DE1303815C2 - Spannungsmesswandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsmeßwandler für ein Drei- oder Mehrphasensystem mit einer aus einzelnen, elektrisch miteinander verbundenen Spulen bestehenden Primärwicklung, deren Magnetkreis aus einem einzigen mehrphasigen magnetischen Kreis oder aus mehreren einphasigen magnetischen Kreisen gebildet wird, und einer aus einer der Anzahl der Primärphasen entsprechenden Anzahl von Spubestehenden Sekundärwicklung, wobei jede Spule der Spulenpaare mit zwei verschiedenen Spulen der Primärwicklung unmittelbar magnetisch gekoppelt ist.

Eine solche sel.undärseitige Schaltung wird allgemein als »Zickzackschaltung« bezeichnet, und bei einem dies.: Schaltung verwendenden bekanntgewordenen Wandler ist, wie dies üblicherweise bei Spannungsmeßwandlern der Fall ist. die Primärwicklung im Stern geschaltet.

:o Bei der Messung der in einer mit einer Primärspule einei sterngeschalteten Primärwicklung magnetisch gekoppelten Sekundärspule erzeugten Spannung kann infolge der im Eisen auftretenden Sättigung ein relativ Heißer Prozentsatz höherer, im vorliegenden Falle hauptsächlich dritter Harmonischer, vorhanden sein, der in manchen Füllen 20° ., des Meßwertes betragen kann.

Demgegenüber zeigt eine Messung der Dreieckspannung zwischen zwei in ihrem Sternpunkt mitein-

ao ander und nut der dritten Sekundärspule verbundenen, freien Spulenenden praktisch keine dritte Harnionische infolge des im sekundären Sternpunkt stattfindenden Ausgleichs der in den zwei betreffenden Sekundärspul^n jeweils erregten dritten Harmonisehen. Diese Dreieckspannung wird jedoch nur selten für eine Messung benutzt. Für die Messung wird vielmehr meist eine Spannung verwendet, welche der primären Phasenspannung des Netzes proportional ist und die Richtuni: dieser Phav.nspannung hat.

jedoch auf die oben beschriebene, die dritte Harmonische erzeugende Weise aus der Primärspannung erzeugt wird. Zar Beschränkung der infolge der höheren Harmonischen auftretenden Meßungenauigkeiten hat man versucht, die Meßgeräte, welche jedoch ebenfalls magnetische Sättigungsphänomene zeigen können, zu korrigieren. Eine solche Korrektur kompliziert jedoch die Messungen und führt zu l'nvertauschbarkeit der einzelnen Meßgeräte.

Dem Spannungsmcßwandler nuch der Erfindung

4" liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Spannungswandler für Meßzwecke zu schaffen, dessen Meßspannungen die genaue Lage der Phasenspannungen im primären Spannungsdreieck haben und somit ein getreues Abbild der Spannungsvektoren des Netzes uhne Verfälschung durch höhere Harmonische bilden. Diese Aufgabe wi;d bei einem Spannungswandler der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Spulen der Primärwicklung im Polygon, beispielsweise im Dreieck, geschaltet sind und die Spulen jedes Spulenpaares der Sekundärwicklung mit jenen beiden Spulen der Primärwicklung unmittelbar magnetisch gekoppelt sind, weiche miteinander den dem jeweiligen Sekundärspulenpaar zugeordneten Eckpunkt des Polygons der Primärwicklung bilden, und daß die Spulen jedes Spulenpaares derart bemessen und in Reihe geschaltet sind, daß die in jedem Sekundärspulenpaar induzierte resultierende Spannung proportional der primären, virtuellen Phasenspannung im entsprechenden Eckpunkt des Polygons der Primärwicklung ist und dieselbe Richtung wie diese Phasenspannung hat.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Meßwandlers liegt darin, daß die von einem Paar reihengeschalteter Sekundärspulen erzeugte zusammengesetzte Spanes rnung nicht nur im in dem vorigen Absatz erwähnten Verhältnis zu der virtuellen, primären Phaseuspanirtung steht und als Meßwert dafür dienen kann, sondern in solcher Weise aus dem primären Spannungs-

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PoKmn; erzeugt worden ist, daH praktisch keine Ein- bei die anderen linden dieser Spulenpaare mit den

führung dritter Harmonischer stattfindet, -.o daß eine anderen Enden der Meßgeräte \erhunden sind.

