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Ohmisch-kapazitiver Spannungsteiler Die Erfindung betrifft einen ohmisch-kapazitiven
Spannungsteiler mit einem Hochenspannungszweig und einem Niederspannungszweig zur
Messung von ungeglätteten und geglätteten Gleichspannungen sowie von Wechselspannung
und Impulsspannung, dessen Kapazitäten in der Größenordnung der anliegenden Erdkapazitäten
gehalten sind.
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Sollen sowohl Gleichspannungen als auch Wechselspannungen und Impulsspannungen
- Blitz - oder Schaltspannungen - gemessen werden, so kommen gemischte Spannungsteiler
mit ohmschen Widerständen und Kondensatoren in Parallelschaltung in Betracht.
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Eine wesentliche aber sohwierig zu erfüllende Forderung an Meßteiler
im allgemeinen und gemischte Spannungsteiler im besonderen ist die, daß am Meßinstrument
eine Spannungsanliegen soll, die im verkleinerten Maßstab möglichen genau der am
Teiler anliegenden Spannung entspricht.
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Gemischt; Spannungsteiler erreichen eine frequenzunabhängige Viedergabe
dann, wenn die Zeitkonstante des Hochspannungszweiges und die Zeitkonstante des
Niederspannungszweiges den gleichen Wert haben. Dabei wird.
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die Hochspannungskapazität so groß gewählt, daß der Einfluß der unvermeidlichen
Erdkapazität auf das Wiedergabeverhalten vernachlässigbar wird. Das ist dann der
Fall, wen die Kapazität der Kondensatoren im Hochspannungszweig
des
Teilers fünf- bis zehnmal größer ist als die wirkende Erdkapazität.
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Ein derart dimensionierter gemischter Spannungsteiler mit im weiten
Frequenzbereich guten Wiedergabeeigenschaften weist aber andere Nachteile auf.
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Die relativ große Kapazität der Kondensatoren führt zu einer merklichen
Belastung des Prüfspannungserzeugers, vor allem dann, wenn der Spannungsteiler an
Prüfanlagen geringer Leistung betrieben wird.
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Bei Verwendung eines solchen Spannungsteilers an Gleichspannungsprüfanlagen,
z.B. in Einwegschaltungen, wird außerdem eine beträohtliche und unter Umständen
unerwUnschte Glättung der Prüfspannung bewirkt.
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Außerdem ist es bei der Messung von nichtstationären Vorgängen, wie
bei der Messung von Impulsspannungen, von Nachteil, daß die große Kapazität zusammen
mit der unvermeidbaren Induktivität der Zuleitung eine Resonanzfrequenz ergibt,
die sehr niedrig ist. Diese Resonanzfrequenz bestimmt aber die obere Grenzfrequenz
des Meßkreises Mithin liegt die Aufgabe vor, einen gemischten Spannungsteiler mit
günstigen Wiedergabeeingenschaften zu konzipieren, dessen KapazitNten aber so bemessen
sind, daß der Teiler weder eine merkliche Belastung für die Prl£-anlage darstellt,
noch Glättungseigenschaften £r die PrUfspannung aufweist. Außerdem soll die Rapazität
so bemessen sein, daß sich eine hohe Grenzfrequenz ergibt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Spannungsteiler der vorstehend beschriebenen
Gattung so gelöst, daß die Zeitkonstanten des Hochspannungskreises und des Niederspannung:skreises
verschieden sind und zwar- derart, daß die Differenz der Zeitkonstanten angenähert
ein Sechstel der wirksamen Erdkapazität multiplisiert mit einem Quotienten, gebildet
aus dem Widerstandswert des gesamten Teilers, als Divisor und dem Widerstandswert
des
Hochspannungszweiges als Dividenden, ist.
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Außerdem ist es besonders zweckmäßig, die Zeitkonstante des Hochspannungszweiges
so zu wählen, daß der Frequenzbereich, wo das Wechselspannungsteilerverhältnis vom
Gleichspannungsteilerverhältnis abweicht, unterhalb der GrundfreQuenz der zu messenden
Wechselspannung bzw.
