DE528349C - Stromwandler - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AH 29. JUNI 1931

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE^21 elGRUPPE

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft in Berlin*)

Stromwandler Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. August 1925 ab

Im allgemeinen zeigen Stromwandler mit niedrigen Amperewindungszahlen ziemlich große Übersetzungs- und Stromfehler. Besonders bei Einleiter-Stromwandlern für niedrige Stromstärken wachsen die Fehler bald so stark an, daß die Wandler für genaue Messungen unbrauchbar werden. Man kann zwar die Fehler verkleinern, dadurch, daß man die Eisenquerschnitte sehr groß macht.

ίο Indessen nimmt das Eisen dann bald solche Dimensionen an, daß die Verwendung solcher Einleiter-Stromwandler praktisch'nicht mehr in Frage kommt.

Durch die Erfindung sollen nun diese Übelstände vermieden und ein Stromwandler geschaffen werden, der für alle Verhältnisse gut brauchbar ist. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß die betreffenden Schwierigkeiten mit der bisherigen Berechnungsmethode der Stromwandler zusammenhängen. Wenn man nämlich wie bisher die Leerlaufverluste des Stromwandlers durch Anwendung möglichst kleiner Induktion klein macht, so wird der sogenannte Fehlwinkel verhältnismäßig groß und je nach den Betriebsverhältnissen stark veränderlich. Dadurch ändert sich auch die Größe der an sich kleinen Übersetzungsfehler in unzulässiger Weise. Außerdem arbeitet man dann auf einem stark gekrümmten Zweig der Magnetisierungskurve, wo keinerlei Proportionalität zwischen den Amperewindungen und den erzeugten Kraftlinien besteht. Dadurch sind weitere Veränderungen der Übersetzungsfehler bedingt. Im Gegensatz hierzu geht die Erfindung von dem Gedanken aus, daß es auf die absolute Größe des Übersetzungsverhältnisses nicht ankommt, sondern daß man den Übersetzungsfehler, wenn er nur konstant ist, an sich beliebig groß machen und dann in bekannter Weise durch Abgleichen der Windungszahl, d. h. durch Hinzufügen oder Abnehmen von Windungen, kompensieren kann. Eine solche Konstanz des Übersetzungsfehlers läßt sich nun dadurch erreichen, daß man im Gegensatz zu den bisherigen Ausführungen des Stromwandlers den inneren Scheinwiderstand des Wandlers erheblich größer macht als die sekundäre Belastung, für welche der Wandler bestimmt ist, und daß man gleichzeitig den Phasenverschiebungswinkel zwischen dem zur Erzeugung des Flusses dienenden Leerlaufstrom und der induzierten sekundären Spannung ungefähr oder genau gleich dem inneren Widerstandswinkel macht. Dadurch wird zwar der innere Spannungsabfall im Verhältnis zur Nennsekundärspannung sehr groß, aber es wird der Fehlwinkel sehr klein und unveränderlich und damit auch der Übersetzungsfehler nahezu konstant. Dadurch wird der weitere Vorteil erreicht, daß man auch mit der Induktion des

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing. Hugo VaM in Berlin-Charlottenburg.

Wandlers erheblich in die Höhe gehen kann, daß man hierdurch an Eisen, Eisengewicht und Raum erheblich spart und daß man hierdurch in den nahezu geradlinigen Ast der Magnetisierungskurve hineinkommt und bessere Proportionalität zwischen Amperewindungen und induzierter Spannung erreicht. Zur Erläuterung ist in Abb. ι das Diagramm der bisher bekannten Wandler, in ίο Abb. 2 das Diagramm eines Wandlers nach der Erfindung, in Abb. 3 die Magnetisierungskurve des Eisens dargestellt.

In Abb. ι bedeutet 0 G den sekundären Strom, O C den Ohmschen inneren Spannungsabfall, C D den induktiven inneren Spannungsabfall, DA die sekundäre Klemmenspannung bei einer bestimmten sekundären Bürde und bei einem sekundären Phasenverschiebungswinkel φ«= O, DB die sekundäre Klemmenspannung bei der gleichen sekundären Bürde und einem sekundären Phasenverschiebungswinkel φ., = 90°. Dann ist O A bzw. O B die in der sekundären Wicklung erzeugte elektromotorische Kraft bei einem as Phasenverschiebungswinkel von ο bzw. 90⁰. Der Vektor O /, der senkrecht auf O A steht, stellt den Magnetisierungsstrom bei <p₂ = o° dar. JE ist der dem Eisenverlust entsprechende Leerlaufstrom, O E der gesamte Leerlaufstrom. O F ist der Leerlauf strom bei φ₂ = 90⁰. Die Summe aus dem sekundären Strom O G und dem Leerlaufstrom O E bzw. O F ist der auf die Sekundärseite bezogene Primärstrom O H bzw» O K. Der Winkel GOH bzw. GOK ist der Fehlwinkel O₁ bzw. δ₂. Durch Projektion der Punkte H und K auf den Vektor O G erhält man den Übersetzungsfehler G L bzw. G M.

Wie man aus der Zeichnung erkennt, ist der Fehlwinkel bei Ohmscher Belastung sehr groß und wird bei stark induktiver Belastung sehr klein. Er ändert also stark seine Größe und damit ändert sich auch die Größe des Übersetzungsfehlers.

