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Einrichtung zur Erzeugung und vorzugsweise auch zur Registrierung
von Stoßspannungen für auf Spannungsbeanspruchung zu prüfende, mit Wechselspannung
betriebene elektrische Geräte in einem bestimmten Zeitpunkt der anliegenden Wechselspannung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung und vorzugsweise auch zur
Registrierung von Stoßspannungen für auf Spannungsbeanspruchung zu prüfende Transformatoren
und sonstige elektrische Geräte, die mit Wechselspannung betrieben werden und bei
denen die Stoßspannung in einem bestimmten Zeitpunkt der am Gerät anliegenden Wechselspannung
auftreten soll. Es ist bekannt, eine solche Einrichtung aus Kondensatoren und Funkenstrecken
derart aufzubauen, daß die Kondensatoren über Widerstände mit einer Gleichspannung
parallel aufgeladen und durch die in rascher Aufeinanderfolge überschlagenden Funkenstrecken
in Reihe geschaltet werden, so daß dem zu prüfenden Objekt ein hoher Spannungsstoß
zugeführt wird. Der Bau einer solchen Einrichtung ist besonders deshalb schwierig,
weil die Stoßspannung in einem ganz bestimmten Zeitpunkt auftreten soll. Zum Beispiel
ist die Stoßprüfung bei Transformatoren; an denen bereits eine Wechselspannung anliegt;
im Spannungsmaximum, im Nulldurchgang der anliegenden Spannung oder zu einem anderen
festgelegten Zeitpunkt vorzunehmen. Es ist bekannt, zu diesem Zweck in der Nähe
der zuerst ansprechenden Funkenstrecke der Anordnung eine Hilfsfunkenstrecke vorzusehen,
die durch die Strahlwirkung ihrer Zündung die Hauptfunkenstrecke zum Überschlag
veranlaßt. ES läßt sich auch eine anders geartete Bestrahlungseinrichtung vorsehen.
Doch muß hierbei in jedem Falle die Zusatzstrahleinrichtung immer in einem bestimmten,
für jede Spannung anderen Abstand von der Funkenstrecke
angebracht
sein. Die zeitliche Auslösung der Zusatzeinrichtung macht erhebliche Schwierigkeiten,
insbesondere da diese Zusatzeinrichtungen zeitlich verhältnismäßig stark streuen.
Dies macht sich auch bei c der Aufnahme des Stoßvorganges mit dem Kathodenstrahloszillographen
unangenehm bemerkbar, da es meist nicht möglich ist, daß die gesamte Stoßwelle sichtbar
wird, denn ein Teil der Spannungsstirn und ein kurzer Nullanstrich zur Festlegung
des Einsatzes und Stirnverlaufes fehlen im allgemeinen.
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Bei der Einrichtung der Erfindung sind die Verhältnisse wesentlich
besser. Die Einrichtung nach der Erfindung ist derart aufgebaut, daß die Zündung
der zuerst ansprechenden Stoßfunkenstrecke durch eine Hilfsfunkenstrecke dadurch
eingeleitet wird, daß der Impuls für die Hilfsfunkenstrecke durch einen Zünd-bzw.
Impulstransformator erzeugt wird, der primärseitig aus einem aufgeladenen Hilfskondensator
mit niedrigerer Spannung über ein elektrisches SteuerventiI stoßweise erregt wird.
Zu diesem Zweck wird an dem Gitter des Ventils ein Steuerimpuls erzeugt, der zur
Wechselspannung des zu prüfenden Transformators oder sonstigen Gerätes die gewünschte
Phasenlage hat. Mit einer so aufgebauten Einrichtung ist die zeitliche Steuerung
der Auslösung in einwandfreier Weise möglich. Dabei ist die Hilfsfunkenstrecke zweckmäßig
eine Kugelfunkenstrecke mit geringerem Überschlagsabstand als an den Stoßfunkenstrecken
und mit dem ersten Stoßkondensator in Reihe sowie an Erde gelegt. Der Impulstransformator
braucht dabei nur für eine niedrige Spannung isoliert zu sein. Man kann aber die
Hilfsentladung auch durch eine Hilfsfunkenstrecke bewirken,. die in einer oder beiden
Kugelelektroden der ersten Stoßfunkenstrecke untergebracht ist. Dabei wird der Aufbau
vorteilhaft so getroffen, daß die mit der Hilfsfunkenstrecke versehene Kugel auch
beim Spannungsstoß an Erde liegt.
