-
Vorrichtung zur Erzeugung verschiedener einstellbarer Wechselspannungen
hoher Genauigkeit mittels eines induktiven Teilers Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zur Erzeugung verschiedener, einstellbarer Wechselspannungen hoher
Genauigkeit, insbesondere für Kompensatoren in Trägerfrequenzmeßverstärkern, mittels
eines induktiven Teilers in Form eines Autotransformators, dessen von der stabilisierten
Eingangsspannung beaufschlagte Wicklung regelmäßig gestufte Anzapfungen aufweist
zum Abgriff der Ausgangsspannung. Die Anzapfungen werden dabei über Schaltelemente
abgegriffen, deren Schaltustände eine eindeutige Aussage über die Höhe der Ausgangsspannung
darstellen.
-
Bei den bekannten Ausführungen dieser Art werden soviel Autotransformatoren
In Reihe geschaltet, wie Dekaden erzielt werden sollen. Dabei weist jeder Autotransformator
neben seiner Hauptwicklung eine galvanisch getrennte Zusatzwicklungvauf, die die
Eingangsspannung z. B. im Verhältnis 1:10 teilt und an die Hauptwicklung des Autotransformators
für die nächst niedrigere Dekade weitergibt. Die Abgriffe an den Autotransformatoren
weisen z. B. Spannungsstufen von 0 bis 10 auf, so daß sich bei der Reihenschaltung
der Abgriffe über die für jeden Abgriff vorhandenen Schaltelemente eine Aufsummierung
der von den verschiedenen Autotransformatoren erzeugten Spannungen erfolgt und zwar
derart, daß jeweils ein Autotransformator die Spannungen innerhalb einer Dekade
liefert. Für n Dekaden sind demnach n Autotransformatoren notwendig, die relativ
kompliziert aufgebaut sind, weil sie alle bis auf den Autotransformator
für
die niedrigste Dekade eine Sekundärwicklung aufweisen müssen, die unter Umständen
schwierig auf dem Autotransformatorkern unterzubringen sind, insbesondere dann,
wenn es sich um Ringkernautotransformatoren handelt. Ein weiterer Nachteil dieser
bekannten Anordnung liegt darin, daß die Kernenduktion in den Autotransformatoren
mit jeder Dekade abfällt und fremde Magnetfelder deshalb immer störender einwirken
können. Auch wird der Absolutfehler der letzten Stufe durch die Addition der Fehler
der vorhergehenden Stufen, die durch induktive und ohm'sche Spannungsabfälle entstehen,
immer größer.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Nachteile
zu vermeiden und eine Vorrichtung zur Erzeugung verschiedener einstellbarer Wechselspannungen
hoher Genauigkeit mittels eines induktiven Teilers in Form eines Autotransformators
zu schaffen, die einfach im Aufbau ist und die stufenweise Herabsetzung der Eingangsspannung
in einer Kaskadenschaltung bis zur letzten Dekade ver-eidet und dadurch den Absolutfehler
der letzten Stufe klein hält.
-
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß mindestens ein Autotransformator
und mindestens ein Transformator mi* festem Teilungsverhältnis vorgesehen sind,
wobei jeweils der Primärteil des bzw. der Transformatoren über Schaltelemente mit
den Anzapfungen mindestens eines Autotransformators verbindbar ist; während der
Sekundärteil des oder der Transformatoren jeweils mit den Anzapfungen eines Autotransformators
über weitere Schaltelemente verbindbar ist und/oder mit dem Sekundärteil mindestens
eines anderen Transformators Reihe geschaltet ist, derart, daß eine Addition der
direkt an den Anzapfungen eines Autotransformators abgegriffenen Spannungen mit
denen, die über den oder die Transformatoren geleitet werden, erfolgt.