In Abb. 2 ist das gleiche für einen Stromwandler nach der Erfindung dargestellt. Die Bezeichnungen sind dieselben wie in der Abb. i, jedoch mit dem Unterschiede, daß die entsprechenden Buchstaben mit einem Strich versehen sind.

Es ist angenommen, daß der Strom O' G' gleich dem Strom O G und die sekundäre Klemmenspannung D' Ä bzw. D' B' gleich der Spannung D A bzw. D B ist. Während jedoch bei dem Wandler nach Abb. 1 der innere sekundäre Spannungsabfall O D kleiner ist als die sekundäre Klemmenspannung D A, ist nach dem Wandler nach Abb. 2 der innere Spannungsabfall O' D' erheblich größer als die Klemmenspannung D' Ä. Außerdem ist für den neuen Wandler wesentlich, daß der Winkel A' O' E', also die Phasenverschiebung zwischen Leerlaufstrom und induzierter Spannung, nahezu gleich ist dem inneren Widerstandswinkel D' O' C. Es muß also auch der Winkel D' O' C nahezu gleich sein dem Winkel O' E T', d. h. es müssen sich die Ohmschen Kupfer Verluste zu den induktiven Verlusten verhalten wie die Eisenverluste zu den durch den Magnetisierungsstrom bedingten Verlusten. Dies erreicht man dadurch, daß man entweder die Sekundärwicklung mit extrem großer Streuung ausführt oder daß man an den sonst normalen Wandler in an sich bekannter Weise sekundär eine Drosselspule in Reihe mit den Meßinstrumenten schaltet. Durch die Vergrößerung des inneren Widerstandes wird zunächst erreicht, daß der Winkel A' O' B' verhältnismäßig klein wird und daß infolge der steilen Lage des Vektors O' A' der Punkt E' an sich schon nahezu die gewünschte Lage einnimmt, ohne daß es besonderer Maßnahmen bedarf. Man erkennt aus der Figur ohne weiteres den wesentlichen Vorteil der Erfindung, der darin besteht, daß der Fehlwinkel bei beliebigen Werten des sekundären Phasenverschiebungswinkels <p₂ sehr klein ist und daß der Übersetzungsfehler G' L' bzw. G' M', der an sich größer ist als auf Abb. 1, bei allen Werten von φ., nahezu konstant ist und also in bequemer Weise kompensiert werden kann. Man braucht nur, wenn beispielsweise O' G' einen Strom von 5 Amp., O' L' einen Strom von 6 Amp. darstellt und die Primär stromstärke des Einleiter-Stromwandlers gleich 500 Amp. ist, die sekundären Windungen, die ohne Berücksichtigung des Übersetzungsfehlers 100 betragen würden, auf ⁵⁰⁰Z₆ = Ss¹ \'₃ herabzusetzen.

Zum Schluß soll noch das Verhalten des neuen Wandlers bei Veränderung des Primärstromes und bei Veränderung der sekundären Belastung unter Berücksichtigung der Tatsache betrachtet werden, daß die Stromwandler bisher etwa zwischen den Punkten O 2 der Abb. 3 arbeiten, während gemäß der weiteren Erfindung der neue Stromwandler in dem Bereich O 4 der Magnetisierinigskurve arbeiten soll. Hierbei möge angenommen sein, daß no die in den Abb. 1 und 2 dargestellten Diagramme dem Punkte 2 bzw. 4 der Abb. 3 entsprechen. Sinkt nun der Primärstrom auf die Hälfte, so werden sich sämtliche Spannungen und mit Ausnahme des Leerlaufstromes auch sämtliche Ströme des Diagramms auf die Hälfte verringern. Man kann also das Diagramm der Abb. 1 und 2 auch für den halben Primärstrom beibehalten, wenn man nur den Maßstab auf das Doppelte vergrößert und wenn man nur die Punkte EF bzw. die hiermit im Zusammenhang stehenden Punkte

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HK entsprechend verlegt. Die Verlegung der Punkte EF rührt daher, daß, wenn die Induktion des Eisenkerns auf die Hälfte verringert wird, also wenn im Punkte ι bzw. 3 der Magnetisierungskurve gearbeitet wird, die notwendigen Amperewindungen nicht auf die Hälfte herabgehen. Man erkennt aber, daß der Mehrverbrauch an Amperewindungen beim Zurückgehen vom Punkte 2 auf den

ίο Punkt ι sehr erheblich ist, während er beim Zurückgehen vom Punkte 4 auf den Punkt 3 verhältnismäßig sehr klein ist. Die Veränderung der primären Stromstärke bedingt also bei den bekannten Wandlern nach Abb. 1 eine weitere Veränderung des Übersetzungsfehlers, während sie bei dem neuen Wandler nach Abb. 2 so gut wie gar nichts ausmacht. Auch bei Veränderung der sekundären Belastung bzw. der sekundären Klemmenspan-

ao nung wirken die nach der Erfindung zu treffenden Maßnahmen in dem Sinne, daß der Fehler verkleinert wird.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Stromwandler, insbesondere Einleiter-Stromwandler für niedrige Amperewindungszahlen, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Scheinwiderstand des Wandlers ein Vielfaches der sekundären Nennbelastung beträgt und daß der Phasenverschiebungswinkel zwischen dem zur Erzeugung des Flusses dienenden Leerlaufstrom und der induzierten sekundären Spannung annähernd gleich dem inneren Widerstandswinkel ist.

2. Stromwandler nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktion des Eisenkerns auf dem steilsten Ast der Magnetisierungskurve liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Berlin. gediu'Ckt in der