Korrektur der Meßgerate sich erübrig!. Zur Bestimmung des sekundären Sternpunktes

Au- der Vorschrift VDE 0532 ist e> auf schon wird das Über-etzungsverhältnis der Sekuiulärspulen btfku::'ii. Dreipha-entransformatoren mil dreieck- : z.u den mit diesen Spulen induktiv gekoppelten Pn-

ge-chuiteien Primärwicklungen und mi: aus in Reihe märspulen zweckmäßigerweise -o gewählt, daß ·>

g_C^h.:!:j".en Paaren \on je mit einer gc-onderten 1:3 beträgt,

prim'lrwicklun;'. magnetisch gekoppelten Spulen be- In der Zeichnung zeiüt

Steher-!-^ Sekundärwicklungen in Zick/uckschal- Fig. 1 eine -chemati-che Darstellung der Spulen tune :>jh;iltart DzO) auszubilden. In der genannten io eines ~Meßwandlers nach der Erfindung in Form

Vor-·, '-ft werden jedoch Meßwandler ausdrücklich eines Diagramms.

_auv^:-mmen. Auch die Praxis hat gezeigt, daß all- Fig. Zein Schaltschema eines ernndungsgemaßer.

.iem_t: Jie Verwendung eines Leixtunu.s'.nsnsforma- Spanniinusmeßwandlers und

[_or-s -Λ SpannungsmeßwandliT infolge tier für Meß- F ι si. 3 ein Schaltschema einer Meßaniage nut 7v,i.-.', unerwünschten Ingcnauigkeii e,:ies Lei- ·.; einem vorhandenen Meßwandler .1 und damit ein_s[,.-.-.:-."i-!"ormators nicht möglich ist. [!ei einem -eitig verbundenen Meßgeräten n:it einem nach-Le.-' ' .-!-transformator liegt das Schwergewicht auf uesch.O'elcn Wandler nach der Erfindung. _ma\" -il '-U übersetzender Leistung, hohem Wir " In Eis 1 sind die an die Primärwicklung eines |tu;i. ; id und Beschränkung tier aU Funktion de' dreiphasigen Meßwandlers (od. an die Primäruickp.. P^ auftretenden Spannungssthw.mkingen. 20 June von drei einphasigen MeßvvanJlern) angeschlos _t . r einem Spannungsmeßwand';er muß im vor serum Leiter mit R. S und T bezeichnet, deren Sternly .: EuIl ein transformator mit einer schein- spannungen OR. OS und OT bestimr«'. werden ha· Leistung von höchstens 5(MIVA erstanden müssen. Die in Dreieck geschalteten und svmboliscb _Wi ■ wobei die sekundäre MeLWpjnnung bei einer durch r. τ unil \ angedeuteten Primärspulen des Meß R₁ .ns;, die im Vergleich mit der thermisch /u- 25 wandlers werdeil gespeist Min <ien Dreieckspannun 1;,- η Belastung klein ist. nahe/u der Pnmarspan- gen R-S. S-T und T-R und sind frei von den in jeder nii proportional ist und wobei der Phasenwinkel der primären Sternspannungen (>-R. OS und O-1 r\- en der sekundären Meßspannung und der Pri- eventuell enthaltenen dritten Harmonischen. M«t den π \.nnung nahezu Null ist. ' Primärspulen f. r und ν sind die ebenfalls s\mbohscli

;r ist aus »Joun.al !.H.H.«, (>S 1M30. S. 704 30 angedeuteten Sekimdärspulen t'. t". r. r". s' und λ

Y-. '?. bereits ein Spannungsmeßwandler bekannt. unmittelbar magnetisch gekoppelt. Diese Sekundar-

K em zum Erreichen höherer Genauigkeit der spulen sind paarweise reihengeschaltet und bilden

p" lwinke! durch eine Ziek/ackschalning korn- die Paare r und /", ι und ?". v' und r' Die Lber-

i· ist Dort ist jedoch primärseitig von einer Stern- Setzungsverhältnisse von den Sekundärspulen eines s, .'!ting ausgegangen, so daß der Einfluß höherer js Paares /u den mit diesen Spulen gekoppelten Pn

I; iionischer nicht beseitigt wird. miirspulen sind einander gleich, so daß gilt

!:■ der Zeitschrift »Transactions Electrical Engi-

<■ r:nj. \ol. 60. Oktober 1941. S. <)25 bis 929. ist ,· _v. _r , _{s r}

1 Zusammenhang mit Spannungsmeßwandlern dar- _{f ?} . _{f {} ^urld _{s r} .: : hinaewiest'n. daß zur Unterdrückung der dritten 4-0
1 -monischen bei der Sekundärspannunc auch eine