-
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß
die Vorrichtung zur Erzeugung einer dekadisch
gestuften Wechselspannung
dient und ebenso viel Autotransformatoren wie Dekaden aufweist, wobei jeder Autotransformator
mit zehn Anzapfungen versehen ist und jeder Autotransformator von derselben Eingangsspannung
beaufschlagt ist, daß jeden Autotransformator, außer demjenigen für die höchste
Dekade, ein Transformator mit festem Teilungsverhältnis nachgeschaltet ist, deren
Teilungsverhältnisse jeweils im Verhältnis 10:1, 100:1, 1000:1 usw. gestuft sind,
wobei deren Primärwicklungen über Schaltelemente mit den zehn Anzapfungen der entsprechenden
Autotransformatoren verbindbar sind und die Sekundarwicklungen untereinander und
über Schaltelemente mit den Anzapfungen des Autotransformators für die höchste Dekade
in Reihe geschaltet sind Gemäß einer zweiten erfindungsmäßlgen Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Erzeugung dekadisch gestufter echselspannungen ist vorgesehen, daß
ebenso viele Autotransformatoren wie Dekaden vorgesehen sind, die jeweils zehn Anzapfungen
aufweisen, wobei jeweils zwei Autotransformatoren zu einer Gruppe zusammengefaßt
sind und der erste der beiden Autotransformatoren einer Gruppe eine gegenüber der
Primärwicklung im Verhältnis 10:1 gestufte Sekundärwicklung aufweist, die die Speisespannung
für den zweiten Autotransformator derselben Gruppe liefert, während die Primärwicklung
des ersten Autotransformators einer Gruppe von der Eingangsspannung beaufschlagt
ist und daß die über Schaltelemente am ersten Autotransformator einer Gruppe abgegriffene
Spannung durch Reilienschal tung zu der über Schaltelemente am zweiten Autotransformator
derselben Gruppe abgegriffenen Spannung addiert wird; daß ein Iransformator mit
einer1 festen Teilungsverhältnis von 100:1, 10000:1 usw. für jede Gruppe, auger
derjenigen für die
beiden höchsten Dekaden vorgesehen ist, deren
Primärwicklungen mit der durch die entsprechende Gruppe erzeugten Spannung beaufschlagt
sind, während die Sekundärwicklungen untereinander und mit der von der Gruppe für
die beiden höchsten Dekaden erzeugten Spannung in Reihe geschaltet sind.
-
Gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Erzeugung dekadisch gestufter Wechselspannungen ist vorgesehen,
daß zwei Autotransformatoren mit jeweils zehn Anzapfungen vorhanden sind, wobei
der erste der beiden Autotransformatoren eine gegenüber der Primärwicklung im Verhältnis
10:1 gestufte Sekundärwicklung aufweist, die die Speisespannung für den zweiten
Autotransformator liefert, während die Primärwicklung des ersten Autotransformators
von der Eingangsspannung beaufschlagt ist und daß die über Schaltelemente am ersten
Autotransformator abgegriffene Spannung durch Reihenschaltung zu der über Schaltelemente
am zweiten Autotransformator abgegriffene Spannung addiert wird-und die beiden höchsten
Dekaden der Ausgangsspannung darstellt; daß jede der Anzapfungen der Autotransformatoren
mit halb soviel Schaltelementen verbunden ist, wie Dekaden vorhanden sind, die In
Zehnergruppen für eine Dekade zusammengefaßt sind und daß jeweils eine Zehnergruppe
des ersten Autotransformators und eine Zehnergruppe des zweiten Autotransformators
mit der Prinärwicklung eines Transformators mit festen Teilungsverhältnissen 100:1,
10000:1 usw. verbunden sind, während die Sekundärwicklungen untereinander und mit
den Zehnergruppen für die beiden höchsten Dekaden in Reihe geschaltet sind.
