because the two currents are phase shifted by approximately 180 °, represents their arithmetic difference, is kept within the desired limits. In this case, the converter is practically not loaded during normal operation at 50 Hz, but at the moment of the occurrence of low-frequency breakover oscillations due to the detuning of the 50 Hz resonance circuit, it is so heavily loaded that the low-frequency oscillations from 16 to 25 Hz cannot exist. Further features of the invention can be found in the attached circuit diagrams and in the following description. 1 shows a circuit according to the invention with a choke connected in parallel to the secondary winding of the voltage transformer, and FIG. 2 shows a section of the circuit according to the invention with a choke and capacitor connected in parallel with the primary winding of the voltage transformer. The high voltage applied to 1 leads via the upper capacitors 2 of the divider capacitor to the lower capacitor 3 and from there to earth. An additional choke 6 is connected between the upper capacitors 2 and the lower capacitor 3, the other pole of which is connected to the high-voltage winding 8 of the voltage transformer. The other pole of this winding is connected to earth. The choke 43 is located on the low-voltage side 26 of the voltage transformer and, as described above, forms a type of highly frequency-dependent additional burden. Terminals 33 and 34 are used to connect the regular burden. In the circuit according to FIG. 2, this choke 43 is connected in parallel to the primary winding 8 of the voltage transformer. A capacitor 44, which is additionally connected in parallel and whose function was described at the beginning, is indicated in dashed lines. According to the invention, such a capacitor can also be connected in parallel to the inductor 43 according to FIG. 1 located in the secondary circuit. Godparents ta ν s ρ p. C c h e: 1. Kapazitiver Spannungswandler mit geerdetem Teilerkondensator, dem ein in Resonanz mit der Gesamtkapazität arbeitender, gegebenenfalls in Reihe mit einer Drosselspule geschalteter Spannungstransformator parallel liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der Primär- und/oder Sekundärwicklung des Transformators oder Teilen dieser Wicklungen mindestens eine eisengeschlossene Drosselspule parallel geschaltet ist, deren magnetischer Kreis so bemessen ist, daß unterhalb der Betriebsfrequenz des Wandlers Sättigung eintritt. 1. Capacitive voltage converter with a grounded divider capacitor, which is in resonance with the Total capacity of working voltage transformer, possibly connected in series with a choke coil is parallel, characterized in that the primary and / or secondary winding of the transformer or parts of these windings have at least one iron-closed inductor is connected in parallel, the magnetic circuit of which is dimensioned so that saturation occurs below the operating frequency of the converter. 2. Kapazitiver Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern der Drossel bzw. Drosseln aus hoch nickelhaltigem Material besteht.2. Capacitive voltage converter according to claim 1, characterized in that the core the choke or chokes consists of a material with a high nickel content. 3. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mischkerne aus normal silizierten und nickelhaltigen Kernblechen verwendet werden.3. Capacitive voltage converter according to claims 1 and 2, characterized in that Mixed cores made of normal siliconized and nickel-containing core sheets can be used. 4. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drossel eine erforderlichenfalls anzapfbare Sekundärwicklung aufweist, die als Abgleicherregung für den Ausgleich des Übersetzungsfehlers und/ oder des Fehlwinkels der Gesamtanordnung dient.4. Capacitive voltage converter according to claims 1 to 3, characterized in that the Choke has a secondary winding that can be tapped if necessary, which acts as a balancing excitation serves to compensate for the translation error and / or the incorrect angle of the overall arrangement. 5. Kapazitiver Spannungswandler nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zu der oder den eisengeschlossenen Drosselspulen eine Kapazität parallel geschaltet ist, die so bemessen ist, daß sie bei Betriebsfrequenz, beispielsweise bei 50 Hz, etwa denselben Strom aufnimmt wie die Drossel bzw. daß sich zumindest die gegenphasigen, von Drossel und Kondensator aufgenommenen Ströme so weit kompensieren, daß der resultierende Strom in gewünschten Grenzen bleibt.5. Capacitive voltage converter according to claims 1 to 4, characterized in that to the iron-closed choke coil (s) is connected in parallel with a capacitance which is dimensioned in this way is that it draws approximately the same current as the operating frequency, for example at 50 Hz Choke or that at least the phase opposition, recorded by the choke and capacitor Compensate currents to such an extent that the resulting current remains within the desired limits. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 882 450;
Buch: »Meßwandler« von R Bauer, 1953, Berlin.Considered publications:
German Patent No. 882 450;
Book: »Messwandler« by R Bauer, 1953, Berlin. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 709 809/142 12.57© 709 809/142 12.57
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