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Anordnung zur Beeinflussung der übersetzungsfehlerkurve eines Spannungswandlers
Die Leistung eines Spannungswandlers nimmt ungefähr im Quadrat der Sättigung zu.
Man hat infolgedessen das Bestreben, mit der Sättigung bis an die durch die Erwärmung
gegebene Grenze heranzugehen. Mit zunehmender Sättigung steigt jedoch der Magnetisierungsstrom
und fällt dementsprechend die Fehlerkurve ab. Dies-halb, war man bisher genötigt,
auf die gleichzeitige Erzielung hoher Sekundärleistung und hoher Meßgenauigkeit
zu verzichten. Um diesen Nachteil zu beheben, wird gemäß der Erfindung ein zusätzlicher,
nur von dem Primärstrom beeinflußter eisengeschlossener magnetischer Kreis vorgesehen,
dessen Querschnittsverhältnis zu dem Hauptkern etwa 7:roo beträgt. Durch diesen
zusätzlichen magnetischen Kreis gelingt es, den Abfall. der Fehlerkurve bei hoher
Sättigung zu verringern, Indern die verschiedene Wirkung des Nebenschlusses bei
veränderten Primärspannungen ausgenutzt wird. Der Nebienschluß beeinfiußt nämlich
den Streuspannungsabfall in der Primärwicklung des Wandlers. Dieser Einfluß ist
von der Qualität des für den Nebens.chluß verwendeten magnetisch Leitenden Materials
abhängig. Die Fehlerkurve als :solche ist aber ihrerseits wieder durch die Permeahilität_
des Kernmaterials gegeben und entspricht deren reziprokem. Wert. Wenn nun der induktive
Spannungsabfall, der durch den Nebenschluß hervorgerufen wird, dieselbe Charakteristik
hat wie die Fehlerkurve, dann wird ein mindestens teilweiser gegenseitiger Ausgleich
möglich sein. Diese Möglichkeit besteht ohne weiteres dann, wenn -die den Streufluß
führenden Bleche in ihrer magnetischen Wertigkeit dem Kernmaterial entsprechen.
Auch wenn das nicht der Fall ist, kann man einen Ausgleich erzielen mit Hilfe einer
den magnetischen Nebens,chluß umfassenden Hilfswicklung, die zweckmäßig parallel
zur Sekundärwidklun.g geschaltet ist.
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Bevor versucht wird, im einzelnen eine Erklärung für die Wirkungsweise
des E,rfindungsgegenstandes zu gebier, sei kurz darauf hingewiesen, daß man bereits
früher bei Wandlern Eiseneinlagen vorgesehen hat, die einen Teil eines sonst in
der Luft verlaufenden Streuflusses bilden, so daß sich, reim äußerlich- betrachtet,
eine Ähnlichkeit mit -dem Erfindungsgegenstand ergibt. Diese bekannten Eiseneinlagen
können aber infolge des hohen Widerstandes der von der Luft gebildeten Teile des
Streuflußweges bei niedriger Sättigung des Wandlereisens unmöglich wirksam:, werden,
während durch den E,rfindungsgegenstand infolge des eisengeschlossenen Nebenschlusses
gerade bei niedrigen Sättigungen die Fehlerkurve in günstigem Sinne gekrümmt wird
und somit eine ganz
andere Form ,annimmt als die Fehlerkurve der
vorbekannten Ausführungsform.
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Man hat auch schon Wandler mit mehreren Kernen hergestellt: Bei diesen
Wandlern sind die Kerne jedoch gleich groß, und die Verwendung mehrerer Kerne sollte
lediglich einer Stabilisierung des Wandlers dienen, indem durch. eine überkopplungswicklung
Gleichheit ,des, .magnetischen Flusses in beiden lernen erzwingen wird.
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Die einfachste Erklärung der Wirkungsweise ergibt sich, wenn mam den
magnetischer. Nehenschluß als Drossel betrachtet, die der Primärwicklung .des Spannungswandlers
vorgeschaltet ist. Die Fehlerkurve des Spannungswandlers fällt nämlich normalerweise
bei kleiner und hoher Spannung gegen die Mittelspannung ab. Umgekehrt ist der magnetische
Widerstand der Drossel bei kleiner und hoher Spannung durch denn der Magnetisierungskurve
entsprechenden Erregerstrom des Spannungswandlers groß, bei Mittelspannung dagegen
klein. Bei hohem magnetischem Widerstand der Drossel. wird aber der induktive Spannungsabfall
groß und um,-gekehrt bei geringem magnetischen Widerstand klein. Diese verschieden
Spannungsabfälle können zu der Primärspannung des Wandlers geometrisch ,addiert
werden und ergeben bei richtiger Wahl. des magnetischen Nebenschlusses ein nahezu
konstantes übersetzungsverbältnis.
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Für die Kompensation sind Nebenschüußbleche aus demselben Material,
wie es für den Kern verwendet ist, am zweckmäßigsten. Es hat ,sich herausgestellt,
dräß man mit solchen Blechen die Fehlerkurve weitgehend abflachen kann. Außerdem
ist bei der Verwendung -derartiger Bleche die eingangs erwähnte Hilfswicklung auf
dem Nebenscbluß entbehrlich. Versuche haben iergeben, daß das günstigste Querschnittsverhältais
des Nebenschlusses zu dem Hauptkernquerschnitt etwa 7:ioo beträgt. Dabei ist es
gelungen; den Abfall der Fehlerkurve auf etwa i/3 seines ursprünglichen Wertes zu
verringern. Die Genauigkeit des Wandlers ist also auf das Dreifache erhöht worden.
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Als besonderer Vorteil des Erfindungsgegenstandes hat sich herausgestellt,
daß auch die Fehlwinkelkurve abgeflacht wird und somit auch die Fehlwinkel kleiner
als bei einem nicht kompensierten Wandler werden.
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Die oben angeführten Daten beziehen sich auf ein Arbeitsgebiet des
Wandlers zwischen i o und i 2o o/o -der Nennspannung. Bei einem in der Regel für
normale Wandler vorgeschriebenen engeren Bereich, z. B. 8o und izo %, läßt sich
die Genauigkeit des Wandlers durch den Erfindungsgegenstand noch wesentlich höher
steigern. Wie sich bereits aus der Erklärung der Wirkungsweise eines Nebenschlusses
ergibt, kann man als magnetischen Nebenschluß auch eine der Primärwicklung vorgeschaltete
Drossel verwenden, die in genau dersielben Weise wirkt wie der zunächst beschriebene
magnetische Nebenschluß. Auch für diese Drossel wird zweckmäßig vorzugsweise dasselbe
Kernmaterial verwendet- -wie für den Spannungs:-wandler, schon mit Rücksicht darauf,
daß sich insbesondere bei höheren Spannungen mit Rücksicht auf -die Isolation eine
Hilfswicklung auf der Drossel nur schlecht anordnen läßt.
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In manchen Fällen kann es zweckmäßig sein, parallel zur Drossel noch
einen Ohmscheu Widerstand zu schalten, weil man dadurch in der Lage ist, den Fehlwinkel
wesientlich zu verbessern..
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Die Drossel bat gegenüber dem magnetischer Nebenschluß denn unter
Umständen wesentlichen Vorteil, daß sie noch nachträglich einem fertigen Spannungswandler
vorgeschaltet werden kann. Sie läßt sich in der Regel auch bequem an einen fertigen
Spannungswandler unter Umständen in dessen Gehäuse anbringen, weil ihre Abmessungen
verhältnismäßig klein sind, insbesondere wegen des gegenüber dem Spannungsabfall
im Wandler sehr -kleinen Abfalles, den ihre Wicklung haben muß, und der dafür erforderlichen
geringen Isolation.
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Der Erfindungsgegenstand ist in seiner Anwendung nicht beschränkt
auf solche Fälle, wo es darauf ankommt, die übersetzungsfehlerkurve eines Spannungswandlers
möglichst zu strecken. Sie kann vielmehr auch in allen anderen Fällen verwendet
werden, wo eine bestimmte, aus besonderen Gründen für zweckmäßig gehaltene Form
der Fehlerkurve ,gefordert wird. Man kann schon allein durch Änderung des Kernmaterials,
- z. B. durch Zusammensetzung des Kernes aus hochlegiertem Siliciumblech und Nickeleisenblech
in verschiedenen Prozentsätzen, nahezu jiede gewünschte Fehlerkurve ierzielen.