DE2302419C3 - Einrichtung zur Ermittlung des Übersetzungsfehlers und des Fehlwinkels eines zu prüfenden Stromwandlers nach dem Kompensationsverfahren - Google Patents

Description

, ändert sich daher die Tür + die Schleifdrahlmitu maßgebliche Kompensationsspannung, d. h. die Spannung der Schleifdrahtmitte gegenüber dem Bezugspunkt, auf die die am Schleifdraht abgegriffene Feh lerspannung zu beziehen isl. Der im Sekundärkrei; des ersten streuarmen Zwischenwandlers ZW₁ vorge sehene Stromteiler Si₁ gestattet es, unterschiedlicher Soll-Übersetzungsverhältnissen des zu prüfender Stromwandlers X Rechnung zu tragen, ähnlich wie es Abzapfungen an der Sekundärwicklung des Zwi sehen wandlers ZW₁ tun würden. Die Einstellung de: Abgriffs an dem ebenfalls im Sekundärkreis des Zwi schenwandlers ZW₁ vorgesehenen Spannungsteiler Sp. ist so zu wählen, daß für einen fehlerfreien zu prüfen den Stromwandler X sich am Abgriff die gleiche Span nung wie am Mittenabgriff des Schlcifdrahts Sf ergibt.

Die sich bei einer derartigen Schaltung einstellen den Slromverhältnisse sind in dem in F i g. 2 wie dergegebenen Vektordiagramm veranschaulicht. Pri märseitig sind die beiden Stromwandler X und N ii Serie von Strom durchflossen. J₂ isl der Strom vektor des Sekundärstroms des zu prüfenden Strom wandlers X, der phasenmäßig um den Winkel Λ' ii bezug auf den Slromvektor./, des Sekundärstrom: des Normalwandlcrs N versetzt ist. Die in Richtunj von J₁ liegende Komponente J\ des Sekundärstrom: J, ist

Λ =

Hierbei ist zu setzen:

wobei F =

J-, ■ cos i)

Andererseits ergibt sich die zur Richtung J₁ senkrechte Komponente J₆ des Sekundärstroins J, zu

Jι, = J₂ · sin ti .

Weiter gilt für den Sekundärstrom J,:

Setz; man in die vorstehende Gleichung den für ι ^ J₁' abgeleiteten Ausdruck ein, so erhält man

J₂ = J₁(I- F)-(I -./-tg,M.

Die in F i g. 1 dargestellte bekannte Schaltung nach dem Kompensationsverfahren ist hinsichtlich der Phasenfehlermessung mit nachfolgendem Manuel behaftet. Erstens wird nicht der Phasenfehler λ selbst, sondern tg λ gemessen. Der Unterschied von λ und Ig^ ist aber nur gering und beträgt bei Λ = 600' nur 3.6" oo· Dieser Fehler ist vernachlässigbar.

Zweitens wird der Schlcifdraht S₀ für die Ablesung von tg<} nicht vom Strom J₁' der F i u. 2. sondern vom Strom J₁ durchflossen. Eine korrekte lCiVMessung müßte die Beziehung ,₀

^tg'^ ⁼ J'

zugrunde legen, d. h., für eine korrekte Igo-Messiing müßte der Schleifdraht S₆ vom Strom J₁' durchflossen sein. Im allgemeinen nimmt man diese Unkorrektheit in Kauf, sie ist jedoch unlcr Umständen nicht unbeträchtlich, denn bei einem Stromfehler von 6% wird auch der Fehlcrwinkel mit einem Fehler von 6% gemessen.

Die Erfindung bezweckt, das Auftreten solcher Fehler zu beseitigen, und zwar dadurch, daß der Widerstand im Sekundärkreis der Gegeninduktivität M entsprechend der Einstellung des Fehlers F % an dem Spannungsteiler Sp₁ im gegenläufigen Sinn verändert wird.