-
Gemäß einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgeassen Vorrichtung
zur Erzeugung dekadisch gestufter lJechselspannungen ist vorgesehen, daß ein Autotransformator
mit
zehn Anzapfungen vorgesehen ist, deren jede mit ebenso vielen
Schaltelementen verbunden ist, wie Dekaden vorhanden sind, wobei die Schaltelemente
in Zehnergruppen für eine Dekade zusammengefaßt sind und daß jeder Zehnergruppe,
außer derjenigen für die höchste Dekade ein Transformator mit festem Teilungsverhältnis
nachgeschaltet ist, deren TeilungsverhNltnisse jeweils im Verhältnis 10:1, 100:1,
1000:1 usw. gestuft sind, wobei deren Primärwicklungen jeweils mit den entsprechenden
Zehnergruppen verbindbar sind und die Sekundärwicklungen untereinander und mit der
Zehnergruppe für die hochste Dekade in Reihe geschaltet sind.
-
In weiterer Ausgestaltung der Ausführungsformen der Vorrichtung gemäß
der Erfindung ist vorgesehen, daß sie wahlweise als Abglelchkompensator in einem
Trägerfrequenzmeßverstärker und/oder als Eichkompensator unter Zuschaltung mindestens
eines weiteren Autotransformators und weiterer Schaltelemente verwendbar ist, wobei
insbesondere bei Verwendung von zwei Autotransformatoren gemäß der dritten bevorzugten
Ausführungsform der Vorrichtung diese beiden Autotransformatoren jeweils eine im
Verhältnis 10:1 gestufte unabhängige Sekundärwicklung aufweist, die zur Speisung
des Autotransformators für den Eichkompensator dienen und daß die Eichspannung über
miteinander gekoppelte Schaltelemente und einen Umschalter in Stufen von 0, 10,
20, 50, 100, 200, 500, 1000 V usw. an den Ausgang der Vorrichtung gelangt.
-
Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Zeichnungen beispielsweise
erläutert und zwar zeigen: Fig 1 einen schematischen Schaltplan der Vorrichtung
gemäß einer ersten Ausführungsform
Fig, 2 einen schematischen Schaltplan
der Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 einen schematischen
Schaltplan einer Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform; Fig. 4 einen schematischen
Schaltplan einer Vorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform und Fig. 5 einen
schematischen Schaltplan einer Vorrichtung gemäß Figur 4, die durch weitere Elemente
ergänzt ist zur Erzeugung einer Eichspannung.
-
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung dient zur Herstellung einer
Ausgangsspannung UA, die auf 4 Dekaden genau ist und durch induktive Teiler aus
der stabilisierten Eingangsspannung UE erzeugt wird. Hierzu sind vier induktive
Teiler in Form von Autotransformatoren la, lb, lc und 1d vorgesehen, die alle parallel
an dieselbe Eingangsspannung UE angeschlossen sind. Jeder der Autotransformatoren
la, lb, 1c und 1d weist zehn Anzapfungen auf, die über die Schaltelemente 2a, 3a,
4a bzw. 2b, 3b, 4 bzw. 2c, 3c, 4c bzw. 2 d, 3d, 4d abgegriffen werden. Ferner sind
drei Transformatoren mit festem Teilungsverhältnis vorgesehen mit den Primärwicklungen
5a, 5b, 5c und den Sekundärwicklungen 6a, 6b, 6c. Die Primärwicklung 5a des ersten
Transformators ist über die Schaltelemente 2b, 3b, 4b mit den Anzapfungen des Åutotransformators
1b für die zweithöchste Dekade verbunden und diese Primärwicklung 5a ist gegenüber
der Sekundärwicklung 6a im Verhältnis 10:1 gestuft. Die Prinårwicklung 5d des zweiten
Transforriiators ist auf gleiche Weise über die Schaltelemente 2c, 3c, 4c mit den
Anzapfungen des Autotransformators lc für die dritthöchste Dekade verbunden
und
die zugehörige Sekundärwicklung 6b ist gegenüber der Primärwicklung 5b im Verhältnis
100:1 gestuft. Die Primärwicklung 5c des dritten Transformators schließlich ist
mit den Anzapfungen des Autotransformators lb für die letzte Dekade über die Schaltelemente
2d, 3d, 4d verbunden, und die dazugehörige Sekundärwicklung 6c ist gegenüber der
Primärwicklung 5c im Verhältnis 1000:1 gestuft. Die Sekundärwicklungen 6a, 6b, 6c
der Transformatoren sind in Reihe geschaltet und mit den Schaltelementen 2a, 3a,
4a des Autotransformators la für die höchste Dekade verbunden.
