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Hilfseinrichtung für Spannungswandler zum gleichzeitigen Anschließen
von ztvei Meßkreisen Wenn an einen Spannungswandler gleichzeitig zwei Meßkreise
angeschlossen werden sollen, von denen der eine eine hohe Meßgen.auigkeit erfordert,
aber nur eine kleine Belastung darstellt, während der andere leime geringere Meßgenauigkeiterfordert,
aber ,eine größere Belastung darstellt, so tritt der übelstand ;auf, daß sich [die
beiden Meßkreise gegenseitig störend beeinflussen. Da die gemeinsame Sekundärspannung
des Spannungswandlers durch den Spannungsabfall an der Gesamtimpedanz des Spannungswandlers
infolge des Stromverbrauchs in den beiden Meßkreisen gegeben ist, so ändert sich,
wenn der Stromverbrauch in einem der beiden Meßkreise sich ändert, auch die Klemmenspannung
des anderen.
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In Fig. i ist das vereinfachte Schaltbild eines Spannungswandlers
dargestellt, wobei der `Einfachheit halber ein übersetzu,ngsverhältnis i : i angenommen
ist, so daß die Widerstände der Primär- und der Sekundärwicklung z, und z!,
= z einander gleich sind. An die Sekundärwicklung sind zwei Meßkreise mit
dein Strombielastungen ü bzw. i2 angeschlossen. Mit zL ist eine Impedanz bezeichnet,
die dem primären Leerlaufstrom iL entsprechen würde. Bei seinem Spannungswandler,
der an und für sich kleine Meßfel-ler bzw. Spannungsabfälle haben muß, kann man
den Gesamtspannungsabfall zusammensetzen ,aus i. dem Spannungsabfall durch die Belastungsströme
il -f - i2, also ,g' = 2 # z (il -j- i_ )
und 2. dem Spannungsabfall durch
den Leerlaufstrom iL, also l2" = z # IL.
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Es entsteht somit ein Gesamtspannungsabfall e'+ie"=(ii+i2) 2z+iL#z.
Man erhält also die Spannung elz an ..den gemeinsam,en Klemmen der beiden Meßkreise,
wenn man von der Primärspannung e, den Span-;nuiagsabfalle'-+-e" abzieht. Steigt
nun z. B. der Stromverbrauchi2, so steigt ;auch -der Spannungsabfall, und die Spannung
sinkt auch an den Klemmen des anderen Meßkreises. Wenn. man dies verhindern wollte,
so mußte man bisher entweder einen Spannungswandler so großer Leistung vorsehen,
daß seine Gesamtimpedanz im Vergleich zü dem Widerstand der Meßkreise verschwindend
klein ist, oder jeden der beiden Meßkreise an seinen besonderen, unabhängigen Spannungswandler
anschließen.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht nun den gemeinsamen Anschluß
von zwei Meßkreis@en an leineneinzigen Spannungswandler, ohne daß die Meßkreise
sich gegenseitig he-
einflussen. Dies wird gemäß der Erfindung
dadurch erreicht, daß der Sekundärkreis sich in zwei für je (einen Meßkreis
bestimmte Stromzweige teilt und mindestens in den für den Anschluß des Meßkreises
geringerer Meßgenauigkeit bestimmten Stromzweig eine Widerstandsanordnung neingeschaltet
ist, in der durch den betreffenden Strom sein Spannungsabfall erzeugt wird, der
induktiv in den anderen Stromkreis mit einem derart bemessenen Übersetzungsverhältnis
übertragenwird, daß die übertragene Spannung gleich, aber in der Phase entgegengesetzt
dem durch den Strom in der Gesamtimpedanz des Spannungswandlers erzeugten Spannungsabfall
ist. Wenn z. B. ein Spannungswandler von i 5o VA K1. i % durch einen. oder mehrere
,entsprechende Verbraucher belastet ist, so ist es mit Hilfe der Erfindung möglich,
an den gleichen Wandler noch ein ioder mehrere genauere Meßgeräte, z. B. einen Zähler
K1. 0,2%, anzuschließen, der etwa. 5 VA ver= braucht, ohne daß die Anzeige
des Zählers durch :Belastungsschwankungen der anderen Verbraucher b@eeinflußt wird.
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Als Ausführungsheispiel der Erfindung ist in Fig.2 eine Schaltung
dargestellt, bei der an die Sekundärwicklung i eines Spannungswandlers zwei Meßkreise
mit den Verbraucherströman il bzw. i, angeschlossen sind. In die beiden Meßkreise
sind Widerstände z1 und z. eingeschaltet, in denen die Ströme il bzw.
1.