Ferner soll die Kompensations-Nennspannung V_k konstantgchalten und eine unmittelbare dekadische Ablesung der Fehlcrgrößen ohne Multiplikation mit verschiedenen Ablescfaktorcn ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Ermittlung des Übersetzungsfehlers und des Fchlwinkcls eines zu prüfenden Stromwandlers nach dem Kompensationsverfahren durch Vergleich mit einem Normalstromwandler, bei der der Sekundärkreis des zu prüfenden Stromwandler über einen ersten streuarmen Zwischenwandler eine einstellbare Spannungslcilcrschallung speist und im Sekundärkreis des Normalslromwandlers die Primärwicklung eines /weiten streuarmen Zwischenwandlers und die Primärwicklung einer die Phase um 90" drehenden Gegeninduktivilät (Lufttransformator) angeordnet sind, deren Sekundärwicklungen einen Stromfehler-SchlcifdralH bzw. einen Phasenfehler-Schleifdraht speisen, ist dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des /weiten streuarmen Zwischenwandlers ein den Stromfehler-Schleifdraht speisender, einstellbar ausgebildeter weiterer Spannungsteiler angeordnet ist und daß in Serie mit eirem im Sekundärkreis der Gegeninduktivität angeordneten, den Phasenfehlcr-Schleifdrahl speisenden und symmetrisch ausgebildeten Spannungsteiler ein Vorwiderstand angeordnet und zugleich mit dem weiteren einstellbaren Spannungstcilei derart einstellbar ausgebildet ist, daß der Gesamtwiderstand der an die Sekundärwicklung der Gegeninduktivilät angeschlossenen Spannungsteileranordnung bei der Umschaltung der Widerstände der weiteren Spannungsteileranordnung auf unterschiedliche Stromfehlermeßbereiche im gleichen prozentualen Maß im gegenläufigen Sinn geändert wird, wobei im Sekundärkreis der Gegeninduktivilät Kompensationsmiltel zur Kompensation der Sekundärinduktivität vorgesehen sind.

Gemäß einer Veröffentlichung von W. Geyger in »Archiv für Elektrotechnik«, "ßd. 15, 1925, S. 174 bis 189. insbes. S. 184, wird bei einer Einrichtung ähnlicher Art die sekundäre Induktivität der Gegeninduktivität durch Anwendung eines RC-Ghedes kompensiert, dessen Impedanzen in bezug auf die zu kompensierende Sekundärinduktivität entsprechend der Formel Z., = R² ■ C bemessen sind. Es ergibt sich dann, daß der Widerstand des Sekundärkreises der Gegeninduktivilät reell ist und der 90 -Abgleich zwischen dem Primär- und dem Sekundärslrom der Gegeninduklivilät von weiteren Widerständen im Sekundärkreis unabhängig ist. Dies ergibt sich unter Bezugnahme auf F i g. 3 wie folgt.

In Fig. 3 ist die Sekundärspannung der Gegeninduktivitäl M mit U_n, bezeichnet, und der Primärstrom Jv₂ derselben ist gleich dem Primärstrom des Normalwandlers N gesetzt. Bezeichnet man die sekundäre Induktivität der Gegeninduktivität M mit L₂ und den sekundärseitigen Widerstand der Gegeninduktivilät mit R₂, während das RC-Glied wie zuvor bezeichnet ist und der Außenwiderstand des Sckundärzweigcs der Gegeninduktivität mit r bezeichnet ist, so ergeben sich die nachfolgenden Gleichungen, deren letzte zeigt, daß bei der angegebenen Wahl von L₂, R, C der Sekundärstrom J_V2 in bezug auf den Primärstrom der Gegeninduktivität M und damit auch in bezug auf den Primärstrom des Normalwandlers N phasenmäßig um 90° verschoben ist:

J, =

R₂ + j«>L_z

./' in C

ji;M

■4 R²or'C^{2 4}

.1-

■ ι

joYk²'c

JmM ■ J₁

R₂ f /· f R '

wenn R²* r('^: ■< 1 und /., = R² · C.

Eine Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Meßwandlerprüfeinrichtung nach dem Kompcnsalionsverfahren ist in F' i g. 3 und 4 wiedergegeben. Die erfindungsgemäße Schaltung ist digital auf unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse des zu prüfenden Stromwandler einstellbar und gestattet eine digitale Einstellung sowohl des Übersetzungsfehlers F als auch des Phasenfehler -Ί.