-
Es ergibt sich aus dieser Schaltung, daß die aus den einzelnen Autotransformatoren
abgegriffenen Spannungen nach Durchlaufen der zugehörigen Transformatoren addiert
werden, und als Ausgangsspannung UA zwischen dem Autotransformator la und der Sekundärspannung
6c abgegriffen werden können. Im gezeichneten Beispiel sind die Schaltelemente 2a,
3a, 4a des Autotransformators la für die höchste Dekade so geschaltet, daß eine
Spannung an der ersten Anzapfung abgegriffen wird. Beim Autotransformator 1b für
die nächst niedrigere Dekade ist eine Verbindung durch die Schaltelemente 2b, 3b,
4b mit der vierten Anzapfung gezeigt, ebenso wie bei dem Autotransformator lc für
die vorletzte Dekade, während die Schaltelemente 2d, 3d, 4d für den Autotransformator
1d für die letzte Dekade eine Verbindung mit der sechsten Anzapfung herstellen.
Hieraus ergibt sich unter Berücksichtigung der Teilungsverhältnisse der Transformatoren
5a, 6a; 5b, 6b und 5c, 6c, daß die Ausgangsspannung UA = 0,1446 Volt z. B. ist,
wenn die Höhe der Eingangsspannung UE 1 Volt beträgt.
-
Bei dem dargestellten Beispielerden also Autotransformatoren la, Ib,
lc, 1d verwendet, die keinerlei Sekundärwicklung aufweisen und die alle mit der
vollen Eingangssp(lnnung U, UE beaufschlagt sind. Dadurch ist in allen diesen Autotransformatoren
die Kerninduktion gleich hoch, und es können hierdurch keine Fehler auftreten. Die
Herabsetzung der Spannungen fiir die einzel
nen Dekaden durch nachgeschaltete
Transformatoren mit festem Teilungsverhältnis ist auf einfache und präzise Weise
möglich, so daß keine Addition der Fehler in den einzelnen Dekaden auftreten kann.
-
Die Ausführungsform gemäß Figur 2 ist insofern gegenüber der Ausführungsform
gemäß Figur 1 abgeändert, als von den vier vorhandenen Autotransformatoren la, 1b,
1c, 1d nur die Autotransformatoren la und 1c an der Eingangsspannung UE anliegen,
während die Autotransformatoren 1b und 1d über Sekundärwicklungen 7a, 7b der Autotransformatoren
la und 1c mit einer im Verhältnis lo:l herabgesetzten Spannung gespeist werden.
Jeweils zwei Autotransformatoren la, 1b und 1c, 1d bilden einen Gruppe und die über
die Schaltelemente 2a, 3a, 4a bzw. 2c, 3c, 4c an den Autotransformatoren la bzw.
-
1c abgegriffene Spannung wird mit der über die Schaltelemente 2b,
3b, 4b bzw. 2d, 3d, 4d an den Anzapfungen der Autotransformatoren 1b bzw. 1d abgegriffenen
Spannung durch Serienschaltung addiert. Um eine auf vier Dekaden bestimmte Ausgangsspannung
UA zu erhalten, ist ein Transformator mit festem Teilungsverhältnis von 100:1 vorgesehen,
dessen Primärwicklung Sb von der durch die Autotransformatoren 1c und 1d erzeugten
Spannung beaufschlagt ist, während der Sekundärteil 6b mit der an den Autotransformatoren
la und 1b abgegriffenen Spannung in Reihe geschaltet ist, so daß eine Gummierung
dieser Spannungen erfolgt.
-
Aus der daigestel iten Stellung der Schaltelemente ergibt sich hier
(ine nusyan?sspannung /I A von 0,2554 Volt bei einer Eingangsspannung UE von 1 Volt.
