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Kapazitive Prüfeinrichtung für Hochspannungswandler Die Erfindung
bezieht sich auf eine den Zwecken der Prüfung von Hochspannungswandlern dienende
Prüfeinrichtung mit kapazitiven Spannungswandler.
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Durch W. Hohle ist eine den Zwecken der Prüfung von transformatorischen
Hochspannungswandler dienende Prüfeinrichtung mit kapazitiven Spannungsteiler bekannt
geworden, die in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.. Die Prüfeinrichtung besteht
aus den beiden in Serie geschalteten Kapazitäten C1, C2, von deren Zusammenschlußpunkt
a ein Brückenzweig zu dem geerdeten Zusammenschlußpunkt b der beiden den transformatorischen
Hochspannungswandler bildenden Wicklungen W1, W2 führt. In diesem Brückenzweig ist
eine Kapazität C3 vorgesehen. An die niederspannungsseitige Spannungswandlerimpedanz
W2 ist ein streuarmer Transformator T1 angeschlossen, von dessen Sekundärwickung
eine erste Schleifdrahtanordnung F gespeist wird. Ferner wird von der niederspannungsseitigen
Spannungswandlerimpedanz W2 eine die Phase um 900 drei
hende Stufe,
zweckmäßigerweise ein Bufttransformator M, und zwar über einen weiteren streuarmen
Zwischentransformator T2, erregt, und ausgangsseitig ist an diese phasendrehstufe
eine zweite Schleifdrahtanordnung # angeschlossen. Der Abgriff der in der Mitte
geerdeten ersten Schleifdrahtanordnung ? ist mit der Mitte des Schleifdrahtes der
zweiten Schleifdrahtanordnung # verbunden, und der Abgriff der letztgenannten Schleifdrahtanordnung
führt über einen Nullindikator NJ zu dem Zusammenschlußpunkt a der beiden Kapazitäten
Ci, C2. Dem Phasenabgleich dienende RC-Kombinationen sind weiterhin in der Anordnung
vorgesehen, doch fUr die weitere Betrachtung nicht von ausschlaggebender Bedeutung.
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Die Wirkungsweise der im Brückenzweig vorgesehenen Kapazität C3 erklärt
sich wie folgt: Betrachtet man nach Fig. 2a nur die beiden Kapazitäten C1, c2, so
ergibt sich zwischen den Klemmen c, d, an die bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung
die Kapazität C3 angeschaltet zu denken ist, unter dem Einfluß der durch die Spannungswandlerimpedanzen
erzeugten Spannungen U1 und U2 die Leerlaufspannung U3 0a
Nach dem Helmholtz-Thervenine-Theorem ergibt sich dann Einschalten der Kapazität
C3 an den Klemmen c, d ensprechend Schaltung 2a in dem Brückenzweig der Strom J3:
Die sich an der Kapazität C3 ausbildende Spannung UC ist dann: 3
Ist nun die Kapazität C1 sehr klein gegenüber der Kapazität C2 und ist ferner die
Bedingung erfüllt: C3 = (n-i) C2, so erhält man aus der Gleichung (4) die Beziehung
Uc = U30## (5) 3 Die Einschaltung der Kapazität C3 in den Brückenzweig hat somit
zur Folge, daß die bei Leerlauf des Brückenzweiges sich einstellende Spannung U30
auf ein n-tel ihres Wertes reduziert wird.
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Bei der Schaltungsweise von Hohle wird im stromlosen Zustand des Nullindikatorinstruments
NJ die sich zwischen den Klemmen a und b am Kondensator C3 ausbildende Spannung
amplituden-und phasenmäßig kompensiert durch die Summe der an den beiden Schleifdrahtanordnungen
F, abgegriffenen Spannungen, wobei zu beachten ist, daß der an den streuarmen Transformator
angeschlossene Schleifdraht mit zu der Spannung U2 gleicher Phase erregt wird und
der an die Phasensdehstufe M angeschlosene Schleifdraht # mit um 90° versetzter
Phase erregt wird.
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Entspricht die Spannungsaufteilung durch die Spannungswandlerimpedanzen
W1, W2 genau der Spannungsaufteilung durch die Kapazitäten C2, C1, so erscheint
im abgeglichenen Zustand in dem Brückenzweig a, b keine Spannung, und diesem Zustand
entspricht die mittige Einstellung der Schleifdrahtanordnung F, #.
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Entspricht die Spannungsaufteilung durch den Hochspannungswandler
W1, W2 nicht der kapazitiven Aufteilung durch die Kapazitäten C1. C2, , so sind
in entsprechender Weise die Schleifkontakte der Schleifdrahtanordnungen F, einzustellen,
und zwar liefert dann die Schleifdrahtanordnung F das Maß für den Teilungswert der
Spannungsteilung und die Einstellung an der Schleifdrahtanordnung # das Maß für
den bei der Spannungsteilung auftretenden Fehlwinkel.