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der zu messenden gleichgeriohtete.n Wechselspannung liegt.
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Bei einem so dimensionierten Teiler ist-gewährleistet, daß trotz der
Herabsetzung der Kapazität der.Kondensatoren des Hochspannungszweiges das Teilerverhältnis
bei Gleichspannung und bei Wechselspannung oberhalb einer bestimmten Frequenz gleich
ist. Außerdem ist dadurch die Zeitkonstante so gewählt, daß der Bereich.
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der unvermeidlichen Frequenzabhängigkeit des Teilerverhältnisses so
liegt, daß es für den zu messenden Vorgang bedeutungslQs ist.
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Anhand einer Figur in der beigefügten Zeichnung wird der Gegenstand
der Erfindung beispielhaft erläutert.
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Ein gemischter Hochspannungsteiler besteht aus- einer Reihenschaltung
von Widerständen 1, denen Kondensatoren 2 parallel geschaltetsind, die zusammen
einen Hochspannungszweig des Teilers bilden, während der Niederspannungszweig des
Teilers sich aus dem Widerstand 3 und einem ihm parallel geschalteten Kondensator
4 zusammensetzt. An diesem Niederspannungszweig wird die Spannung U2 abgegriffen,
welche weitestgehend ein Abbild der zu messenden Hochspannung U1 ist, die am gesamten
Teiler anliegt. Die unvermeidbaren Kapaz.itäten der Bauteile des Teilers gegen Erdpotential
sind als diskrete Bauelemente gezeichnet und mit der Positions-Nr. 5 versehen.
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Nach dem Stand der Technik strebte man bisher ein frequenzunabhängiges
Teilerverhältnis an und dimensionierte die Zeitkonstanten des Hochspannungszweiges
- nämlich das Produkt aus den Widerständen 1 und der Kapazität der Kondensatoren
2 - gleich der Zeitkonstante des Niederspannungszweiges - also dem Produkt -des
Widerstandsbetrages des Widerstandes 3 und der Kapazität des Kondensators 4 - .
Das bedeutet, daß das Teilerverhältnis der Widerstände, das bei Gleichs»annungsmessungen
maßgeblich ist, gleich dem Teilerverhältnis der Kondensatoren gewählt war, das bei
Wechselspannungsmessungen wirkt, so daß beim uebergang von Gleichspannung auf Wechselspannung
das gleiche Teilerverhältnis erhalten blieb. Dagegen ist durch die unterschiedlfche
Dimensionierung der Zeitkonstanten bei erfindungsgemäß aufgebautem Teiler das Deilerverhältnis
der Widerstände und der Kapazitäten nicht mehr gleich, denn es gilt: R1 # CR - R3
# C4 = ## # ## # ## Das heißt, daß bei Ermittlung des Amplitudenganges, also der
Aufnahme des Teilerverhältnisses in Abhängigkeit von der Frequenz zunächst ein Teilerverhältnis
auftritt, das von dem bei Gleichspannung abweicht. Diese Veränderung des Teilerverhältnisses
ist aber praktisch ohne Bedeutung, weil die Messung von Spannungen mit Frequenzen
0<f<50 nicht in Betracht kommt. Es müssen folglich Vorkehrungen getroffen
werden, daß bei Erreichen eines Frequenzbereiches, der praktisch fflr die Messung
bedeutsam ist, sich das Teilerverhältnis infolge der jetzt stärker wirksamen Erdkapazitäten
wieder auf einen Betrag einstellt, der dem Teilerverhältnis bei Gleichspannung entspricht.
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Da.bei einem erfindungsgemäß aufgebauten Teiler -die Aufstellungsbedingungen,
z.B. unterschiedliche Nähe zu geerdeten
oder spannungsführenden
Objekten, einen besonders großen Einfluß haben, ist es vorteilhaft, diesen Teiler
mit Steuerelektroden zu versehen, die den Einfluß solcher Objekte abschirmen.