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Stromwandlerprüfeinrichtung Zur Prüfung von Stromwandlern wird nach
bekannten Verfahren der zu prüfende Wandler mit einem praktisch fehlerfreien Normalwandler
zusammengeschaltet und die Stromdifferenz der Sekundärwicklungen zur Messung von
Phasenwinkel und Übersetzungsfehler b!enutzt. Am einfachsten erreicht man diese
Stromdifferenz, die bei fehlerfreiem Normalwandler mit dem Magnetisierungsstrom
des Prüflings und damit mit dem Fehlerstrom identisch ist, durch eine einfache Brückenschaltung,
wie sie Abb. I zeigt.
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Die Schwierigkeit, die zur Entwicklung zahlreidser Meßanordnungen
führte, liegt in der vektoriellen Zerlegung des gesamten Fehlerstromes in eine dem
idealen Sekundärstrom gleichgerichtete Komponente, den Übersetzungsfehler, und in
eine zum Sekundärstrom senkrechte Komponente, die dem Winkelfehler entspricht.
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Bei der bekannten Prüfeinrichtung von Hohle wird eine vom Diagonalstrom.
Ierzeugte phasengleiche und proportionale Spannung einem einfacheren Wechselstromkompensator
zugeführt. Winkel- und Übersetzungsfehler werden nach erfolgtem Abgleich mit einem
Vibrationsgalvanometer als Nullindikator unmittelbar an den Teilkreisen des Kompensators
abgelesen.
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Eine unmittelbare Messung der Komponenten des Fehlerstromes ohne
Nullabgleich erreicht man durch die Verwendung eines fremderregten Dynamometers
(Wattmeter) oder eines Gleichstrommeßgerätes mit synchron erregtem Pendelgleichrichter.
Beide Meßgeräte messen nur die Stromkomponente, die mit dem Erregerstrom phasengleich
ist.
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Während der Verwendung eines Dynamometers sein hoher Eigenverbrauch
im Wege steht, gestattet ein für Meßzwecke besonders durchgebildeter Pendeigleichrichter
hochempfindliche Wechseistrommessungen bei einer Erregerleistung von weniger als
1 Watt. Bekannt ist hierfür die Wandlerprüfanordaung von Keinath und Sieber, bei
der die Erregung des Gleichrichters über einen
kleinen Phasenschieber
erfolgt. Für dieses Zusatzgerät ist jedoch Drehstromanschluß erforderlich. Außerdem
ist für jede Messung ein besonderer Abgleich erforderlich, da hier zunächst die
Erregung des Gleichrichter£ über den Phasenschieber und die dem Sekundärkreis des
Normalwandlers entnommene Hilfsspannung, von der das Meßgerät abgezweigt ist, mit
dem Normalstrom im Sekundärkreis ausgerichtet werden müssen, wobei das Meßgerät
zunächst als Nullindikator dient. Die go0 Kippung erfolgt hierbei durch Phasenwechsel
der Erregung am Phasenschieber. Eine grundsätzliche Fehlerquelle der vektoriellen
Messung mit Pendelgleichrichtern ist die Oberwellenempfindlichkeit des Gleichrichters,
die bei stärkeren Verzerrungen des Meßstromes zu erheblichen Fehlern Anlaß geben
kann. Da aber der Differenzstrom aus den beiden Sekundärkreisen Magnetisierungsstrom
ist, so ist dieser selbst bei niedrigen Induktionen oberwellenhaltig.
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Die Erfindung bezweckt die Schaffung einer Prüfeinrichtung, die insbesondere
für den praktischen Betrieb, also für große Reihenprüfungen, mit geriugstmöglicher
Bedienungsarbeit störungsfrei arbeitet. Zu die sem Zwecke ist eine unmittelbare
Ablesung an nur einem Meßgerät ohne Abgleicharbeit erforderlich. Trotzdem soll die
Anordnung eine hohe Empfindlichkeit besitzen, und da für die Verwendung eines einfachen
Gleichstrommeßgerätes der Pendelgieiehrichter eine vorteilhafte Einrichtung darstellt,
muß die Anordnung möglichst frei von Oberwellen sein, so daß im Anzeigegerät nur
die Grundwelle zur Messung gelangt.