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Man kann die Einrichtung der Erfindung mit einer Einrichtung zur Aufnahme
der Stoßspannungen mittels eines Kathodenstrahloszillographen versehen. Es empfiehlt
sich dabei, den Aufbau gemäß der Erfindung so zu treffen, daß die Erzeugung der
Steuerspannung für das Steuerventil zur Auslösung der Stoßspannung über einen Zwischenkreis
erfolgt, der kurz vor der Erzeugung des Spannungsstoßes die Zeitablenkspannung für
den Kathodenstrahloszillographen auslöst oder aber selbst erzeugt und dadurch die
Möglichkeit gibt, den gesamten Stoß mit einem kurzen Nullanstrich auf dem Schirm
des Kathodenstrahloszillographen aufzunehmen. Dieser Zwischenkreis besteht zweckmäßig
aus einem elektrischen Auslöseventil und einem regelbaren aufgeladenen Kondensator,
dem sogenannten Zeitablenkkondensator, sowie einer vorzugsweise regelbaren Drossel
und einem durch einen Hochohmwiderstand überbrückten Kondensator (Impulskondensator),
dessen Spannung über eine veränderliche Gittervorspannung an das Gitter des Steuerventils
für die Auslösung der Stoßwelle gelegt wird. Der Zeitablenkkondensator ist entweder
direkt an die Zeitablenkplatten des Kathodenstrahloszillographen gelegt oder löst
den Zeitkreis des Kathodenstrahloszillographen aus, wenn ein solcher vorhanden ist.
Die Steuerspannung, die in einer bestimmten Phasenlage zur Erregerspannung des Prüfobjektes
liegt, läßt sich über einen Betätigungsschalter an das Gitter des Auslöseventils
anlegen. Durch die Zündung dieses Ventils wird eine Umladung des Zeitablenkkondensators
in einer Schwingung regelbarer Frequenz über die Drossel bewirkt und gleichzeitig
an den Impulskondensator ein Spannungsimpuls zur Zündung des Steuerventils gelegt
und an diesem die Zündung ausgelöst, während die Spannung am Zeitablenkkondensator
für die Zeitablenkung am Kathodenstrahloszillographen zur Wirkung kommt. Durch Verstellung
am Zeitablenkkondensator und an der Drossel läßt sich die Geschwindigkeit der Zeitablenkung
verändern. Das Intervall zwischen dem Einsatz der Ablenkung und der Aus-Lösung des
Spannungsstoßes kann durch die Gittervorspannung am Steuerventil geregelt werden.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
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Fig. i zeigt schematisch den Aufbau einer Stoßspannungsanlage, die
in ihrem oberen Teil die an sich bekannten Elemente aufweist. Durch eine Gleichspannungsquelle
i werden mehrere Stoßkondensatoren CST 1... CST x über Widerstände
W parallel aufgeladen. Sie werden dann durch die nacheinander überschlagenden
Funkenstrecken F1 ... F" in Reihe geschaltet, so daß eine hohe Stoßspannung
entsteht, die sich auf den zu prüfenden Wechselstromtransformator Tr entlädt. Zur
Einleitung des Entladungsvorganges an den Funkenstrecken dient die Hilfsfunkenstrecke
f1, die durch einen Zünd- bzw. Impulstransformator Trz überbrückt ist: Der Transformator
erhält primärseitig einen Spannungsstoß, der sekundär die Spannung sehr steil ansteigen
läßt. Durch diese Spannungsspitze, die auch an der Funkenstrecke F1 auftritt, wird
F1 zum Überschlag gebracht und demit der Stoß ausgelöst. Nach dem Überschlag an
F, folgt sofort der Überschlag an der Hilfsfunkenstrecke f1 nach.
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Abweichend von der Zeichnung kann auch in einer der beiden Kugeln
von F1 eine Hilfsfunkenstrecke, wie bereits vorgeschlagen, untergebracht sein. Durch
den Überschlag der Hilfsfunkenstrecke läßt sich die Überschlagsspannung der Funkenstrecke
F1 z. B. auf mehr als ein Drittel absenken. Die Impulse für die Hilfsfunkenstrecke
lassen sich dabei in gleicher Weise wie in der Zeichnung mit einem Impulstransformator
erzeugen. Jedoch kommt beim Spannungsstoß die Funkenstrecke F1 auf Hochspannung
zu liegen, und der Impuls müßte über Isoliereinrichtungen, wie Isoliertransformatoren,.
Kondensatoren oder sonstige Übertragungseinrichtungen, übertragen werden. Man kann
dies vermeiden, wenn CST und F vertauscht werden, so daß eine Kugel von F1 an Erde
liegt.
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Bei der Anordnung in Fig. i wird das Auslöseventil V1 infolge der
Steuerspannung U" durch den Druckknopfschalter D mit einem spitzen Spannungsimpuls
gezündet. In dem Zwischenkreis, bestehend aus dem Zeitablenkkondensator Cl, dem
Impulskondensator C2; der Schwingdrossel L und dem Auslöseventil Vl, welches an
der Gleichspannung U anliegt, lädt sich der Zeitablenkkondensator Cl in einer Schwingung
über die Drossel L um. Diesen i Vorgang veranschaulicht spannungsmäßig die Fig.
2 a.
Die Frequenz der Umladung kann durch Verstellung an L und Cl
eingestellt werden. Gleichzeitig wird der durch den Hochohmwiderstand W' überbrückte
Impulskondensator C2 aufgeladen, dessen Spannung über die Gittervorspannung U" an
das an der Gleichspannung U anliegende Steuerventil VZ gelegt ist. Die Gittervorspannung
U" ist ungefähr so eingestellt, daß das Steuerventil bei einer Gittervorspannung
von der halben Spannung des Impulskondensators zündet (Fig. 2b). Dies ergibt eine
nahezu geradlinige Zeitablenkung. Durch die Zündung des Steuerventils V2 entlädt
sich der Kondensator C3 auf den Impulstransformator TrZ. Der dadurch am Impulstransformator
sekundär erzeugte Spannungsimpuls hebt das Potential des ersten Stoßkondensators
CSTl so an, daß die Funkenstrecke F, überschlägt und mit ihr die Hilfsfunkenstrecke
f1, deren Elektrodenabstand erheblich kleiner als der Elektrodenabstand an der Funkenstrecke
F1 ist. Der Zündung von F1 folgen die Zündungen der weiteren Funkenstrecken F2...F,;
unmittelbar nach. Der Stoßspannungseinsatz läßt sich mit einer phasenverschiebbaren
Steuerwechselspannung U" beliebig festlegen. Dabei erfolgt der Spannungsstoß immer
genau in der Mitte der Zeitablenkspannung, bzw. er ist bei der Aufnahme immer in
der Mitte des Schirmes des Kathodenstrahloszillographen abgebildet. In Fig. 2 ist
in den Bildern a, b der Spannungsverlauf an den einzelnen Elementen der Einrichtung
zeitlich aufgetragen. Wie bereits erwähnt, zeigt Bild a die Spannung am Kondensator
Cl bzw. die Zeitablenkspannung für den Kathodenstrahloszillographen. In Bild b ist
der Spannungsverlauf am Kondensator C2 bzw. die Gitterspannung für das Steuerventil
V2 veranschaulicht. Die Steuerspannung für das Auslöseventil V1 ist im Bild c von
der Betätigung des Druckknopfschalters D an zeitlich eingetragen. Schließlich zeigt
Bild d den Verlauf der Sekundärspannung am Impulstransformator Trz bzw. der Spannungserhöhung
an der Stoßfunkenstrecke F, Die Spitze der dargestellten Spannungslinie veranschaulicht
den Einsatz des Spannungsstoßes. Durch senkrecht gestrichelte Linien sind die Zündzeitpunkte
an den Ventilen V1 und V2 markiert.