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.Anordnung zur Spannungskorrektion bei Spannungswandlern Durch die
Patente 450 028 und 739 425 sind bereits Vorrichtungen zur Korrektion der
Spannung von Spannungswandlern bekanntgeworden, bei denen die Korrektionsspannung
durch eine mit einer der Wicklungen eines Hilfswandlers verbundenen Impedanz verbunden
ist.
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Das Patent 450 028 zeigt im Prinzip, wie man bei Spannungswandlern
die Phasenverschiebung und die Abweichung der Sekundärspannung in bezug auf die
Primärspannung ausgleichen kann. Zu diesem Zwecke wird der Sekundärspannung eine
zusätzliche, von dem Spannungswandler selbst oder einer bestimmten Hilfsquelle gelieferte
Spannung zugefügt. Fig.5 dieser Patentschrift zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei
dem die zusätzliche Spannung von einer Hilfswicklung des Hauptwandlers geliefert
wird, wobei diese Hilfswicklung mit der Sekundärwicklung des Hauptwandlers in Serie
geschaltet und mit einer Drosselspule in Serie mit einem veränderlichen Widerstand
belastet ist. Die ergänzte Ausgangsspannung des Wandlers wird in diesem Falle zwischen
einem variablen Punkt dieses Widerstandes und dem anderen Ende der Sekundärwicklung
des Hauptwandlers abgenommen.
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Das Patent 739 425 betrifft eine Verbesserung des Patents 450 o28.
Die in der Einleitung zu ersterem Patent geschilderten Mängel der Einrichtung nach
Patent 450 o28 bestehen darin, daß der in dem
Korrektionsstromkreis
fließende Strom praktisch nicht genau oder proportional dem Leerlaufstrom des Spannungswandlers
gehalten werden kann, weil der Magnetisierungsstrom der mit dem Widerstand zusammen
benutzten Drosselspule nur dann dem Leerlaufstrom des Hauptwandlers gleich sein
kann, wenn die Drosselspule dieselbe Induktion und einen Eisenkern gleichen Materials
wie der Hauptwandler hat. Dies ist aber praktisch schwer zu verwirklichen.
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Das Patent 739 425 betrifft nun eine vorteilhaftere Lösung für die
praktische Anwendung, die aber noch den Mangel aufweist, daß der Magnetisierungsstrom
des Hilfswandlers durch einen Teil desjenigen des Hauptwandlers gebildet wird. Soll
eine derartige Einrichtung einwandfrei arbeiten, ist es erforderlich, daß der Magnetisierungsstrom
des Hilfswandlers klein im Verhältnis zu dem des Hauptwandlers ist.
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Um zu diesem Ergebnis zu kommen, ist man bei Verwendung der Einrichtung
nach Patent 739 425 gezwungen, den Hilfswandler mit einem Eisenkernquersehnitt von
etwa 20 °%o desjenigen des Hauptwandlers auszurüsten. Eine derartige Einrichtung
erfordert ein erhöhtes Blechgewicht und ergibt einen schweren und sperrigen Apparat.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile. Nach der Erfindung ist bei
einer Anordnung zur Spannungskorrektion bei Spannungswandlern, bei denen die korrigierende
Spannung durch eine mit einer der Wicklungen eines Hilfswandlers verbundenen Impedanz
erzeugt wird, der Hilfswandler von dem Hauptwandler getrennt, während die primären
Wicklungen und die sekundären Wicklungen der beiden Wandler in Serie geschaltet
sind, wobei der Hilfswandler derart bemessen ist, daß sein Magnetisierungsstrom
im Verhältnis zu dem des Spannungswandlers klein ist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung enthält die Impedanz einen
Widerstand, der durch Anordnung der Impedanz oder ihres Widerstandes in derselben
Umgebung wie die Primärwicklung des Spannungswandlers oder in einer Umgebung, die
denselben Temperaturschwankungen wie diese Wicklung ausgesetzt ist, in Abhängigkeit
von der Temperatur die gleichen Änderungen aufweist wie der Widerstand der Primärwicklung
des Spannungswandlers.
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Die Zeichnung zeigt schematisch einige Beispiele von Anordnungen gemäß
der Erfindung.
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Fig. i ist eine Ansicht der Anordnung gemäß der Erfindung mit einer
in Reihe mit der Sekundärwicklung des Spannungswandlers liegenden Impedanz; Fig.
2 zeigt eine Abänderung dieser Anordnung, bei der die Impedanz in Reihe mit der
Primärwicklung des Wandlers geschaltet ist; Fig. 3 zeigt das Leerlaufdiagramm der
Anordnung gemäß der Erfindung; Fig. 4 gibt das Schema einer von der Fig. 2 abzveichenden
Schaltung der Impedanz wieder; Fig. 5 zeigt den Fall einer Schaltung der Impedanz
bei einem Hilfswandler mit drei Wicklungen; Fig. 6 zeigt den Fall einer Schaltung
der Impedanz bei einem Hauptwandler, dessen Sekundärwicklung aus zwei Wicklungen
besteht.
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Im folgenden wird die Erfindung beispielsweise in Anwendung zur Korrektion
der Phasenverschiebung zwischen Primär- und Sekundärspannung des Wandlers bei Leerlauf
beschrieben, ohne daß die Anordnung der Erfindung jedoch hierauf beschränkt wäre.
Wie in Fig. i dargestellt, sind P und S die Primär- und Sekundärwicklungen-des Hauptwandlers
TP, dessen Sekundärspannung korrigiert werden soll. Gemäß einer besonderen Ausführung
der Erfindung ist in Reihe mit der Primärwicklung P des Hauptwandlers die Primärwicklung
p eines Hilfswandlers geschaltet, dessen Sekundärwicklung s eine in Reihe mit der
Sekundärwicklung S des Hauptwandlers TP angeordnete Impedanz z speist. Die Spannung
V1 wird zwischen die Eingangsklemme der Wicklung P und die Ausgangsklemme der Wicklung
p gelegt.
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Zur Vereinfachung der Erläuterungen wird im folgenden angenommen,
daß der Hilfswandler vollkommen sei, d. h. keinen Spannungsabfall und einen vernachlässigbaren
Leerlaufstrom besitzt. In der Praxis kann man, falls erforderlich, den Unvollkommenheiten
des Hilfswandlers Rechnung tragen und sie sogar ausnutzen. Beispielsweise kann die
Sättigung des Hilfswandlers zur Begrenzung der Spannung an den Klemmen der Impedanz
z dienen.
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Das Übersetzungsverhältnis des Hilfswandlers sei
Der Magnetisierungsstrom Io des Hauptwandlers durchfließt die Primärwicklung p des
Hilfswandlers, dessen Sekundärwicklung s von einem Strom k I, durchflossen wird,
der sich durch die Impedanz z schließt und an den Klemmen von z eine Spannung erzeugt.
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u2 = k @o .. . (2)
Die Spannung u1 an den Klemmen der
Primärwicklung des Hilfswandlers ist ul-ku2=kz.Io.z. Es ergibt sich (Fig. i und
3) Vi = U1 .+ u1 = U1 + k2 l0 . 2' und daher Ul=V1-k2Io-z.
Die Spannung U2 an den Klemmen der Sekundärwicklung des Hauptwandlers ist
wobei v' der Spannungsabfall des Hauptwandlers auf der Primärseite und k das Übersetzungsverhältnis
des Hauptwandlers ist.
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Die an den Klemmen der Anordnung verfügbare Sekundärspannung Tja beträgt
V3 = U2 -j- 1e2 .
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Aus den Gleichungen (2) und (3) folgt
Daraus ergibt sich die auf die Primärseite bezogene Sekundärspannung
Val
= K . V,= V,-. v, -I- k (K-k) I, . z
= Va' -i-
k.(K-k) I, . z, worin VZ' die um den Spannungsabfall des Hauptwandlers auf
der Primärseite verminderte Eingangsspannung des Hauptwandlers darstellt.
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Folglich ist die durch die Anordnung der Erfindung eingeführte Korrektion
e' e'=V3-V2 =k(K-k)Io-z.
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Wie ersichtlich, ist die Korrektion e' proportional I, wie der Spannungsabfall
v'. Das Verhältnis
ist demnach unabhängig von dem Wert 1, konstant und besitzt den Wert
Insbesondere wenn man den Spannungsabfall genau zum Verschwinden bringt, d. h. wenn
man e' = v' macht, wird diese Bedingung für alle Werte von I, verwirklicht, selbst
wenn infolge der Sättigung des Eisens der Magnetisierungsstrom der Spannung nicht
mehr proportional ist. Auch wird, wenn der Magnetisierungsstrom, wie dies häufig
vorkommt, sich nach Herstellung des Geräts als von dem berechneten Wert abweichend
erweist, die Kompensation des Spannungsabfalles richtig bleiben, ohne daß es erforderlich
wäre, die Kompensationsanordnung abzugleichen.
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Man sieht auch aus Gleichung (4), daß das Verhältnis
konstant ist, sofern konstant bleibt.
Nach einer besonderen und vorteilhaften Anordnung der Erfindung kann die Impedanz
z so bemessen werden, daß folgende Bedingung erfüllt ist Beispielsweise wird der
Widerstand von z durch einen Widerstand gebildet, der mit einem Leiter herstellbar
ist, der dieselben temperaturabhängigen Änderungen wie R1 aufweist und in der gleichen
Umgebung wie R1 oder in einer Umgebung angeordnet wird, die denselben Temperaturänderungen
wie R1 ausgesetzt ist.
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Selbstverständlich kann es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, eine
Impedanz z zu verwenden, die anderen Änderungsgesetzen, gehorcht.
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Fig. 2 zeigt eine Abänderung der Anordnung der Fig. r, deren Wirkungsweise
ähnlich ist. Die Impedanz z ist in Reihe in den Primärkreis geschaltet, und die
Spannung z - I., die an ihren Klemmen auftritt, wird auf der Sekundärseite über
den Hilfswandler TA
eingeführt. In diesem Falle hat offenbar die Impedanz
z nicht denselben Wert wie im Falle der Fig. z.
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Wie dargelegt, kann die Impedanz entweder an die Klemmen der Primärwicklung
oder an die der Sekundärwicklung des Hilfswandlers geschaltet werden. Es kann jedoch
vorkommen, daß die Spannungen an den Klemmen dieser Wicklungen nicht für eine Impedanz
passen, die aus Gründen gewählt wurde, die ihre Herstellung erleichtern. Es ist
dann erforderlich, verschiedene Schaltungsänderungen wie die in den Fig. 4 bis 6
vorzusehen.
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Wie in Fig. 4 gezeigt, wird die Impedanz z mittels einer zusätzlichen
Anzapfung an einen Teil der Primärwicklung P des Hilfswandlers TA geschaltet.
Die Primär- und Sekundärwicklung P bzw. s des Wandlers TA sind mit der Primär-
bzw. Sekundärwicklung P bzw. S des Hauptwandlers TP in Reihe geschaltet. Im Bedarfsfalle
könnte die Impedanz z ebenfalls an einen Teil der Wicklung s geschaltet sein.
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Der in Fig. 5 dargestellte Hilfswandler TA ist mit einer dritten
Wicklung s2 versehen, an deren Klemmen die Impedanz z gelegt ist.
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Wenn der Hauptwandler TP mehrere Sekundärwicklungen mit verschiedener
Spannung umfaßt, z. B. zwei Wicklungen S1 und S2, wie in Fig. 6 gezeigt, ist es
erforderlich, ebenso viele Kompensationswicklungen s1 und s, auf dem Hilfswandler
vorzusehen. Die Impedanz kann dann parallel an die Gesamtheit oder an einen Bruchteil
einer der Sekundärwicklungen von TA gelegt werden. Nach Fig. 6 ist die Impedanz
z
an die Klemmen der Wicklung s2 geschaltet worden.
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In dem Falle, wo ein solcher Hauptwandler drei Wicklungen P1, S1 und
S, besitzt, die einen gemeinsamen Punkt haben, kann man die Wicklungen des Hilfswandlers
in einer einzigen Wicklung vereinigen, die mit passenden Anzapfungen versehen ist
und als Hilfssparwandler arbeitet. Die Impedanz z wird zwischen zwei passend gewählte
Anzapfungen dieses Sparwandlers geschaltet.
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Offenbar kann man durch geeignete Wahl des Aufbaues der Impedanz.z
(Kombination von Widerständen, Induktivitäten oder Kapazitäten) oder des Sinnes
der Wicklungen des Hilfswandlers TA der Korrektionsspannung e' eine beliebige Größe
und Richtung geben, so daß man nach Wunsch die Phasenverschiebung oder die Größe
der Spannungen in einem gewollten Sinne beeinflussen kann.
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Die Wahl des Übersetzungsverhältnisses k des Hilfswandlers beeinflußt
die Bemessung der Impedanz z und die Rückwirkungen der Anordnung auf die Betriebscharakteristik
bei Belastung des Hauptwandlers.
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In jedem besonderen Falle muB die Bestimmung der Bestwerte von k und
z Gegenstand einer besonderen Untersuchung sein, die unabhängig ist von dem Prinzip
der Erfindung selbst und im Rahmen fachmännischen Könnens liegt.