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Gemäß der Erfindung ist zur selbständigen Einstellung der richtigen
Phasenlage die Erregerspule des Pendelgleichrichters über einen Hilfswandler an
den Sekundärstromkreis des Normalwandlers angeschlossen.
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Ferner sind die in der Meßdagonale zur Bestimmung des Strom- bzw.
Winkelfehlers liegenden rein Ohmschen und kapazitiven.
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Widerstände wechseliveise einschaltbar. Dieser Anordnung ist außerdem
ehie Siebkette zur Beseitigung der Oberwellen - parallel geschaltet. Um eine Beeinflussung
des Diagonalwiderstandes durch die Siebkette zu vermeiden, wird außerdem in Parallelschaltung
zu ihr eine Drossel angeordnet, wodurch der Oberwellenkurzschiuß in der Diagonale
ntgleich einen Sperrkreis für die Grundwelle bildet.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegen. stand an zwei Ausführungsbeispielen
dargestellt.
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Abb. I zeigt die grundsätzliche Anordnung der bekannten Wandlerprii£einrichtungen.
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Abb. 2 zeigt die erfindungsgemäße Anordnung mit einem dem Anzeigegerät
vorgeschalteten Pendelgleichrichter, dessen Erreger strom unmittelbar dem Sekundärstrom
des N ormalwandlers entnommen wird.
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Abb. 3 zeigt die ähnliche Anordnung wie Abb. 2, wobei der zur Entnahme
des Erregerstromes dienende Wandler primärseitig mit einer Meßbereichumschaltung
versehen ist und dementsprechend auch den Differenzstrom auf die Anzeigevorrichtung
überträgt.
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Abb. 4 stellt eine Anordnung zur Justierung des go0-Abgleiches dar.
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Abb. 5 zeigt eine Anordnung zur Messung des eigenen Fehlers des Normalwanllers.
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Gemäß Abb. 1 sind ein Normalwandler N und ein zu prüfender Wandler
X in Reihe geschaltet. Ihre Sekundärspulen liegen in einem gemeinsamen Stromkreis
mit der Bürde z in Differenzschaltung, so daß in der Differenzstrombrücke der durch
die Fehler des zu prüfenden Wandlers bedingte Differenzstrom durch ein GalvanometerG
fließt. Um die Fehler getrennt messen zu können, ist eine vektorielle Zerlegung
des Differenzstromes erforderlich. Dies wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung
nach Abb. 2 dadurch erreicht, daß dem Galvanometer Q. welches ein Gleichstrommeßgerät
sein soll, ein Schwingkontaktgleichrichter Ir vorgeschaltet ist, dessen Erregerspule
E mit der Sekundärspule eines WandlersWE in Reihe liegt. Der Erregerstrom kann durch
ein Amperemeter A gemessen werden. Das Galvanometer G liegt parallel zu einem rein
Ohmschen Widerstand R bzw. zu einer Kapazität C, die durch einen Umschalter T wahlweise
eingeschaltet werden können. Weiterhin liegt parallel zu dieser Anordnung eine Siæbkette
S, die aus den Induktivitäten Lt, L2 und den Kapazitäten C, und C2 besteht. Parallel
zu dieser Siebkette liegt eine weitere Induktivität L3. Durch den parallel geschalteten
Siebkreis S werden die dritte und fünfte Har monische vom übrigen Differenzstromzweig
ferngehalten, indem er für diese einen Kurzschluß bildet. Im allgemeinen genügt
die Beseitigung der dritten und fünften Harmonischen, da solche höherer Ordnung
im allgemeinen in nennenswerter Größe nicht auftreten. Um eine Beeinflussung des
Dingonalwiderstandes durch den Resonanzkreis S möglichst zu vermeiden, ist die Drossel
los vorgesehen, so daß die Anordnung S einen Sperrkreis für die Grundwelle bildet.
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Üblichenveise wird der Fehler des Stromwandlers für den 0,Im, 0,2-,
0,5-; 1- und I,2fachen Wert des Nennstromes angegeben.