Spannungsabfälle fei bzw. @e2 (erzeugen. Aal die Widerstände z, und z2
sind die Primärwicklungen von Transformatoren q. bzw. 5 angeschlosse;n. Die Sekundärwicklung
des Transformators q. liegt in dem Stromkreis i2 und die Sekundärwicklung des Transformators
5 in dem Stromkreis il. In der Sekundärwicklung des Transformators q. wird eine
Spannungeierzeugt, die dem Spannungsabfalls, in dem Widerstand z, entspricht, ebenso
in der Sekundärwicklung des Transformators 5 .eine Spannung e2', die einem Spannungsabfall
e2 in dem Widerstand z2 entspricht. Auf diese Weise wird also der Spannungsabfalle,
induktiv in den Stromkreis i2 und der Spannungsabfall e2 induktiv in den Stromkreis
i, übertragen. Dabzi ist das übersetzungsverhältnis der Transformation so gewählt,
daß der Spannungsabfallei gleich dem Spannungsabfall ist, den der Strom il, und
der Spannungsabfall.,' gleich dem Spannungsabfall, den der Strom i2 in der Gesamtimpedanz
des Spannungswandlers hervorruft. Dabei sind die Sekundärwicklungen so geschaltet,
daß die Spannung--ne,' und e2' in entgegengesetzter Phasenrichtung in die betreffenden
Stromkreise übertragen werden.
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Wenn nun z. B. der Widerstand 2 im Meßkreis il unverändert bleibt
und der Widerstand 3 im Meßkreis i2 sich verringert, so daß die Stromstärkei, ansteigt,
so erhöht sich der Spannungsabfall in der Sekundäri;ricklung i. In dem gleichen
Maße steigt aber auch die in den Stromkreis il üb.-rtragene gleich große. Sekundärspannung
e,', so daß der Spannungsabfall in dem Stromkreis i, dadurch ausgeglichen wird.
Infolgedessen bleibt die Spannung,el" im Meßlcreis i1 urgeändert. Ebenso bleibt
die Klemmenspannung..1,2 im Müßkreis i2 urgeändert. wenn sich der Stromverbrauchi,
.ändert. Die beiden Verbraucher verhalten sich also sö, als ob sie unabhängig voneinander
an getrennte Spannungswandler angeschlossen wären.
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Eine Vereinfachung der Schaltung ist dadurch möglich, daß nur in den
für den Anschluß des Meßkreises geringerer Meßgenauigkeit bestimmten Stromzweig
-eüi Wider -standeingeschaltet wird, in dem ein Spannungsabfall erzeugt wird, der
durch einen Transformator in den anderen Stromzweig übertragen wird. Eine derartige
Schaltung zeigt Fig. 3.
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In den Meßkreis i2, der den Verbraucher 12 enthält, ist eine
stromunabhängige Hilfsimpedanz Beingeschaltet, die vorzugsweise als Drosselspule
gebaut .ist. Unter Umständen genügt aber ,auch ein Ohmscher Widerstand. An die Impedanz
13 ist die Primärwicklungeines Hilfswandlers 1 4. angeschlossen, dessen Sekundärwicklung
in dem Stromkreis des Verbrauchers i i liegt. Dabei ist aber auf die richtige Phasenlage
der Übertragung zu achten, was durch ,an sich bekannte Mittel geschehen kann.
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Der Betrag der Hilfsimpedanz 13 kann gleich der Gesamtimpedanz des
Spanriungswandlers gewählt werden und das übertragungsverhältnis des Hilfswandlers
gleich i : i. Wenn nun die Belastung i. im Stromkreis des Verbrauchers 12 ansteigt,
so wächst der Spannungsabfalle2 in der Impedanz 13, und dieser wird im Verhältnis
i : i auf den Stromkreis des Verbrauchers i i im Sinne ,eines Ausgleichs des Spannungsabfalls
übertragen. Man kann aber der Hilfsimpedanz 13 auch ,einen anderen Wert geben. Wählt
man den Betrag ;der Impedanz 13 kleiner als die Gesamtimpedanz des Spannungswandlers,
so muß man das Übersetzungsverhältnis des Hilfswandlers 14. entsprechend erhöhen,
damit wieder der volle Wert des Spannungsabfalls übertragen wird. Dabei ist es zu
empfehlen, die Hilfsimpedanz im Verhältnis zu der Gesamtimpedanz des Spannungswandlers
um so kleiner zu wählen, je kleiner die Meßleistung des Verbrauchers i i ist, weil
die Meßgznauigkeit des Verbrauchers 12 um so weniger vermindert wird. Es hat sich
nämlich gezeigt, daß in diesem Falle der Spannungsabfall.
' für
den Verbraucher i i etwa gleich er, und der Spannungsabfall für den Verbraucher
12 etwa gleich ei, ( i -+- a) zu setzen ist, wenn e,,, der Spannungsabfall des Müßwandlersohne
diese Einrichtung und ce ` i das Verhältnis ist, in dem die Hilfsimpedanz 13 vermindert
und das übertragungsverhältnis des Hilfswandlers i ¢ erhöht wurde.
