DE713614C

DE713614C - Arrangement to suppress the phenomena of tipping in alternating current circuits for measuring purposes, which contain a capacitor connected in series with an inductance with a curved magnetic characteristic and a damping resistor

Info

Publication number: DE713614C
Application number: DET46675D
Authority: DE
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1935-04-01
Filing date: 1936-04-01
Publication date: 1941-11-13

Description

Anordnung zur Unterdrückung von Kipperscheinungen in Wechselstromkreisen für Meßzwecke, die einen Kondensator in Reihenschaltung mit einer Induktivität mit gekrümmter magnetischer Kennlinie und einem Dämpfungswiderstand enthalten Die Erfindung bezieht sich auf solche in der Meßtechnik vorkommende elektrische Stromkreise, bei denen Induktivitäten mit gekrümmter magnetischer Kennlinie in Reihe mit Kondensatoren an eine Wechselstromquelle angeschlossen sind. Als Beispiele solcher Stromkreise seien Anordnungen genannt, bei denen als Induktivität ein Meßwandler an einen kapazitiven Spannungsteiler angeschlossen ist.Arrangement for the suppression of tilting phenomena in alternating current circuits for measuring purposes that use a capacitor in series with an inductance curved magnetic characteristic and a damping resistor included the invention refers to such electrical circuits occurring in measurement technology, at those inductors with curved magnetic characteristics in series with capacitors are connected to an AC power source. As examples of such circuits arrangements are mentioned in which a transducer is connected to a capacitive one as inductance Voltage divider is connected.

In Fig. i der Zeichnung ist eine solche Schaltung dargestellt, hei der der kapazitive Spannungsteiler, der . die Teilkapazitäten Cl und C_ enthält, zwischen den einen Zweig F einer Hochspannungsleitung und die Erde I, die Primärwicklung P des Meßwandlers T aber zwischen die Erde J und den nicht näher bezeichneten Verbindungspunkt der Teilkapazitäten Cl und C_ angeschlossen ist. An die Sekundärwicklung des Meßwandlers T ist eine Belastung angeschlossen, beispielsweise ein Spannungsmesser I'. Spannungsmeßschaltungen der dargestellten Art zeichnen sich durch @olic Belastungsfähigkeit aus, ohne daß die l'liersetzungsfehler hei Belastung zu gro0l werden, was darauf beruht, daß der Stretiwiderstand des \leßwaiidlcr_ T durch den kapazitiven \\ iderstand im @liaiiiiucig steiler ganz oder teil wei@c konipen;iert wird, so daß der Spannungsabfall ini wesentlichen durch den vergleichsweise ziemlich klein zu wählenden Ohmschen Widerstand des Meßwandlers bestimmt wird.In Fig. I of the drawing, such a circuit is shown, ie the the capacitive voltage divider, the. contains the partial capacities Cl and C_, between one branch F of a high-voltage line and earth I, the primary winding P of the transducer T but between the earth J and the connection point, which is not specified in detail the partial capacities Cl and C_ is connected. To the secondary winding of the transducer T is connected to a load, for example a voltmeter I '. Voltage measurement circuits of the type shown are characterized by @olic resilience without the replacement errors become too large under load, which is due to the fact that the Streti resistance of the \ leßwaiidlcr_ T due to the capacitive \\ resistance im @liaiiiiucig steeper, wholly or partly whitened, so that the voltage drop is essentially due to the relatively small ohmic resistance of the transducer, which can be selected to be comparatively small is determined.

Es ist bekannt, daß die in Fig. i dargestellte einfache Anordnung grundsätzlich beträchtliche 'Nachteile aufweist. Wenn beispielsweise eine plötzliche und verhältnismäßig große Spannungslinderung am Spannungsteiler entsteht, und zwar z. B. beim Entstehen eines Erdschlusses im 'Netz oder beim Einschalten eines vorher spannungslosea Spannungsteilers, so entsteht manchmal eine. eigentümliche sogenannte Kipperscheinung, die sich durch eine .kräftige Erhöhung des llagnetisierungsstroines des lleßwandlers kundgibt, so daß dieser Strom einen Wert erreicht, der von einer Größenordnung des Hun-. dertfachen des normalen \lag@etisierunässtromes oder noch höher sein kann. Der \Zeßwandler wird dabei stark erwärmt, und der Spannungsmesser mißt die Spannung unrichti-. -Manchmal kommen auch Pendelungen der Spannung vor. Der Zustand kann fortdauern, @@oliei der Meßwandler sich so stark erwärmt. daß er schließlich lmseh:idibt wird.It is known that the simple arrangement shown in FIG basically considerable 'disadvantages. For example, if a sudden and a relatively large voltage relief occurs at the voltage divider, namely z. B. when a ground fault occurs in the network or when one is switched on beforehand voltage divider, sometimes a. peculiar so-called Tilting phenomenon, which is caused by a strong increase in the llagnetisierungstroines of the transformer, so that this current reaches a value that of a Magnitude of the dog. times the normal \ lag @ etisierunässtromes or even more can be higher. The \ Zeßwandler is strongly heated, and the voltmeter measures the tension incorrectly. -Sometimes there are also fluctuations in the voltage. The condition can persist if the transducer warms up so much. that he finally lmseh: iibt will.

Xlinliche Erscheinungen sind bei Anord-@iungen zur Spannungsregelung mittel; sogenannter Reihenkondensatoren beobachtet worden. Bei diesen Anordnungen treten diese I.:rscllcilluligen iin allgemeinen dann anf. wani die induktive Belastung der Alllage groLi ist iln NIMM zur \\'irklwlaeung, z. B. wenn eine große Anzahl von leer laufentlc#u Nlmonn an das Netz angcschha<en ist.Xlinical phenomena are found in arrangements for voltage regulation middle; so-called series capacitors have been observed. With these arrangements kick this I.:rscllcilluligen iin general then start. wani die Inductive loading of the general situation is great in NIMM for irklwlaeung, z. B. if there is a large number of idle connections to the network.

Uni bei solchen Anordnungen zur `1)<t@:-nungsrcgelung, die hiplwrschcinuiigen zu unterdriickcn. ist vorgeschlagen worden einen Uhniscl;en \\«iclerowni in Ruine finit rlcm Kondensator zu schalten. I3ine solche lAsung (les Pruldems. Glas I':ntstehen der hhqmrscheinun" zu verhindern, ist jedoch unbrauchbar bei \leßschaltungen mit kapazitiveln SpannungstciIer tmd \leßwandler. nänilicli wegen der großen lbersetzungsfchlen die durch einen solchen Widerstand entstehen wurden.Uni in such arrangements for `1) <t @: - regulation regulation, the hiplwrschcinuiigen to suppress. a Uhniscl; en \\ «iclerowni in ruin has been proposed finite rlcm capacitor to switch. Such a solution (les Pruldems. Glas I ': n will arise Preventing the hhqmrscheinun "is useless with \ leßschaltungen with capacitive voltage converter and transducer. nänilicli because of the large translation fields created by such resistance.

Es ist bekannt, <1,ß delle Strom beim Auftieten der Kipperscheinung ungedälnpfte tnterschwingungen von verschiedenen Frequenzen iiberlagzrt sind. obwohl eine sinusförrnige Spannung aufgedrückt wird. Eine bestimmte Unterschwingung herrscht immer vor. Es scheint auf 7ufä lligkeiten. lleiäpidsweise auf dein Zeitpunkt für (las Eintreten vier Störuni;, zti beruhen. welche Unterschwingung ini Zeitpunkt einer Messung a111 größten ist. Sowohl ungeradzahlige Unterschwingungen (11" 1/;, usw. der Betriebsfrequenz) als auch geradzahllge Unterschwingungen (1/=, 9 41 USW. der Betriebsfrequenz) können vorkommen. Oft"enbar stellen sich die Induktion iin Eisenkern der Indulaivitä t und dadurch auch ihr Blindwiderstand auf einen solchen Wert ein, claß ' Resonanz für die betreffende ZInterschwingung entstellt.It is known <1, ß delle Auftieten current when the tilting phenomenon ungedälnpfte tnterschwingungen of different frequencies are iiberlagzrt. although a sinusoidal voltage is imposed. A certain undershoot always prevails. There appears to be inconsistencies. Lleiäpidweise based on your point in time for (the occurrence of four disturbances, zti. which undershoot is greatest at the time of a measurement a111. Both odd undershoots (11 "1 /;, etc. of the operating frequency) and even undershoots (1 / =, 9 41 etc. of the operating frequency) can occur. Often times the induction in the iron core of the inductance and thereby also its reactance adjust to such a value that the resonance for the relevant Zinter oscillation is distorted.

Eine Erklärung für das Einstehen der unterfrequenten Schwingungen ist folgende: Wegen des Ladungsausgleichs innerhalb des Spannungsteilers oder infolge des Einschaltstromstoßes Hießt eine voriibergehendeGleiclr stronikoniponente durch die Induktivität und Mrsättigt dabei clas Eisen. Dies hat zur «Folgt daß der Induktivitätswert herabsinkt und der 1lagnetisierungsstrom vergrößert wird. Während derjenigen Halbperiode oder Halbperioden, die mit dein Übersättigungszustand zusanilnenfallen, wird demnach der Strom I abnormal groß und verursacht schädliche Eri (leg Wicklung des "Transformators. v iiriiiuii und außerdem erhält der parallel geschaltete Kondensator C'1 eine Ladung über die der lietriebsfreduenz entsprechende hinaus, welche c\ ieder einen t'bersättigungszustand vennlac h t.An explanation for the occurrence of the low-frequency oscillations is as follows: Because of the charge equalization within the voltage divider or as a result of the inrush current, a temporary equalization is called a stronicon component due to the inductance and saturates the iron. The consequence of this is that the inductance value decreases and the alignment current is increased. During those half-cycle or half-cycles, the zusanilnenfallen with your supersaturation state, therefore the current I is abnormally large and cause harmful Eri (leg winding of the "transformer. V iiriiiuii and also receives the parallel-connected capacitor C'1 a charge on the lietriebsfreduenz corresponding addition , which c \ ies to a state of supersaturation.

Durch zweckmäßige Bemessung der Induktivität kahl inan es so einrichicn, daß ihr Blindwiderstand niclnals so tief herabsinkt, daß die ollen angegchrne l\'.esonanzersclieinung für die t;run(t<cllwingung oder f111' irgendeine (1c1' Oherscliwingungen auftritt. I)ic \Vicklung der Induktivität hat nämlich uc`;li #lcs Luftfeldes einen gewissen \Iinr@cstl>lilir@c-ir@erstalid. der niemals unterschritten werdcll kann. I)ie theoretisch einfachste Mise zur Beschigung dieser Erscheinung auch für die U=nterschwingungen würde darin Il,stellrn, daß 111;l11 rillt der normalen Indukli tion so weit hcruhgeht. daß diese niemals wührcn(I irgendeines Störungsverlaufes den kritischen \\'ert iiberschreiten kann. Sowohl theoretisdie als auch praktische Untersuchungen haben gezeigt, daß man In elneln solchen Fall unter den lnduktinnswert J = 3000 herabgeben muß. I-Iierdurch würde jedoch bei-spielsweise in der oben besprochenen \leßscllaltung der Spannungswandler wesentlich verteuert, und die Cbersetzungseigenschaften desselben würden verschlechtert werden.By appropriately dimensioning the inductance, it can be arranged in such a way that its reactance does not drop so low that the ole indicated resonance circuit for the t; run (t <cl vibration or f111 'any (1c1' oher vibration) occurs The air field has a certain \ Iinr @ cstl> lilir @ c-ir @ first, which can never be undershot. I) The theoretically simplest way to describe this phenomenon, also for the sub-oscillations I would say that 111; 111 is so far beyond normal induction. that they never wührcn (I any disturbance course can iiberschreiten the critical \\ 'ert. Both theoretisdie and practical studies have shown that one in elneln such a case lnduktinnswert under the J = must reduce give 3000th I-Iierdurch would, however, examples play, in The voltage converter would be considerably more expensive due to the circuitry discussed above, and the conversion properties of the same would be worsened.

Da die ohen hchandelte Erscheinung i:ni wesentlichen eine Resonanzerscheinung ist, muß es m<;glich sein. dieselbe mit Dämpfungswiderständen zu Die Hinwirkung eines rein C)linischen Belastungswiderstandes auf der SekundärseIte des Spannungswandlers ist untersucht. aber als unzureichend befunden worden. Dasselbe gilt für einen Parallelwiderstand auf der Primärseite. Dies durfte dadurch erklärt werden können, daß die Unterschwingungen in der Eiseninduktion wegen der niedrigen Frequenz verhaltnisuläl.lig wenig in der Spannung hervortreten, so daß mit Dämpfungswiderstünden. die an die Spannung angeschlossen sind. die Belastung heim Entstehen der Erscheinung verhältnismäßig wenig ge:inci:rt wird, w:)durch die Einwirkung des Widerstandes a:d den Verlauf der Erscheinung auch gering wird. Iin Primärstrom des Wandlers tritt dagegen die Unterschwingung sehr stark hervor.Since the above-mentioned appearance is essentially not a resonance phenomenon it must be possible. the same with damping resistances to the effect a purely C) linear load resistance on the secondary side of the voltage transformer is investigated. but found to be inadequate. The same applies to a parallel resistor on the primary side. This could be explained by the fact that the undershoots relatively little in iron induction because of the low frequency Stress emerge so that with damping resistances. connected to the voltage are. the burden caused by the appearance of the phenomenon is comparatively little reduced becomes, w:) through the action of the resistance a: d also the course of the phenomenon becomes low. In contrast, the undershoot occurs very much in the primary current of the converter strong.

Der in Leihe mit der lnduktivität geschaltete Dämpfungswiderstand l@ wird deshalb erhndungsgelnii1i durch einen Scheinwiderstand überbrückt. dessen \Vcrt bei der Bewiebsfredueliz niedrig ist. al)er für die die Kipperscheinungen veranlassenden unterfreduenten Ströme so hoch ist. (1,ß diese ini wesentlichen durch den l)äinl)filligswiderstand hindurchgehen. Versuche haben gezeigt. ciaß eine derartige Schaltungsanordnuilg eine wirksame Dämpfung ergibt, sofern die Ohnizahl rles \\-iderstandes genügend groß ist. 7wc#rkmäßilr wäblt man Gien \Viderstandswert gerade so groß. dala der Kreis hei magnetisch gewittigter Induktivität aperiodisch wird.The damping resistance connected in loan with the inductance l @ is therefore bridged by an impedance. whose \ Vcrt when Bewiebsfredueliz is low. al) he for the overturning phenomena inducing under-senior currents is so high. (1, ß this ini essential through go through the l) ainl) filig resistance. Tests have shown. ciaß one such Circuit arrangement results in effective damping, provided that the number rles \\ - iderstandes is big enough. 7wc # rkäßilr if the Gien \ V resistance value is just as large. since the circuit becomes aperiodic called magnetically weathered inductance.

lAr eine Anordntin" mich Fig.2 tritt der alwrioclisclie Zustand rill l,ei Erfüllung der Bedingung In der bekannten Schaltgiog #,eni@iti 1# in. 1 erhält man bei Gleichheit von induktiver und kapazitiver Reaktanz den aperiodischen Zustand für worin w die Betriebskreisfrequenz darstellt. Durch die Einschaltung des Ohmschen Widerstandes können demnach Sättigungserscheinungen in an sich bekannter Weise verhindert «-erden. Der Dämpfun:gswi.derstand muß aber mindestens doppelt so groß sein wie der kapazitive Widerstand eines Kondensators der Kapazität Cl + C_.LAR a Anordntin "me Fig.2 enters the state alwrioclisclie rill l, ei satisfy the condition In the well-known Schaltgiog #, eni @ iti 1 # in. 1, if inductive and capacitive reactance are equal, the aperiodic state for where w is the operating angular frequency. By switching on the ohmic resistance, saturation phenomena can accordingly be prevented in a manner known per se. The damping must, however, be at least twice as large as the capacitive resistance of a capacitor with capacitance Cl + C_.

Dies bedeutet bei Meßschaltun,gen eine Einschränkung ihrer Brauchbarkeit. So wird z. B. die Belastbarkeit einer Meßschaltung mit kapazitivem. Spannungsteiler und Meßwandler durch den Widerstand erheblich herabgesetzt.In the case of measuring circuits, this means that their usefulness is restricted. So z. B. the load capacity of a measuring circuit with capacitive. Voltage divider and transducers significantly reduced by the resistance.

Dieser Nachteil wird durch die erfindungsgemäße Überbrückung des Dämpfungswiderstandes mit einem Scheinwiderstand der oben angegebenen Bemessung beseitigt. Das Schaltbild zeigt Fig. 3. Es leuchtet ein, daß diese Anordnung, bei welcher der \ ebenschluß einen Kondensator C3 in Reihenschaltung mit einer Induktivität L1 enthält, den Betriebsstrom ohne merkliche Verluste hindurchläßt, wenn . gemacht wird, also bei Resonanzabstimmung für die Betriebsfrequenz. Der Resonanzkreis wirkt bei der Betriebsfrequenz wie ein Kurzschluß für den Dämpfungswiderstand R; der daher bei dieser Frequenz keinen Spannungsabfall oder Übersetzungsfehler verursachen kann. Für andere Frequenzen (Unterschwingungen) hat der Parallelstromkreis C3, L1 dagegen einen verhältnismäßig großen kapazitiven Blindwiderstand, so daß ein Kurzschluß des Dämpfungswiderstandes für diese Frequenzen nicht entsteht. Die Dä.mpfungswirkung des Widerstandes für diese Frequenzen ist praktisch genommen unvermindert, und Schwingungen von Unterfrequenz können überhaupt nicht entstehen. Durch die Anordnung wird es deshalb möglich, die Induktivität L bzw. T für normale Induktion zu bemessen, wodurch die Kosten für sie niedrig und bei der erwähnten Meßschaltung die Übersetzungsfehler klein werden, während andererseits keine Gefahr-besteht, daß der unangenehme Sättigungszustand entsteht.This disadvantage is eliminated by bridging the damping resistance according to the invention with an impedance of the dimension given above. The circuit diagram shows Fig. 3. It is evident that this arrangement, in which the \ ebenschluß contains a capacitor C3 in series with an inductance L1, allows the operating current to pass without noticeable losses when. is made, i.e. with resonance tuning for the operating frequency. At the operating frequency, the resonance circuit acts like a short circuit for the damping resistor R; which therefore cannot cause a voltage drop or translation error at this frequency. For other frequencies (undershoots), on the other hand, the parallel circuit C3, L1 has a relatively large capacitive reactance so that a short circuit of the damping resistor does not occur for these frequencies. The damping effect of the resistor for these frequencies is practically undiminished, and underfrequency oscillations cannot arise at all. The arrangement therefore makes it possible to dimension the inductance L or T for normal induction, whereby the costs for them are low and the translation errors in the above-mentioned measuring circuit are small, while on the other hand there is no risk of the unpleasant saturation state occurring.

Damit wirksame Dämpfung erhalten wird, wird der Blindwiderstand des Nebenschlusses zweckmäßig so gewählt, daß bei der zweiten Unterschwingung mindestens 5001" des Stromes durch den Dämpfungswiderstand R fließen, also Durch eine Reihe von ausgeführten Versuchen ist bestätigt worden, daß Anordnungen, die einen in obiger Weise bemessenen Dämpfungskreis enthalten, von Sätti.gungserscheinungen, die von Unterseliwingun:gen verursacht sind. befreit sind.So that effective damping is obtained, the reactance of the shunt is expediently selected so that at the second undershoot at least 5001 "of the current flows through the damping resistor R, that is to say A number of tests carried out have confirmed that arrangements which contain a damping circuit dimensioned in the above manner are affected by saturation phenomena which are caused by underserving vibrations. are exempt.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Arrangement to suppress tipping phenomena in AC circuits for measuring purposes, which have a capacitor in series with an induction with a curved magnetic characteristic and a damping resistor included, mainly in measuring circuits in which a transducer is connected to a capacitive s voltage divider is connected, characterized in that the damping resistor (R) is bridged by an impedance whose value is at the operating frequency is low, but for the underfrequent currents causing the overturning phenomena is so high that these essentially go through the damping resistance. z. Arrangement according to claim i, characterized in that the 'damping resistor (R) of the order of magnitude of twice the capacitive reactance of the circuit is. . 3. Arrangement according to claim i or 2, characterized in that the bridging impedance is tuned to resonance for the operating frequency.