-
Die bevor@@gte Ausführungsform, gemäß Figur 3 weist nur z;e i Autoransi@@@@toren
la und 1b auf, jedoch sind fur jede Anzapf@@@ @@@@@ @@@otransformators fo rma tors
r bzw . 1 b halb so vi cl
Schaltelemente 2a4 3a, 4a, 2c, 3c, 4c
bzw. 2b, 3b, 4b, 2d, 3d, 4d vorgesehen, wie Dekaden erzeugt werden sollen. Die Schaltelemente
sind zu Zehnergruppen 2a, 3a, 4a, 2b, 3b, 4b, 2c, 3c, 4c bzw. 2d, 3d, 4d zusammengefaßt
und beziehen sich jeweils auf eine Dekade. Der Autotransformator la weist eine Im
Verhältnis 10:1 gestufte Sekundärwicklung 7a auf, die die Eingangsspannung für den
Autotransformator 1b erzeugt. Die Zehnergruppen der Schaltelemente 2c, 3c, 4c und
2d, 3d, 4d sind auf die Primärwicklung 5b eines Transformators mit festem Tellungsverhältnis
von 100:1 geschaltet, während die Sekundärwicklung 6b dieses Transformators mit
der über die Schaltelemente 2a, 3a, 4a am Autotransformator la abgegriffenen Spannung
in Reihe geschaltet ist. Durch die Verbindungsleitung zwischen dem Autotransformator
la und dem Autotransformator 1b und durch die Umpolung der Speisespannung für den
Autotransformator lb wird hier eine Differenzbildung zwischen der ersten und zweiten
Dekade und der dritten und vierten Dekade erzielt, die eine Verbesserung der Genauigkeit
mit sich bringt, durch die Möglichkeit, die Verbindungsleitungen günstiger anzuordnen,
damit sie sich nicht gegenseitig stören. In der dargestellten Stellung der Schaltelemente
2a, 3a, 4a; 2b, 3b, 4b; 2c, 3c, 4c, und 2d 2d, 4d, ergibt sich eine Ausgangsspannung
UA von o,2567 Volt bei einer Eingangsspannung UE von 1 Volt.
-
Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, daß insgesamt nur
drei induktive Teiler zur Herstellung von einer Spannung auf vier Dekaden genau
notwendig sind, und daß der Transformator mit festem Teilungsverhältnis von 100:1
noch sehr günstig herstellbar ist, während höhere Teilungsverhältnisse schwieriger
zu fertigen sind bzw. eine nicht unwesentliche Vergrößerung der Abmessung des Transformators
mit sich bringen.
-
Wie in der Figur 4 dargestellt, ist es auch möglich, nur einen Autotransformator
la zur Erzeugung einer Ausgangsspannung mit beliebig vielen Dekaden zu verwenden.
Hierzu
wird jede Anzapfung mit ebenso vielen Schaltelementen verbunden
wie Dekaden erzielt werden sollen, und diese Schaltelemente werden in Zehnergruppen
2a, 3a, 4a; 2b, 3b, 4b; 2c, 3c, 4c; 2d, 3d, 4d für jede Dekade zusammengefaßt. Den
Zehnergruppen 2b, 3b, 4b bzw. 2c, 3c, 4c bzw. 2d, 3d, 4d ist jeweils ein Transformator
mit festem Teilungsverhältnis von 10:1; 100:1; 1000:1 usw. nachgeschaltet, wobei
die Primärwicklungen 5a, 5b, 5c mit den entsprechenden Schaltelementen verbunden
sind, und die Sekundärwicklungen 6a, 6b, 6c untereinander in Reihe geschaltet sind
und mit den Schaltelementen 2a, 3a, 4a verbunden sind. Auf diese gleise ergibt sich
auch hier eine Addition der den verschiedenen Dekaden entsprechenden Spannungen,
wobei in dem dargestellten Beispiel die Ausgangsspannung UA = 0,4455 Volt ist, wenn
die Eingangsspannung UE = 1 Volt ist.