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Im allgemeinen werden die Spannungswandler-Prüfeinrichtiingen für
verschiedene Fehlerbereiche ausgelegt, wie Tabelle I zeigt: Bereich I II III F%
#0,2 #2 #10 #' +12 +120 +600 - 4 - 40 - 200 n 1 10 50 UF(V) #0,2 #2 #10 U2=100V
In der Tabelle sind der Fehler F in % und der Fehlwinkel # in Minuten und ferner
der für die Kapazität C3 maßgebliche Faktor n sowie die Fehlerspannung UF in V bei
einer angenommenen Sekundärspannung ton U2 - 100 V angegeben.
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An derartige Prüfeinrichtungen ist die Forderung zu stellen, daß die
Prüfeinrichtung dekadisch auf die verschiedensten Spannungsteilerverhältnisse einstellbar
ist. Diese Forderung wird dadurch erfüllt, daß dekadisch der Kondensator C2 einstellbar
ist. So kann beispielsweise die Kapazität C1 100 pF betragen, und die Kapazität
C2 kann dekadisch einstellbar zwischen 10 000 pF und 10 /uF veränderbar sein. Um
dann in den verschiedenen Teilungsbereichen entsprechend abgestuffe Fehler-Feinbereiche
entsprechend Gleichung (4a) und Gleichung (5) durch Umschaltbarkeit des Brückenzweigkondensators
C3 sicherzustellen, müßte der Kondensator O3 für Jeden Fahlerbereich ebenfalls aus
entsprechend bemessenen Kapazitätsdekaden bestehen, deren Umschaltung gekoppelt
sein müßte mit der dekadischen Umschaltung der Kapazität 02.
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Zudem ergeben sich in einem solchen Fall fUr den höchsten Fehlerbereich
überaus große Werte für C3.
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Aus diesen Gründen hat man bisher darauf verzichtet, einen dekadischen
Aufbau der Kapazität C3 vorzusehen, und hat sich bisher damit begnügt, C3 nur für
einige wenige und bestimmte Ubersetzungsverhältnisse auszulegen.
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Die Erfindung bezweckt, die Vermeidung dieser Beschränkungen und dementsprechend,
ohne allzu große apparaturmäßigen Aufwand, die gewünschte Enstellbarkeit verschiedener
Fehlerbereichstufen bei dekadischer Einstellbarkeit des Teilerverhältnisses su erzielen.
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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß für die
Kapazität C2 der dekadisch umschaltbare Aufbau beibehalten wird, für die Umschaltbarkeit
der Fehlerbereiche aber nur fUr die Grobstufe, d. h. Fehler von # 10 %, eine entsprechend
dekadisch umschaltbar ausgebildete Brücken-Zweigkapazität C3 zur Anwendung gelangt.
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Eine dem Prüfen von Hochspannungswandlern dienende PrUfeinrichtung
mit dekadisch einstellbarem kapazitivem Spannungsteiler, bei der ein einen Nullindikator
aufweisender Brtlckenzweig mischen dem geerdeten Zusammenschlußpunkt der beiden
Spannungswandlerimpe danzen und dem Zusammenschlußpunkt der beiden Spannungsteilerkapazitäten
gebildet ist und von der niederspannungsseitigen Spannungswandlerimpedanz über einen
streuarmen Transformator eine erste Schleifdrahtanordnung und Uber eine 900 die
Phase drehende Stufe (z. B. Lufttransformator) eine zweite Schleifdrahtanordnung
gespeist wird, deren Abgriffsspannung su der Abgriffsspannung der erstganannten
Schleifdrahtanordnung addiert wird zwecks Bildung einer in dem Brückenzweig zur
Wirkung gebrachten Kompensatinnsspannung (Hohle-Brücke), kennzeichnet sich gemäß
der Erfindung dadurch, daß Mittel zur dekadischen Reduktion der von dem streuarmen
Transformator erzeugten Sekundärspannung vorgesehen sind und für die beiden niedrigen
Fehlerstufen die Spannungsreduktion der Transformatorsekundärspannung ausgenutzt
wird und nur für eine höhere Fehlerstufe eine an sich für diese Zwecke bekannte
Kapazität dekadisch einstellbar an den Brückenzweigparallel anschaltbar ist, wobei
diese Kapazität zu der niederspannungsseitigen Spannungsteilerkapazität im Verhältnis
n-1 steht und n das Fehlerverhältnis der Fehlerstufen ist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der streuarme
Transformator eine Abgriffsklemme zum Abgriff einer dekadisch untersetzten Spannung
aufweist und wahlweise die die volle Sekundärklemmenspannung tragende und die die
untersetzte Spannung tragende Klemme an die aus der er sten Schleifdrahtanordnung
und der Phasendrehstufe (Lufttransformator) bestehende Parallelschaltung anschajtbar
ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird anstelle einer
Spannungsreduktion durch Anwendung eines eine unterteilte Sekundärwicklung aufweisenden
streuarmen Transformators die Spannungsreduktion im Brückenzweig bezüglich der zwischen
den beiden Zusammenschlußpunkten abgegriffenen Fehlerspannung durchgeführt. Es kennzeichnet
sich daher diese Abwandlung einer erfindungsgemäßgen Schaltung dadurch, daß für
sämtliche Fehlerstufen zur Erzeugung der Kompensatinnsspannung in dem Brückenzweig
unmittelbar die volle Sekundärspannung des streuarmen Transformators zur Ausnutzung
gelangt und für dienachsthbhere Fehlerstufe ein spannungsreduzierender Operationsverstärker
vorgesehen ist, wobei bei Benutzung des letzteren der Brückenzweig von dem Zusammenschlußpunkt
der beiden Spannungsteilerkapazitäten abgeschaltet und an den Spannungsreduktionspunkt
des Operationsveretärkers angeschaltet wird.
