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Anordnung zur Verkleinerung des Fehlwinkels von Spannungswandlern
Bei Spannungswandlern ist der bei Leerlauf bereits vorhandene Fehlwinkel unter anderem
von der Streuung der Primärwicklung abhängig, und zwar liegen die Verhältnisse besonders
bei Wandlern niederer Spannung mit geringem Abstand zwischen Primär- und Sekundärwicklung
und guter Ausnutzung der Baustoffe meist derart, daß ein verhältnismäßig großer
positiver Fehlwinkel vorhanden ist. Eine Verkleinerung des Fehlwinkels kann man
unter Beibehaltung der Spulen-Außenabmessungen durch Herabsetzung der Induktion
oder durch Wahl eines Eisens mit geringerer Blind-, jedoch höherer Wirkkomponente
des Leerlaufstromes, oder durch rein ohmsche Vorbelastung oder durch Vergrößern
der Primärstreuung erreichen. Eine Anordnung zur Verkleinerung des Fehlwinkels von
Spannungswandlern mit Lagenwicklung, insbesondere mit sprungwellensicherem Wicklungsaufbau,
ergibt sich erfindungsgemäß dadurch, daß vorzugsweise die Hochvoltwicklung zur Vergrößerung
der Streuung in aus ferromagnetischem Material bestehenden Blechen eingebettet ist,
die als Eingangs-bzw. Ausgangswindung an die Wicklung angeschlossen sind. Dadurch
wird der geringste zusätzliche Materialaufwand zur Vergrößerung der Streuung erreicht,
im Gegensatz zu der Maßnahme durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Primär- und
Sekundärwicklung, die eine Vergrößerung des Kernes bedingen würde.
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Außerdem können zur Durchführung der Maßnahme nach der Erfindung bei
Spannungswandlern mit
Lagenwicklung, solche Teile der Wandler verwendet
werden, die an sich für ganz andere Zwecke bestimmt sind. Dadurch wird eine erhebliche
Vereinfachung in bezug auf Arbeitsaufwand und Materialbedarf herbeigeführt, die
den zusätzlichen Aufwand für die Verkleinerung des Fehlwinkels bei einem solchen
Spannungswandler auf ein Mindestmaß herabsetzen.
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Zur Durchführung der Erfindung bei Spannungswandlern mit Lagenwicklung
können Teile des Wandlers herangezogen werden, die an sich für ganz andere Zwecke
bestimmt sind.
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Von neuzeitlichen Wandlern wird nämlich wie bei Leistungstransformatoren
eine große Widerstandsfähigkeit gegen Stoßspannungen gefordert. Zur Erfüllung dieser
Forderung werden Anfang und Ende der Hochspannungswicklung oft als Bleche ausgebildet.
Die Bleche bestehen aus Messing oder anderem Material, das sich gut verarbeiten
läßt. Ferromagnetisches Material wurde aber nicht gewählt, um die magnetischen Verhältnisse,
wie sie bei der Entwicklung des Wandlers, die zunächst ohne diese Bleche durchgeführt
wird, vorliegen, nicht zu stören.
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Erfindungsgemäß sollen nun diese Bleche, die zur kapazitiven Durchkopplung
der lagenweise gewickelten Primärspule des Wandlers dienen und gegebenenfalls noch
als Eingangswindung benutzt werden, ganz oder teilweise aus ferromagnetischem Material
hergestellt werden, womit die Primärstreuung des Wandlers in geeigneter Weise vergrößert
und der Leerlauf-Fehlwinkel verkleinert werden kann. In den Fig. i bis 5 sind Ausführungsbeispiele
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Fig. 6 zeigt ein Vektor-Diagramm.
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In Fig. i ist ii die lagenweise gewickelte Primär-oder Hochvoltwicklung
des Spannungswandlers, die eingebettet ist zwischen den Blechen =2, 13 aus ferromagnetischem
Material, die zur Vermeidung von Kurzschlußwindungen, wie Fig. 2 zeigt, geschlitzt
und als Eingangs- bzw. Ausgangswindung an die Wicklung angeschlossen sind. 1q. bedeutet
die Sekundär- bzw. Niederspannungswicklung und 15 den Eisenkern des Spannungswandlers.