Fig. 3 gibt die erfindungsgemäße Schaltung im Prinzip wieder. Darin ist der Spannungsteiler .S'/i, ills phasenreiner Phasenleiler ausgebildet, und /war durch die Anwendung von sogenannten »iso-ohniie Voltage Dividern« (Instruments and Control Systems. Hd. 34. Januar 1961. S. 92 IT.). In I- i g. 4 ist dagegen nur die rechte Hälfte von l·' i g. 3 ausführliche dargestellt.

In dem Ausfiihrungsheispiel ist angenommen, da!.', die Zwischenslromwandler ZW₁ und ZW₂ die je etwa 5 A betragenden Sekundärstiöme der Stromwandler λ' und JV, ,/_v2 ^nzw· ·'„2- ^lluf J\.\ '^1ZW- Λ< von je etwa 0,01 A Stromstärke herabsetzen.

In diesen Fällen beträgt bei Mitleneinslellung des Schleifdrahtes SF, d.h. Übersetzungsfehler null die Kompensationsspannung U_kfl für einen fehlerfreien Stromwandler A* bei einem Kompensationswiderstand R_k0 = 100 U, der an den beiden Spannungsteilern Sp₁ und Sp₂ einzustellen ist, U_k() = J_n, R_k„ = 1 V.

An dem dekadisch-digital einstellbaren Spannungsteiler Sp₂ läßt sich die Kompensalionsspannung U_k gegenüber dem Nennwert U_k() entsprechend

= J

leilerdekade .S'/>, sowie Mittel zur IJmscliallung vo 50 auf 60 Hz. Durch letztere wird dafür gesorgt, dal im Sekundärkreis der Gegeninduklivität auch Ix / - 60 I Iz der gleiche Strom fließt wie bei / = 50 Il und der (iesanitwiderstand des Sekundärkreises hier bei unverändert bleibt.

Die Ablesung an dem Schleifdrahi .S',i für den Fehl winkel ist abgesehen von den Vorzeichen propor tional der Spannung

wenn S₁, den Schleifdraht widerstand vom Mitlelpunk bis zum Spannungsabgriff bezeichnet. Die weitcrci Spannungsteilcrdekaden Sp,, mögen bei der wciterei

Betrachtung der Einfachheit halber unberücksichtig bleiben.

Die vom Sekundärstrom J_n2 des Normalwandlcr durchflossen- Primärwicklung der Gcgcninduktivi tat M erzeugt bei der gemachten Annahme, dal ./„, = J₁ ist, die Sekundärspannung

U_mi = J_x j ,,,M.

Für den gesamten Sekundärwiderstand R_ml ergib sich demnach der Sekundärstrom für eine Nennfre quenz ι·,_η zu

U_k = U_kn(\ i F)

um i |5I 4 K) 0.1]% ändern und hiermit der Stromfchler F mit R_t. digital einstellen. Der Schleifdraht mit der Einstellmögjichkcil i· (0 - 0.11)% dient zusätzlich zum kontinuierlichen Feinabgleich. In der Figur ist der untere Widersland 95 i> und die beiden veränderbaren Widerstände R₁, je zwischen 0 und IO U.

Eine derartige Mcßschaluing weist in verschiedener Hinsicht Vorteile auf. So ist im Gegensatz zu der erstgenannten Einrichtung der Nennwert der Kompensationsspannung U_k konstant, und es fällt deshalb der auf der X-Seite vorgeschaltete Stromteiler fort. Ferner ist bei einer Einstellung der Fehlergrößcn mit mehreren Dekaden eine solche meist nur bei dem ersten Abgleich erforderlich. Bei einer nachfolgenden Änderung der Stromstärke ändern sich die Fehlergroßen im allgemeinen nur so wenig, daß nur noch eine geringfügige Nachstellung nötig ist. Dafür erhält man ohne jede zusätzliche Rechnung eine unmittelbare Angabe der Fehlergrößen. Bei der vorgennaten Prüfeinrichtung mit nur zwei Schleifdrählen müssen dagegen die Meßwerte an den meist voneinander verschiedenen Teilungen der zugehörigen Teilkreise abgelesen und gegebenenfalls mit dem jeweiligen Ablesefaktor multipliziert werden, so daß sich hier leicht subjektive Meßfehler ergeben können. Schließlich erfordert die Schleifdrahtschaltung noch je einen besonderen Analog- und Digital-Umsetzer. wenn die Meßwerte digital angezeigt werden sollen.