-
Die in Figur 5 gezeigte Ausführungsform weist wie die in Figur 3 gezeigte
zwei Autotransformatoren la, 1b mit je zwei Zehnergruppen von Schaltelementen 2a,
3a, 4a; 2c, 3c; 4c bzw. 2b, 3b, 4b; 2d, 3d, 4d auf, wobei die Sekundärwicklung 7a
des ersten Autotransformators la die Speisung des zweiten Autotransformators lb
übernimmt. Die aus den Zehnergruppen 2c, 3c, 4c; 2d, 3d, 4c stammenden Spannungen
werden auf die Primärwicklune 5d des Transformators mit festem Teilungsverhältnis
loo:1 geleitet, während die aus den Zehnergruppen 2a, 3a, 4a bzw. 2b, 3b, 4b stammenden
Spannungen auf die Sekundricklung 6b des Transformators geleitet werden und sich
zu den in die Primärwicklung 5b geleiteten Spannungen addieren. Zusätzlich weist
der Autotransformator la eine weitere Sekundäricklung 8a auf, und der Autotransformator
1b eine Sekundärwicklung 8b. Diese beiden Wicklungen 8a, 8b dienen zur Speisung
eines weiteren Autotransformators 9, wobei diese Eingangsspannungen über Schaltelemente
11a, 12a, 13a auf bestimmte Weise gestuft in den Autotransformator 9 eingegeben
erden, und eine Ausgangsspannung über die entsprechenden Anzapfungen und die
Schaltelemente
11b, 12b, 13b abgenommen wird, derart, daß in Verbindung mit weiteren Schaltelementen
11c, 12c, 13c dem Umschalter 10a, lob und einer zusätzlichen Anzapfung am Sekundärteil
6b des Transformators mit festem Teilungsverhältnis im Verhältnis 0, 10, 100, 200,
500, 1000, 5000, 10000 usw. gestufte Ausgangsspannungen UA abgegriffen werden können.
Die Schaltelemente 11a, 12a, 13a; 11b, 12b, 13b; 11c, 12c, 13c sind dabei miteinander
gekoppelt und dienen dazu, eine Eichspannung hoher Genauigkeit abzugreifen, die
zur Eichung der Meßbrücken, die in Verbindung mit Trägerfrequenzmeßverstärkern verwendet
werden, dienen. Der Umschalter loa, lob dient dazu, von der durch die Autotransformatoren
la, 1b und dem Transformator mit festem Teilungsverhältnis erzeugten Abgleichspannung
auf die durch den Autotransformator 9 erzeugte Eichspannung umzuschalten.
-
Mit dieser Ausführungsform erreicht man in einfacher Weise und mit
wenigen Bauelementen eine Vorrichtung, die wahlweise durch Umschaltung als Abgleichkompensator
für einen Trägerfrequenzmeßverstärker dienen kann und als Ei chkompensator.
-
Es sei noch bemerkt, daß die Schaltelemente 2a, 3a, 4a; 2b, 3b, 4b;
2c, 3c, 4c; 2d, 3d, 4d; 11a, 12a, 13a; lib, 12b, 13b; 11c, 12c, 13c; als kontaktbehaftete
mechanische Schalter ausgebildet sein können, insbesondere als Drehkontaktschalter,
die für eine dekadisch gestufte Wechselspannung zehn Schaltstel lungen aufweisen,
wobei die Schalterstellung von außen ablesbar ist, und den einqestellten Spannungswert
für die betreffende Dekade angibt. Die St haltelemente können jedoch auch konta
ktl os ausgeführt; werd und durch eine automatische Ablc-ichvurrichtunq betätig1
werden, wobei der Schaltzustand der Schaltelemente in jeder Dekade durch elektrische
bzw. elektromechanische Anz i qevorrichtung kenntlich gemacht wird Vorrichtungen
dieser @@@ sind an sich bekannt und siiid Cli 1 ii der vorlie@@@@@ Erfindung.
-
Alle in den Unterlagen offenbarten Angaben und Merkmale werden, soweit
sie gegenüber dem Stand der Technik einzeln oder in Kombination neu sind, als erfindungswesentlich
beansprucht.