[. .i.cksch.iltung benutzt werden kann. Auch ist die Die von diesen Paaren von S-kundarspukn erv .'!iehkeit angesprochen, die Dreieckschaltung bei zeugten Spannungen <·.■.. <\ und c, fallen1 mit i.en - !'-!!!,..rschaltung anzuwenden Daneben ist abe- Schwerlmien in den Eckpunkten R. S und / des pr>.,■h eine primäre Sternschaltung mn geerdetem 45 mären Spanmmgspolvgons «.ST zusammen Die Nullpunkt /Jt L'nterdrückung der dritten Harmoni- Größe der Spannungen <v <\ und <,. deren \ hase - hen erwähnt. Die Art der Sekundärwicklung ar.d der Phase der primären Sternspannungen O-K. (>-> ,!•e Eigenschaften derartiger Spannunusmeßwandler bzw. OT gleich oder entgegengesetzt ist. wird bes nd dort nicht behandelt. " stimmt von der Größe der je Spulenpaar einander Da die Spulen eines Sckundärspulenpaarcs im- 50 g! ichen Übersetzungsverhältnisse der Sekundarnnttelbar mit Pnmärspulen gekoppelt sind und die spulen zu den mit derselben unmittelbar magnetism • η diesen Sekundärspulen erzeugte Spannung ir. be- gekuppelten Pi .marspulen r. ·. und /. /ug auf einen Fckpunkt des primären Spannungs- In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Sekundarspanroh eons gemessen oder bestimmt werden muß. nungen e_k. «\ und r, bei einem erfindungsgemaLK-i kann \κ\ dem Spannungsmeßwandlei nach der Erfin- 55 Meßwandlei fiir Meßzwecke verwendet werden k.M. dung in wenigstens einem der Spulenpaare der nen. Dabei ist es möglich, die drei Meükre.se entSekundärwicklung eine der Spulen des Paares von weder in einem Punkt miteinander zu verbinden, «ic einem Teil der mit dieser Spule induktiv gekoppel- mit gestrichelten Linien dargestei t, ode* jeden MeB-ten Primärspule gebildet sein. kreis an einem Ende an einen der pnmaren Span-Ist bereits ein mehrphasiger Meßwandler vornan- 60 nungspunkte R, S oder Γ des Meßwandlers anzuden dessen Sekundärwicklung auf beliebige Art ge- schließen. Im ersterwähnten Falle können die MeB-schältet ist und bei dem Meßgeräte mit einem ihrer kreise in ihrem Verbindungspunkt geerdet werden Enden an diese Sekundärwicklung angeschlossen Wenn die Übersetzungsverhaltnisse von allen bekunsind, so können zweckmäßig an die Sekundärwick- därspulen zu den unmittelbar damit magnetisch gelungen dieses üblichen Spannungswandler» überdies 65 koppelten Primärspulen 1 :3 betragen, so daU du die Primärwicklungen und jeweils die einen Enden Meßwerte e_H. *_s und r, den v.rtueHcn zu bcstim der sekundären Spulenpaare des Spannungsmeß- menden, primären Sternspannungen 0-R,O^S f>zw_ wandlers nach der Erfindung angeschlossen sein, wo- O-T gleich sind, ist es möglich, d.e drei Meßkru«.

sowohl an einem Ende miteinander zu verbinden, wie auch am anderen Ende an die primären Spannungspunkte R, S bzw. T anzuschließen.

Wenn eine tier Sekundärspulen eines Paares mit einer bestimmten Primärspulc unmittelbar magnetisch gekuppelt ist und überdies an einem Ende mit einem Spannungspunkt der diesbezüglichen Primärspulc verbunden ist, kann die betreffende Sekundärspule mit der Primärspule ein Ganzes bilden, so daß der Mcßwandler zum Teil als Spartransformator ausgeführt werden kann.

In Fig. 3 ist schematisch eine Meßschaltung dargestellt, welche sowohl mit einem Meßwandler/1 versehen ist. an den mit ihrem einen F.nde Meßgeräte angeschlossen sind, als auch mit einem nachgeschaltctcn Spannungsmeßwandler B nach der Erfindung. Dabei ist angenommen, daß beide Wicklungen des Mcßwandlcrs A im Stern geschaltet sind. Wenn der Sternpunkt der Sekundärwicklung des Meßwandlers/4 als zweiter, gemeinsamer Meßpunkt fUr die drei Meßgeräte verwendet wird, was meistens der Fall ist. entsteht in jeder der gemessenen, sekundären Sternspannungen ein ziemlich hoher Prozentsatz dritter Harmonischer. Auch wenn die drei Meßgeräte getrennt vom sekundären Sternpunkt des Meßwand· !er« zusammen zu einem zweiten Punkt verbunden werden, ist infolge von Nichtlinearitäten in den einzelnen Meßgeräten eine Fehlmessung möglich. Außerdem kann bei Leistungsmessungen die Summe der in der beschriebenen Weise bestimmten Stemlcistungen nicht hinreichend genau sein.

Durch Nachschalten eines Meßwandlers nach der Erfindung als Hilfstransformator ist es möglich, für jedes der einzelnen Meßgeräte einen zweiten Meßpunkt zu erhalten, wobei praktisch keine dritte Harmonische im Meßkreis auftritt und die erwähnte Ungenauigkeit vermieden wird. Aus Fig. 3 ist zu ersehen, in welcher Weise die Spannungen c_Ä, e_s und C₇- im Hilfstransformator erzeugt werden. Die Paare Sekundärspulen sind an einem Ende zusammen mit einem Primäranschluß an die Sekundär-

S wicklung eines bekannten Mcßwandlcrs üblicher Art angeschlossen, wobei sie an ihrem »freien« Ende die zweiten Meßpunkte für die einzelnen Meßgeräte bilden. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind die Meßspannungen c_K, e_s und e_T kleiner als die zu

to bestimmenden, virtuellen, primären Sternspannungen O-R, OS und O-T, weil vorausgesetzt ist. daß die Meßgeräte einen niedrigeren Meßbereich haben als der Spannungshöchstwert der einzelnen Phasen. Wenn dieser Meßbereich dagegen die zu messenden

is Sternspannungen übertreffen würde, dann ist es durch Verwendung eines höheren Übersetzungsverhältnisses als 1:5 möglich, entsprechend größere Meßspannungen zu erzeugen. Wenn das übersetzungsverhältnis von allen Sekundärspulen zu den un-

ao mittelbar mit ihnen gekoppelten Primärspulen gleich 1:3 gewählt wird, sind die Meßspannungen e_R, c_s und e_T den virtuellen Sternspannungen O-R, OS bzw. O-T genau gleich, so daß die drei Paare von Sekundärsputen des erfindungsgemäßen Meßwand-

*S lcrs an ihrem »freien« Ende einen gemeinsamen, neuen Stempunkt bilden, der als gemeinsamer, zweiter Meßpunkt für die Meßgeräte dienen kann. Der Meßwandler A kann auch in sogenannter »offener ^«-Schaltung ausgeführt sein. Die vor stehenden Angaben trcflcn dann ebenfalls zu.

Bei dem in Fig.3 dargestellten AusfUhrungsbeispiel ist der Hilfstransformator als Spartransformator ausgeführt Dies ist nicht notwendig. Auch rein magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelte und

mit einem primären Eckpunkt galvanisch verbundene Paare sekundärer Spulen können zum selben Zweck verwendet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Spannungsmeßwandler für ein Drei- oder Mehrphasensystem mit einer aus einzelnen, elektrisch miteinander verbundenen Spulen bestehenden Primärwicklung, deren Magnetkreis aus einem einzigen mehrphasigen, magnetischen Kreis oder aus mehreren einphasigen magnetischen Kreisen gebildet wird, und einer aus einer der Anzahl der Primärphasen entsprechenden Anzahl von Spulenpaaren bestehenden Sekundärwicklung, wobei jede Spule der Spulenpaare mit zwei verschiedenen Spulen der Primärwicklung unmittelbar magnetisch gekoppelt ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen der Primärwicklung im Polygon, beispielsweise im Dreieck ieschaltet svA und die Spulen jedes Spulenpa.iics der Sekundärwicklung mit jen«.n beiden Spulen der Primärwicklung unmittelbar magnetisch gekoppelt sind, weiche miteinander den dem jeweiligen Sekundärspulenpaar zugeordneten 1 ckpunkt des Po'vgons der Prim, wicklung baden, und daU die Spulen jedes Spulenpuares derart bemessen und in Reihe geschalte sind, daß die in jedem Sekundärspulenpaar induzierte resultierende Spannung proportional der primären, virtuellen Phasenspannung im entsprechenden Eckpunkt des PoKgo: 5 der Primärwicklung ist und dieselbe Richtung wie diese Phas-^nspannung hat.

2. Spannungsmeßwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß >,;i wenigstens einem der Spulenpaare der Sekundärwicklung eine der Spulen des Paares von einem Teil der mit dieser Spule induktiv gekoppelten Primärspule gebildet ist

3. Schaltungsanordnung mit einem Spannungswandler nach Anspruch 1 oder 2, in der an die im Stern geschalteten Sekundärwicklungen eines üblichen Spannungsmeßwandlers Meßgeräte mit ihren einen Enden angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an die Sekundärwicklungen dieses üblichen Spannungswandlers überdies die Primärwicklungen und jeweils die einen Enden der sekundären Spulenpaare des Spannungsmeßwandlers nach einem der Ansprüche 1 oder 2, angeschlossen und die anderen Enden dieser Spulenpaare mit den anderen Enden der Meßgeräte verbunden sind.

4. Spannungsmeßwandler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis der Sekundärspulen zu den mit diesen Spulen induktiv gekoppelten Primärspulen 1 : 3 beträgt