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Es ist daher für diese Werte eine unmittelbare Ablesung des Fehlers
in Prozenten und Minuten erxviinscht. Die Empfindlichkeit des
Galvanometers
muß, wenn es nur für den einen dieser Werte geeicht ist, für die anderen Meßpunkte
im Verhältnis herabgesetzt werden, oder der Diagonaiwiderstand R bzw. C muß entsprechend
umschaltbar sei.
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Die Verwendung fester, ulnschaltbarerWiderstände hat jedoch gewisse
Nachteile. Aus diesem Grunde ist eine Meßbereichrsegelung von besonderem Vorteil,
wie sie in Abb. 3 dargestellt ist. Im Dfflerenzstromkreis ist ein Wandler; angeordnet,
der ein veränderliches Übersetzungsverhältnis besitzt, so daß die Diagonalwiderstände
fi und C konstant bleiben und auf der Sekundärseite des Wandlers liegen. Der Wandler
WD hat auß;erdem den Vorteil, daß er bei hohem Üblersetzungsverhältnis die Scheinwiderstände
der in der Diagonale liegenden Kondensatoren beliebig vergrößert und damit die Vervendung
kleiner Kondensatoren ermöglicht. Er erspart außerdem den umständlichen Abgleich
einer umfangreichen Meßbereichumschaltung aus Vorwiderständen zum Meßgerät.
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Die mit einem Luftspalt im Eisenkern versehene Drossel L3, die im
Oberwellenkurzschluß liegt und die volle Meßspannung lerhält, kann zugleich als
Anpassungswandier für die Spannung des Gleichstronun'eßgerätes G benutzt werden.
Sie gestattet gleichzeitig eine verlustfreie Zweiweggleichrichtung bei Verwendung
von nur zwei einpoligen Pendelgleichrichtern. Dem Galvanemeter G sind außerdem Schutzwiderstände
V vorgeschaltet.
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Der Erregerstrom für die ErregerspulevE der Pendeigleichrichter JC1
und 1(2 wird, wie bei Abb. 2 beschrieben, einem Wuidier WE entnommen. Mit Hilfe
des im Erregerkreis liegenden Strommessers A, der in bekannter Weise als Gleichrichterinstrument
mit vorgeschalteten Trockengleichrichtern ausgebildet sein kann, erfolgt die Einstellung
des Meßstromes. Da es vorteilhaft ist, für jeden Meßpunkt den Gleichrichtern die
volle Erregung zu geben, wird der Stromwandler WE in gleicher Weise umschaltbar
gemacht wie der Wandler WD. Hierfür dient ein Umschalter U, dessen Schaltarme gekuppelt
sind.
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Man hat auf diese Weise den weiteren Vorteil, nach Einstellung des
Umschalters auf den gewünschten Stromwert den Strommesser A immer auf den gleichen,
durch eine Marke zu kennzeichnenden Ausschlag einstellen zu können, um die erforderliche
Strombelastung des Prüflings X zu erhalten.
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Um die der Brückendiagonale entnommene Meßleistung möglichst klein
zu halten, muß der Diagonalwiderstand möglichst klein gewählt werden. Wie sich rechnerisch
erweisen läßt, konunt man mit genügend kleinen Werten aus, so daß für alle Meßpunkte
eine vollkommen ausreichende Genauigkeit erzielt werden kann, zumal der durch den
Widerstand auftretende Fehler ein Fehler zweiter Ordnung ist.
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Aber auch der Siebkreis S, der für die Oberwellen als Kurzschluß
ausgebildet ist, stellt infolge der unveränderlichen Dämpfung einen Ohmschen Widerstand
dar, der parallel zum Diagonalwiderstand liegt und annähernd seinen I0- bis 20flachen
Betrag erreichen kann. Für den Ohmschen Diagonalwiderstand 1? kann der Dämpfungswiderstand
ohne weiteres mit eingeeicht werden. Bei kapazitivem Diagonalwiderstand C tritt
dagegen eine Winkelverschiebung ein, die sich unmittelbar nicht beseitigen läßt.