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Die erste Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt.
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Die durch den Schalter S2 einschaltbare Kapazität C3 ist nur für die
Grobstufe F - + 10 % vorgesehen und entsprechend dekadisch umschaltbar ausgebildet.
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Der Schleifdraht F ist für die Fehlerstufe F = # 2 % ausgelegt, und
die Fehlerstufe F = t 0,2 % wird dadurch erzeugt, daß der durch die beiden Schleif
drähte und den zur Anwendung zu dung vorgesehenen Lufttransformator N gebildete
komplexe Kompensator an den Anschluß 1/10 der Sekundärwicklung 22 des streuarmen
Transformators T1 angelegt wird. In diesem Fall muß die Kapazität C3 nur entsprechend
einem Koeffizienten n = 5 und nicht n = 50 ausgelegt sein, so daß man die dekadische
Vergrößerung des Fehlerbereiches durch Anwendung einer wesentlich kleineren Maximalkapazität
des Brückenkondensators
C3 erhält. Es ergeben sich unter diesen
Verhältnissen für die Kpazitäten 01, C2 und CD die nach genden Kapazitätswerte:
C1 = 100pF C2 = 10 x (0,1+0,01+0,001) /uF + (0 ... 1000) pF O3 = 10x(0,4+0,4+0,004)
µF Mit 1.1 und 1.2 sind in Fig. 3 die Primär- bzw. die Sekundärwicklung des zu prüfenden
Hochspannungswandlers bezeichnet. Ferner ist eine Hilfswickung 2.3 vorgesehen, die
ebenfalls mit der Primärwicklung 2.1 des streuarmen Transformators T1 im gleichen
Verhältnis wie die Sekundärwicklung T2 gekoppelt ist. Die Sekundärwicklungen 2.2
und 2.3 erzeugen je eine Spannung von etwa 20 V. Der zusätzlich vorgesehene Kondensator
C4 hat die gleiche Kapazität wie in der Maximaleinstellung die Kapazitätsdekade
C2. Es kann durch Umschaltung der Schalter S12 und S13 unter Abschaltung der Kapazitäten
C1 und C3 die Brückenschaltung als Prüfschaltung für die Kapazitätsdekade C2 auf
Fehlerfreiheit benutzt werden.
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Hierbei wird durch den Schalter S11, der mit den beiden Schaltern
S12 und S13 gekoppelt ist, der Hochspannungskondensator C1 von der Meßeinrichtung
abgeschaltet und an Erde gelegt.
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In allen Prüfweisen wird die sich ausbildende zwischen dem Zusammenschlußpunkt
der Kapazitäten C1 und C2 bzw. der Spannungswandlerimpedanzen 1.1 und 1.2 liegende
Fehlerspannung bzw. ihr im Verhältnis 1/n geteilter Wert durch die beiden Schleifdrahtabgriffe
F und # kompensiert.
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Die bereits vorstehend erdrterte zweite Schaltungsweise ist in Fig.
4 beispielsweise dargestellt. Hier ist die Sekundärwicklung des streuarmen Transformators
T2 für die Fehlerstufe F = # 0,2 % ausgelegt. Die zehnmal größere Fehlerstufe wird
dadurch erzielt, daß an die beiden Zusammenschlußpunkte
a, b durch
den Schalter S1 ein Operationsverstärker OP anschließbar ist, der die von den Zusammenschlußpunkten
abgegriffene Fehlerspannung auf 1/10 ihres Wertes reduziert.
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Die hundertmal höhere Fehlerstufe ist dann erzielbar durch Anschaltung
der dekadisch abgestuften Kapazität C3 mittels des Schalters S2, die eine weitere
Reduktion der abgegriffenen Fehlerspannung bewirkt.
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Im allgemeinen wird die Verbindungsleitung der beiden Kondensatoren
C1 und C2 durch eine Abschirmung, die auf dem Potential a gehalten wird, gegenüber
Störeinflüssen abge schirmt. Die in Fig. 4 dargestellte Schaltung kann so ausgebildet
sein, daß die von dem Operationsverstärker OP zu dem 9#-Widerstand führende Leitung
als Vorspannungsleitung für die genannte Abschirmleitung benutzt wird, wobei der
Operationsverstärker OP ein Spannungsübersetzungsverhältnis 1:1 aufweist.
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PatentansprUche: