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Prüfeinrichtung für Spannungswandler Die Erfindung bezieht sich auf
eine Prüfeinrichtung für Spannungswandler mit einem Normalspannungswandlerund mit
einer elektronischen Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer dem Spannungsfehler
proportionalen Meßgröße und einer dem Fehlwinkel proportionalen weiteren Meßgröße.
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Bei einer bekannten Prüfeinrichtung dieser Art ("P23-Mitteilung",
2/72, Seiten 71 und 72) sind sowohl der zu prüfende Spannungswandler als auch der
Normalspannungswandler mit ihren Sekundärwicklungen an die Primärwicklung eines
Anpassungswandlers angeschlossen; an der Sekundärwicklung des Anpassungswandlers
liegt dann die elektronische Schaltungsanordnung, die zwei phasengesteuerte Gleichrichter
enthält. Der eine phasengesteuerte Gleichrichter ist unmittelbar mit der Sekundärwicklung
des Anpassungswandlers verbunden, während der zweite phasengesteuerte Gleichrichter
über eine 90°-Schaltungan die Sekundärwicklung des Anpassungswandlers angeschlossen
ist. Die phasengesteuerten Gleichrichter sind außerdem mit dem Ausgang eines Nullverstärkers
verbunden, dem über einen vorgeordneten Summierverstärker zwei Multiplizierer vorgeschaltet
sind; der Nullverstärker sorgt dafür, daß am Ausgang der beiden phasengesteuerten
Gleichrichter Gleichspannungen aufrechterhalten werden. Die von dem einen phasengesteuerten
Gleichrichter abgegebene Gleichspannung ist dabei dem Spannungs fehler proportional,
während die Ausgangsgleichspannung
des anderen phasengesteuerten
Gleichrichters ein Maß für den Peilwinkel ist.
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Die bekannte Prüfeinrichtung ist insofern nachteilig, als sie eines
Anpassungswandlers bedarf; durch diesen Anpassungswandler entstehen Nichtlinearitäten
infolge der nicht idealen Magnetisierungskurve. Ungenauigkeiten bei den Messungen
sind deshalb wegen der Anpassungswandler nicht auszuschließen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Prüfeinrichtung für
Spannungswandler vorzuschlagen, die durch Nichtlinearitäten in Anpassungswandlernunbeeinflußt
ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Prüfeinrichtung der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß an den zu prüfenden Spannungswandler und an den
Normalspannungswandler jeweils ein Gleichrichter der elektronischen Schaltungsanordnung
angeschlossen, denen ein an seinem Ausgang die eine Meßgröße abgebender Differenzverstärker
nachgeordnet ist; an den zu prüfenden Spannungswandler und an den Normalspannungswandler
ist ein weiterer Differenzverstärker der elektronischen Schaltungsanordnung angeschlossen,
dessen Ausgang mit einem Eingang eines zusätzlichen Differenzverstärkers verbunden
ist, und der andere Eingang des zusätzlichen Differenzverstärkers ist an einen Multiplizierer
der elektronischen Schaltungsanordnung angeschlossen, dessen einer Eingang mit dem
Normalspannungswandler und dessen anderer Eingang mit dem Ausgang des einen Differenzverstärkers
verbunden ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung besteht vor allem
darin, daß aufgrund des neuartigen Aufbaues der elektronischen Schaltungsanordnung
auf einen Anpassungswandler verzichtet werden kann, so daß Meßungenauigkeiten, die
sonst durch die Nichtlinearitäten eines solchen VJandlers verursacht werden, vermieden
sind. Die erfindungsgemäße Prüfeinrichtung arbeitet demzufolge in einem großen Spannungsbereich
etwa von einem Hundertstel der Nennspannung bis zur doppelten Nennspannung ohne
wesentlichen Fehler. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen
Prüfeinrichtung
besteht darin, daß sie unkomplizierte, handelsübliche elektronische Schaltungsbausteine
enthält.
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tSoll der Peilwinkel auch seinem Vorzeichen nach ermittelt werden,
dann ist es vorteilhaft, wenn ein Eingang eines Hilfs-Differenzverstärkers über
eine Rechteckformer-Stufe mit dem Ausgang des Multiplizierers verbunden ist, und
der andere Eingang des Hilfs-Differenzverstärkers über eine weitere Rechteckformer-Stufe
und einer Anordnung zur 900-Phasenverschiebung an den Normalspannungswandler angeschlossen
ist. Am Ausgang des Hilfs-Differenzverstärkers kann dannbeispielsweise eine Anzeigeeinrichtung
in Form einer GLühlampe oder einer Leuchtdiode angeordnet werden, die bei einem
bestimmten Vorzeichen des shlwinkels aufleuchtet und damit Aufschluß über das Vorzeichen
des Fehlwinkels gibt. Selbstverständlich kann die Ausgangsgröße des Hilfs-Differenzverstärkers
auch aufgezeichnet werden.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung dargestellt, und in Figur 2 ein Vektordiagramm
zur Erläuterung der Wirkungsweise der Anordnung nach Figur 1 gezeigt. In Figur 3
ist ein zur Ergänzung der Prüfeinrichtung nach Figur 1 gedachter Schaltungsaufbau
wiedergegeben, der zur Ermittlung des Vorzeichens des Fehlwinkels dient.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ist an eine Spannung U sowohl
die Primärwicklung 1 eines zu prüfenden Spannungswandlers 2 als auch die Primärwicklung
3 eines Normalspannungswandlers 4 angeschlossen. Die Sekundärwicklungen 5 und 6
des zu prüfenden Spannungswandlers 2 und des Normalspannungswandlers 4 sind mit
einem Ende jeweils geerdet und mit ihrem anderen Ende über jeweils einen Spannungsteiler
7 bzw. 8 ebenfalls an Erde angeschlossen. Die Spannungsteiler 7 und 8 dienen zur
Anpassung an eine nachgeordnete elektronische Schaltungsanordnung 9.
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Die elektronische Schaltungsanordnung 9 weist jeweils einen Gleichrichter
10 bzw. 11 auf, von denen der Gleichrichter 10
an den Spannungswandler
2 und der Gleichrichter 11 an den Normalspannungswandler 4 angeschlossen ist. Ausgangsseitig
sind die beiden Gleichrichter 10 und 11 an jeweils einen Eingang 12 bzw.
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13 eines Differenzverstärkers 14 angeschlossen. Der Ausgang des Differenzverstärkers
14 ist an einen ersten Ausgang 16 der elektronischen Schaltungsanordnung 9 geführt.
An diesem ersten Ausgang 16 entsteht eine Meßgröße, die dem Spannungsfehler des
zu prüfenden Spannungsandlers 2 proportional ist, wie nachfolgend anhand der Figur
2 noch erläutert wird.
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Mit dem zu prüfenden Spannungswandler 2 ist ferner ein Eingang 17
eines weiteren Differenzverstärkers 18 verbunden; ein weiterer Eingang 19 dieses
Differenzverstärkers ist mit dem Normalspannungswandler 4 verbunden. Der Ausgang
20 des weiteren Differenzverstärkers 18 ist unmittelbar mit einem Eingang 21 eines
zusätzlichen Differenzverstärkers 22 verbunden, dessen anderer Eingang 23 mit dem
Ausgang 24 eines Multiplizierer 25 verbunden ist.
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Der Multiplizierer 25 ist mit seinem einen Eingang 26 unmittelbar
an den Ausgang 15 des einen Differenzverstärkers 14 angeschlossen und steht mit
seinem anderen Eingang 27 mit dem Normalspannungswandler 4 in Verbindung.
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Wie ebenfalls anhand der Figur 2 noch näher erläutert wird, ergibt
sich am Ausgang 28 eine erechselgröße, die dem Fehlwinkel des zu prüfenden Spannungswandlers
2 proportional ist. Mittels eines nachgeordneten zusätzlichen Gleichrichters 29
kann diese Wechselgröße gleichgerichtet werden, so daß an einem weiteren Ausgang
30 der elektronischen Schaltungsanordnung 9 eine weitere Meßgröße erzeugt wird,
die dem Fehlwinkel proportional ist.
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In der elektronischen Schaltungsanordnung 9 werden mittels der Gleichrichter
10 und 11 aus den Wechselgrößen Ux und Q an den Sekundärwicklung,en des zu prüfenden
Spannungswandlers 2 und des Normalspannungswandlers 4 Gleichgrößen Ux und UN gebildet,
die den Beträgen der ;ilechselspannungUxund zuentsprechen. In dem Differenzverstärker
14 wird demzufolge eine Spannung UF erzeugt, die dem Spannungsfehler proportional
ist. Die Spannung UF läßt sich namlich durch die Gleichung (1) beschreiben:
UF
= Ux - UN. (1) Zur Gewinnung einer dem Peilwinkel proportionalen weiteren Meßgröße
dient zunächst der weitere Differenzverstärker 18, an dessen Ausgang 20 eine Wechselspannung
UFg auftritt. Diese Wechselspannung läßt sich durch die Gleichung (2) beschreiben:
UFg = UX - UN. (2) Die Spannung UFg ist in dem Diagramm der Figur 2 ohne weiteres
als die Differenzspannung zwischen der Sekundärspannung UN des Normalspannungswandlers
4 und der Spannung Ux an der Sekundärwicklung 5 des zu prüfenden Spannungswandlers
2 zu erkennen. Die Spannungen zur und Ux sind in dem Diagramm der Figur 2 in der
üblichen Weise derart aufgetragen, daß sie von einem Nullpunkt ausgehend abgebrochen
dargestellt sind, um die Behlerverhältnisse vergrößert deutlich darstellen zu können.
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Dem Eingang 23 des zusätzlichen Differenzverstärkers 22 ist eine Wechselspannung
U, zugeführt, die in dem Multiplizierer 25 gebildet ist, indem die Gleichgröße UF
mit der Wechselgröße UN multipliziert ist. Am Ausgang 24 des Multiplizierers 25
ergibt sich damit die Wechselspannung UF, wie sie als Zeiger auch im Diagramm nach
Figur 2 dargestellt ist.
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Aus der Darstellung der Figur 2 ist deutlich zu erkennen, daß sich
die dem Fehlwinkel proportionale Wechselspannung Us durch die folgende Gleichung
(3) beschreiben läßt: U# = UFg - UF. (3) Nachdem mittels des Multiplizierers 25
und des weiteren Differenzverstärkers 18 die Größen UF und UFg gebildet sind, kann
in dem zusätzlichen Differenzverstärker 22 die Größe U# ermittelt werden.
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Die Ausgangsgröße des zusätzlichen Differenzverstärkers 22 wird mittels
des Gleichrichters 29 gleichgerichtet und bildet am weiteren Ausgang 30 der elektronischen
Schaltungsanordnung 9 eine weitere Meßröße, die ein Maß für den Fehlwinkel des zu
prüfenden Spannungswandlers darstellt.
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Die weitere Meßgröße an dem Ausgang 30 gibt demzufolge den Peilwinkel
nur dem Betrage nach an. Um auch das Vorzeichen des Fehlwinkels zu ermitteln, kann
die Prüfeinrichtung nach Figur 1 durch eine Zusatzanordnung vervollkommnet werden,
wie sie in Figur 3 dargestellt ist. Diese Zusatzanordnung ist mit ihrer einen Klemme
31 1 an den Normalspannungswandler 4 und mit ihrer weiteren Klemme 31" an den Ausgang
28 des zusätzlichen Differenzverstärkers 22 angeschlossen. Der Klemme 31' ist eine
Anordnung 32 zur 90°-Phasenverschiebung nachgeordnet, an deren Ausgang eine Rechteckformer-Stufe
33 angeschlossen ist. Diese Rechteckformer-Stufe 33 ist vorzugsweise von einem Operationsverstärker
mit hoher Verstärkung gebildet, in dem aus der sinusförmigen Wechselspannung U eine
Rechteckspannung gebildet wird. Ausgangsseitig ist die Rechteckformer-Stufe 37 mit
einem Eingang 34 eines HilSs-Differenzverstärkers 35 verbunden, dessen anderer Eingang
36 über eine weitere Rechteckformer-Stufe 37 mit dem Eingang 31" verbunden ist.
Auch die weitere Rechteckformer-Stufe 37 ist vorzugsweise von einem Operationsverstärker
mit hoher Verstärkung gebildet. An den Ausgang 38 des Hilfs-Differenzverstärkers
35 ist über einen Widerstand 39 eine Anzeigeeinrichtung 40 angeschlossen, die von
einer Glühlampe oder Leuchtdiode gebildet sein kann.
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Selbstverständlich ist es auch möglich, mit der Spannung am Ausgang
38 des Hilfs-Differenzverstärkers 35 ein Registriergerät zur Aufzeichnung der Polarität
zu steuern.
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Mit der Erfindung wird eine Prüfeinrichtung für Spannungswandler vorgeschlagen,
die sich wegen Fehlens von Anpassungswandlern durch eine hohe Meßgenauigkeit in
einem großen Spannungsmeßbereich auszeichnet.
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2 Figuren 2 Patentansprüche