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Man k.ami die in Fig. 2 angegebene Schaltung aber auch dadurch wesentlich
vereinfachen, daß man die Impedanzen z1 und z., als Transformatoren ausbildet, wie
@es grundsätzlich in Fig. q. dargestellt ist. Hier ist in die beiden Meßkreise je
:eine Wicklung eines gemeinsamen Transformators 9 eingeschaltet. Dieser kann :auch
als Drosselspule ,aufgefaßt werden, die eine an die Sekundärwicklung des Spannungswandlers
6 angeschlossene Ab-
zweigung :aufweist und denen Enden zu je
einem
der beiden Meßkreise führen. Dabei möge zunächst angenommen sein, daß die Mitte
der Drosselspule g an die Sekundärwicklung des Wandlers 6 angeschlossen ist und
ihre Enden zu den Verbrauchern 7 bzw. 8
führen. Die Wicklung der Drosselspule
9 ist nun so bemessen, daß der Spannungsabfall in dem von den Strom!, durchflossenen
Teil der Spule!nwicklung gleich dem durch den Strom il in der Gesamtimpedanz des
Spannungswandlers 6 erzeugten Spannungsabfall ist. Ebenso ist der Spannungsabfall
e2 in dem von i. durchflossenen Teil gleich dem von dem Str om i2 in der Gesamtimpedanz
des Spannungswandlers erzeugten Spannungsabfall. Daraus folgt ,also, daß der Widerstand
jeder Hälfte der Drosselspulenwicklunggleich der Gesamtimpedanz des Stromerzeugers
sein muß.
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Wird zur Klarstellung der Verhältnisse zunächst ,angenommen, daß il
gleich i2 ist, so ist auch ei gleich ;e2. Nimmt nun z. B. der Wid-.rstand des Verbrauchers
8 ab, so d.aß i., ansteigt, so steigt auch der Span,nungsabfa11e- Da der Transformator
im Verhältnis i : i übersietzt, so steigt in gleichem Maße auch die Spannung"" wodurch
der Spannungsabfall an den Klemmen des Verbrauchers 7 sich selbsttätig ausgleicht.
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Dabei ist natürlich Voraussetzung, daß die Phasenlage bei der Übertragung
von dem ,einen auf den anderen Stromkreis eine solche ist, daß die übertragene Spannung
dem auszugleichenden Spannungsabfall genau entgegengesetzt gerichtet ist. Dies kann
,aber durch an sich bekannte Mittel erreicht werden. Man kann zu diesem Zweck z.
B. parallel zu einer oder beiden Seiten der Spulenwicklung einen passend bemessenen
Ohmschen Widerstand anordnen. Statt dessen kann man die Drosselspule auch mit einer
weiteren Wicklung versehen, die durch einen geeignet bemessenen Widerstand geschlossen
ist. Vorzugsweise wird ein geeignet bemnessener Ohmscher Widerstand i o zu der Gesamtentwicklung
der Drosselspule 9 parallel geschaltet.
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Die gleichen Überlegungen, die bei der in Fig.3 dargestellten Schaltung
dazu führen, die Hilfsimpedanz 13 im Verhältnis zu der Gesamtimpedanz des Spannungswandlers
um so kleiner zu wählen, je kleiner die Leistung im Meßkreis il ist, gelten sinngemäß
auch für die Schaltung nach Fig. q.. Wenn der Verbraucher 7 eine hohe Meßgenauigkeit,
aber geringe Leistung und der Verbraucher 8 eint geringe Meßgenauigk eit, aber große
Leistung ,erfordert, so wird man den Anschlußpunkt auf der Wicklung des Drosseltransformators
9 so verschieben, daß der in dem Stromkreis des Verbrauchers 8 liegende Teil der
Wicklung der - Drosselspule weniger Windungen hat als der in dem Stromkreis des
Verbtauchers 7 liegende Teil.
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Man kann bei Schaltungen gemäß der Erfindung ferner zu der Bürde in
dem den größeren Verbraucherfordernden Meßkreisi2 in an sich bekannter Weise eine
Impedanz parallel schalten, die eine Nachbildung der Leerlaufimpedanz des Spannungswandlers
darstellt, um den Leerlaufstrom in der Primärwicklung des Wandlers auszugleichen.
Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig.5 dargestellt, wobei eine Schaltung
ähnlich der Fig. 3 benutzt wird. Die Wicklungen 6' und 6" des Spannungswandlers
sind hier ebenso wie die Leerlaufimp:ed.anz zLi entsprechend der Fig. i schematisch
dargestellt.
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Zum Ausgleich des von dem Leerlauf-Strom iL in der Primärwicklung
6' erzeugten Spannungsabfalls ist auf der Sekundärseite parallel zu der Bürde 12
eine in Reihe mit der Hilfsimpedanz 13 geschaltete Impedanz 2L2 vorgmehen,
die :als Nachbildung der Leerlaufimpedanz k1 gebaut und bemessen ist. Dadurch wird
ein Strom iL2 erzeugt, der verhältnisgleich dem Leerlaufstrom iL1 ist. Der Stromiti
ruft in der Hilfsimpedanz i3 eine Spannung hervor, die der iii der Primärwicklung
erzeugten entspricht und in den Stromkreis i, im Sinne des Ausgleichs des Le,erlaufstromes
übertragen wird. In ähnlicher Weise ist auch bei der in Fig. q dargestellten Schaltung
ein Ausgleich des Leerlaufstromes möglich.