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Durch die Anordnung solcher Bleche in der Nähe der Primärwicklung
erzielt man in der Hauptsache eine Erhöhung der Streuung der Primärwicklung und
damit eine Verkleinerung des Leerlauffehlwinkels des Wandlers. Die größte Wirksamkeit
haben die Bleche, die zwischen Primär- und Sekundärwicklung angeordnet sind. Das
Maß der Streuungsvergrößerung kann weiterhin dadurch beeinflußt werden, daß die
Schirmbleche nur auf einem Teil ihres Umfanges bzw. ihrer Breite aus ferromagnetischem
Material hergestellt werden, wie dies in den Fig. 3 bis 5 dargestellt ist. Dort
ist ein Schirmblech abgewickelt gezeichnet und, soweit es aus ferromagnetischem
Material besteht, schraffiert. Die in Fig.5 dargestellte Ausführungsform kann besonders
dann vorteilhaft sein, wenn die Schirmbleche zur Verkleinerung der am Rand auftretenden
elektrischen Feldstärke gegen Glimmen oder Sprüherscheinungen z. B. mit einem angerollten
Wulst versehen werden sollen. Das unmagnetische Material für die Seitenstreifen
kann dann ausschließlich nach dem Gesichtspunkt einer leichten Rollbarkeit ausgewählt
werden. Um dem Schirmblech neben der magnetischen Leitfähigkeit auch eine gute elektrische
Leitfähigkeit zu geben, kann es aus z. B. kupferplattiertem Eisenblech hergestellt
werden. Diese Anordnung kann bei einstufigen oder mehrstufigen sogenannten Kaskaden-Wandlern
angewandt werden. Da sich der durch die Belastung hervorgerufene Fehlwinkel zu dem
Leerlauf-Fehlwinkel addiert, so erhält man gleichzeitig eine günstige Ausnutzung
des bei der betreffenden Genauigkeitsklasse zur Verfügung stehenden Fehlwinkelbandes
für eine Belastung mit Nennleistung und Leistungsfaktoren zwischen cos ß = x und
0,5 ind.
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In dem Vektordiagramm nach Fig. 6 bedeutet U1 die Primär-, U2 die
Sekundär- und Ulo die primäre Leerlauf-Spannung. Aus diesem Vektordiagramm ist der
Einfluß der Primärstreuung auf den Leerlauf- und Belastungsfehlwinkel zu erkennen,
wenn man sich vergegenwärtigt, daß durch das Einbringen der Streubleche in der angegebenen
Weise sich die Primärstreuung X1 um dXl vergrößert, während sowohl die ohmschen
Widerstände der Wicklungen R1 und R2 als auch annähernd der sekundäre Streuwiderstand
X2 unverändert bleiben. In dem Vektordiagramm bedeutet To den Leerlaufstrom des
Wandlers, bezogen auf die Sekundärseite, J,ß seine Blind- und jv seine Wirkkomponente.
Der Leerlauf-Spannungsfehler Fo und der Leerlauf-Fehlwinkel 80, hervorgerufen durch
.% ' Rl + Jo ' X" beziehen sich auf einen Wandler mit verhältnismäßig
kleiner Primärstreuung. Bei Einführen von Schirmblechen aus ferromagnetischem Material
steigt der Spannungsabfall durch den Leerlaufstrom wegen der zusätzlichen Primärstreuung
dXl um den Betrag Jo - 4X1, wodurch der Fehlwinkel von 80 auf 8o sinkt. Die
gleichzeitig damit verbundene Vergrößerung des Spannungsfehlers auf Fö kann durch
entsprechenden Windungsabgleich ausgeglichen werden. Bei Belastung des Wandlers
mit Nennstrom J2 und beispielsweise cos ß = o,8 treten weitere Spannungsabfälle
J2 - R2 + J2 @ X2 und J2 - Rl + J2 - X1 auf, welche den Belastungs-Spannungsfehler
FB und den Belastungsfehlwinkel äB ergeben. Die durch die Erhöhung der Primärstreuung
bedingte Vergrößerung von 12 - XI um J2 - X1 wirkt sich gleichfalls in zweierlei
Hinsicht aus. Der Spannungsfehler FB steigt auf FB an, und der Belastungsfehlwinkel
AB sinkt auf AB'. Gegenüber dem durch den Erfindungsgegenstand erzielten Vorteil
einer günstigen Lage des Fehlwinkels ist die geringfügige Vergrößerung des Belastungsspannungsfehlers
um dFß belanglos, zumal Fig.6 den denkbar ungünstigsten Fall bei Belastung des Wandlers
mit Nennleistung und einem Leistungsfaktor zwischen cos ß = i und 0,5 darstellt.