Zur Erzeugung der um 90° gedrehten Spannung U_t dient die Gegeninduktivität M, deren Primärwicklung im Sekundärkreis des Stromwandlers N liegt. Diese erzeugt bei einem Primärslrom von 5 A eine Sekundärspannung von 1 V. Infolgedessen fließt im Sekundärkreis der Gegeninduktivität M bei einem Gesamtwiderstand R_ml = 100012 der Strom J_m2 — 1 mA. In dem Sekundärkreis der Gegeninduktivität M liegt außer der KC-Schallung für den 90'-Abgleich der Vorwiderstand R₀, die Spannungs-' "'² ~ K₂ ⁼ '' R,„2 '

Hiermit wird die am Schleifdraht S₆ abgegriffen« Spannung

Nach Fig. 2 und den Gleichungen (I) und (2) is

tgrt = -^ = _..^.._.„. J[ J₁(I ± F) '

Die vom Sekundärstrom
J_n, = J_n2 = J₁

des zweiten streuarmen Zwischentransformators ZW_: erzeugte Kompensationsspannung beträgt

V_k = J₁ -A₁₀(I ± F). Es wird also

te Λ =

U₁

R₁₁₁₂ R_k0 0 ± F)" ⁶'

Damit tg ή unabhängig von der Einstellung de zweiten Spannungsteilers Sp₂, d. h. unabhäneie voi R_F und damit von F selbst dem Schleifdrahtwider stand S₆ proportional wird, muß demnach der Wider stand R_m2 im umgekehrten Verhältnis zu (I ± F

verändert werden. Es muß also sein

Λ- = rfy*K,„_2Ou-F>:

Dann ergibt sich

tg Λ = 1'1*M_ . 9 _ _r . e R R ~ ^{L Λ}« ·

Der Tangens des Fehlwinkels Λ wird also dem eingestellten Sehleifdrahtwiderstand S_A unmittelbar proportional

Der Fehlwinkel t\ in Minuten weicht von dem Wert tg bei Λ = fi' -- 360'nur um IΛ, = 3,(i^l>; _(m ab. Fbenso verursach! die Annäherung für R_m2 bei einem Stromleiter F ~ 6% ebenfalls nur einen Fehler der Fchlwinkdablcsunt; von ΙΛ₂ = 3,6⁰Z₁,,,. Die Finsielhmii \on K₁₁₁, enispiechend der l-ehlergröüe /·'"/ uesehielu duieii die Vnrwideistünde R₁,, die mit de betreffenden Schaltern für /·'% gekoppelt sind.

Die Schalter für I·'"« und Λ' können mit je einer Ausgang für eine digitale Anzeige dienen. Durch de Anschluß eines Druckers kann schließlich eine fei lerlVeie Dokumentation des Meßergebnisses siehe gestellt werden.

liier/11 4 Blau Zeichnungen

Claims (2)

Palentansprüche:

1. Einrichtung zur Ermittlung des Übersetzungsfehlers und des Fehlwinkels eines zu prüfenden Stromwandlers nach dem Kompensationsverfahren durch Vergleich mit einem Normalwandler, bei der der Sekundärkreis des zu prüfenden Stromwandlers über einen ersten streuarmen Zwischenwandler eine einstellbare Spannungsteilerschaltung speist und im Sekundärkreis des Normalstromwandlers die Primärwicklung eines zweiten streuarmen Zwischenwandlers und die Primärwicklung einer die Phase um 90° drehenden Gegenmduktivitiit (Lufttransformator) angeordnet sind, deren Sekundärwicklungen einen Stromfehler-Schleifdraht bzw. einen Phasenfehler-Schleifdraht speisen, dadurch gekennzeichnet, daß im Sekundärkreis des zweiten streuarmen Zwischenwandlcrs (ZW⁷ ₂) ein den Stromfehler-Schleifdraht (S _F) speisender, einstellbar ausgebildeter weiterer Spannungsteiler (Sp₂) angeordnet ist und daß in Serie mit einem im Sekundärkreis der Gegeninduktivität (M) angeordneten, den Phasenfehler-Schleifdraht (S₀) speisenden und symmetrisch ausgebildeten Spannungsteiler (Sp₃) ein Vorwiderstand (R^) angeordnet und zugleich mit dem weiteren einstellbaren Spannungsteiler (Sp₂) derart einstellbar ausgebildet ist, daß der Gesamtwidersland (Rm₂) der an die Sekundärwicklung der Gegeninduktivität (M) angeschlossenen Spannungsteileranordnung (Sps) bei der Umschaltung der Widerslände der weiteren Spannungsteileranordnung (Sp₂) auf unterschiedliche Stromfehlermeßbereiche im gleichen prozentualen Maß im gegenläufigen Sinn geändert wird, wobei im Sekunciärkreis der Gegeninduktivität (M) Kompensationsmillel zur Kompensation der Sekundärinduktivität (L₂) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden einstellbaren Spannungsteileranordnungen (Spi, Sps) und der Vorwiderstand (R_s) dekadisch abgestuft einstellbar sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung des Übersetzungsfehlers und des Fehlwinkels eines zu prüfenden Stromwandlers nach dem Kompensationsverfahren durch Vergleich mit einem Normalstromwandler.

Eine derartige, durch die Gebrauchsanweisung EW 10-1 »Wandler- und Bürden-Meßeinrichtung« Typ MEWK der Firma Hartmann und Braun AG, Frankfurt, Bild 9, bekanntgewordene Einrichtung zur Messung von Stromwandlern sieht vor, daß der Sekuridärkreis des zu prüfenden Stromwandlers X über einen ersten slreuarmen Zwischcntransformator eine erste einstellbare Spannungstcilerschaltung speist und im Sekundärkreis des Normalstromwandlers die Primärwicklung eines zweiten streuarmen Zwischentransformators und die Primärwicklung einer die Phase um 90' drehenden Gegcninduktivität (Lufttransformator) in Serie angeordnet sind, wobei die Sekundärwicklung dieses zweiten streuarmen Transformators einen zweiten Spannungsteiler mit Strom-

fehlcr-Schleifdraht zur Bestimmung des Übersetzungsfehlers und die Sekundärwicklung der Gcgeninduktivitat einen dritten Spannungsteiler mit Phasenfchler-Schlcifdraht speisen und in dem Verbindungszweiu zwischen dem Abüriff des von dem ersten streuarmen Zwischentransformator gespeisten ersten Spannungsteilers und dem SchleifdrahlabgrilT des dritten Spannuniisteilers ein Nullindikator angeordnet ist.

Bei einer solchen, in F i g. 1 schematisch dargestellten Meßschaltung unter Anwendung eines praktisch fehlerfreien Normalwandlers N wird zu der au; dem Sekundärkreis des zweiten streuarmen Transformators mit Hilfe seines zugeordneten Stromfehler-Schlcifdrahtes SF abgeleiteten, den Übersetzungsfeh-

ler charakterisierenden Kompensationsspannung L', eine um 90" versetzte, den Phasenfehler <) charakterisierende Spannung U₆ addiert, die aus dem Sekun-

«därkrcis der im Primärkreis des zweiten Zwischentransformators angeordneten Gegeninduktivität M

ι untLT Anwendung des zugeordneten Phasenfehler-Schleifdrahtes S₀ abgeleitet wird.

Der Stromfehler (Übersetzungsfehler) F% und der Phasenfehler i) werden an den genannten Schleifdrähten SF bzw. S₀ eingestellt und abgelesen.

Die mit dem Schleifdraht SF in Serie liegenden Vorwiderständc R_2a, R_2h sind gegensinnig einstellbar, so daß bei ihren Änderungen der Außenwiderstand der Sekundärwicklung des Zwischcnwandler; ZW, konstant bleibt. Bei Änderung ihrer Einstellung