Um die Quadratur der beiden Spannungsrichtungen wiederherzustellen, wird der Sperrkreis
S durch Änderung der regelbaren Kompensationsdrossel L5 so verstimmt, daß er induk
tiven Charakter erhält. Damit ist zwar die Quadratur wiederhergestellt, aber die
Erregerphase des Pendelgleichrichters ist jetzt nicht mehr genau mit der Komponente
des Übersetzungsfehiers phasengleich. Um diese Phasengleichheit wiederherzustellen,
wird im Erregerstromlireis ein kleiner Teil des Stromes durch eine weitere Drossel
abgezweigt.
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Die Verlegung der Meßbereichumschaltung in die Primärseite der Hilfsstromwandler
hat den Vorteil, daß sämtliche Elemente des Meßkreises nur für eine geringe Meßleistung
ausgelegt zu werden brauchen. Auch der durch den Diagonalwiderstand auftretende
Fehler wird durch diese Art der Umschaltung sehr gering, zumal er mit zunelunendem
Wandlerstrom quadratisch abnimmt und schon beim zweiten Meßpunkt von o,2J praktisch
nicht mehr vorhanden ist. Durch Verwendung bekannter Mumetalldrosseln mit Luftspalt
für die Induktivitäten L1, L, L3 erzielt man bei den vorliegenden kleinen Sättigungen
eine hohe Konstanz der Induktivität.
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Vor Inbetriebnahme der Prüfeinrichtung ist zunächst die Feststellung
der Quadratur der Meßspannungen an den Diagonalwiderständen R und C erforderlich.
Für diesen Zweck wird die Erregung der Gleichrichter einem Phasenschieber entnommen,
oder es werden Gleichrichter mit einstellbarer Schaltphase benutzt. Die Diagonale
der Brücke wird mit einem Strom gespeist, der durch einen hohen, winkelfreien Widerstand
begrenzt ist. Gleichzeitig wird der kapazitive Widerstand C eingeschaltet. Die Schaltphase
der Gleichrichter wird jetzt so eingestellt, daß der Zeiger des Meßgerätes G auf
Null steht.
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Danach ersetzt man den winkelfreien Widerstand durch einen Glimmerkondensator
und. schaltet auf den Ohmschen Diagonalwiderstand um, ohne die Erregerpbase bzw.
die
Schaltphase zu ändern. Stimmt die Quadratur so muß jetzt das
Instrument wieder auf Null zeigen; ist dagegen ein, Restausschlag an Meßgerät vorhanden,
so wird dieser durcb Änderung der Induktivität L3 beseitigt. Hiernach kann das Instrument
geeicht werden.
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Zur Eichung der Phase der Gleichrichtererregung legt man den normalen
WandlerN mit dem ttbersetzungsverhältnis I: I an den fertiggeschalteten Erregerkreis
über den Wandler WE, wie es Abb. 4 zeigt. Den Primärstrom des Normalwandiers führt
man phasengleich und in der Größe des vollen Fehlerstromes mittels eines Hllfsstromwandlers
WH über die Brückendiagonale, wobei der Meßkreis mit dem Anzeigegerät G über den
Diagonalwandler WD angeschlossen ist.
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Bei kapazitivem Diagonalwiderstand C muß jetzt das Galvanometer G
auf Null zeigen.
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Bei Abweichungen kann man durch Änderung der Induktivität P die Nulljustierung
erreichen.
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Soll die begrenzte Leistungsfähigkeit des Normalwandlers durch eine
Korrektion berücksichtigt werden' so kann die erforderliche Größe für die vorzunehmende
Korrektion mit Hilfe der Brücke in einfacher Weise festgestellt werden. Die hierfür
erforderliche Anordnung zeigt Abb. 5. An Stelle des Prüfwandlers ist hier der Sekundärkreis
unmittelbar in die Primärleitung eingeschaltet, so daß der hier erfolgende Stromübergang
als der eines vollkommen fehlerfreien Normalwandlers betrachtet werden kann, der
mit dem eigentlichen NormalwandlerN verglichen wfrj Die hierbei in der Diagonale
etwa gemäß Abb. 3 gemessenen Fehler werden zu den späteren Meßergebnissen bei Prüfung
eines beliebigen Wandlers addiert.