DE973899C

DE973899C - Kunstschaltung fuer Stromwandler

Info

Publication number: DE973899C
Application number: DER6452A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Raupach
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-08-01
Filing date: 1951-08-01
Publication date: 1960-07-14

Description

Kunstschaltung für Stromwandler Für hohe Leistungen und hohe Meßgenauigkeit von Wandlern, insbesondere Stromwandlern, kann es unter gegebenen Umständen erwünscht sein, eine ausgezeichnete magnetische Leitfähigkeit bei verhältnismäßig kleinen Eisenquerschnitten zu gewährleisten. Hierbei stört aber der charakteristische Anfangsknick der Magnetisierungskurve, weil geringe Permeabilität bei kleinen Induktionen sehr große negative Fehler im Bereich von o bis etwa 2o0/, des Primärstromes bedingt.
Zur Vermeidung dieses Nachteils sind eine Reihe von Schaltungen, sogenannte Kunstschaltungen, bekanntgeworden, die im wesentlichen den Zweck haben, das magnetische Potential des Wandlerkernes aus dem Bereich der niedrigen Permeabilität herauszuheben, d. h. daß der Arbeitsbereich aus dem gekrümmten Anfangsverlauf zum steilsten Ast der Magnetisierungskurve verschoben wird.
Bei einer dieser Kunstschaltungen erregt der Primärstrom des Wandlers (Hauptwandler) einen zusätzlichen Wandler (Hilfswandler), dessen Sekundärwicklung einer besonderen Erregerwicklung, welche den Kern des Hauptwandlers in Form einer »8« umfaßt, ein zusätzliches Potential aufdrückt. Hierbei ist aber nachteilig, daß innerhalb des Querschnittes der Spulen einiges Kernmaterial für den Hilfswandler verlorengeht, so daß der Querschnitt des aktiven Eisens um den Querschnitt des Kernes des Hilfswandlers vermindert wird. Außerdem ist nachteilig, daß der Hilfswandler etwa die gleichen Abmessungen wie der Hauptwandler haben muß.
Bei einer anderen Kunstschaltung wird ein Teil der sekundären Windungen des Wandlers etwa durch die Mitte des Kernes geführt, so daß die beiden etwa gleich großen Kernhälften unterschiedlich magnetisiert werden. Nachteilig ist jedoch, daß die Schaltung nur sehr grob wirkt und, was sie nicht soll, noch im Bereich guter Permeabilität des verwendeten Kernmaterials sowie im Bereich über 2o °/p des primären Nennstromes hinaus wirksam ist.
Die Erfindung betrifft eine Kunstschaltung für Stromwandler für auf Hochspannungspotential befindliche Ströme, welche die Nachteile dieser bekannten Schaltungen vermeidet. Sie geht aus von einer bekannten Kunstschaltung mit einem Hauptwandler, der einen einzigen, ungeteilten Kern aufweist, und mit einem zur Beseitigung des fehlererzeugenden Einflusses des Anfangsknickes der Magnetisierungskurve des Hauptwandlers dienenden Hilfswandler erheblich kleinerer Abmessungen, der vom Primärstrom des Hauptwandlers erregt wird und sekundärseitig unmittelbar eine Tertiärwicklung des Hauptwandlers speist. Erfindungsgemäß ist die Kunstschaltung so ausgebildet, daß der Kern und die Sekundärwicklung des Hilfswandlers ungefähr auf dem Potential der Primärwicklung des Hauptwandlers gehalten sind und der Kern des Hilfswandlers aus einem Material hoher Permeabilität im Vergleich zum Kern des Hauptwandlers und niedriger Sättigungsgrenze besteht, die etwa bei io °/a des Primärnennstromes erreicht wird. Der Hilfswandler kann in Sparschaltung ausgeführt sein. Ferner kann ein Teil der Primärwicklung des Hauptwandlers zugleich als Tertiärwicklung dienen, welche an die Sekundärseite des Hilfswandlers angeschlossen ist.
Bei der erwähnten bekannten Kunstschaltung ist im Gegensatz zur Erfindung der Eisenkern des Hilfswandlers neben dem Kern des Hauptwandlers angeordnet und befindet sich auf dem gleichen Niederspannungspotential wie letzterer. Infolgedessen muß er mit Rücksicht auf die erforderlichen großen Isolationsabstände praktisch ebenso wie der Eisenkern des Hauptwandlers dimensioniert werden, wenn auch mit kleinerer Schichthöhe. Der Kern des Hilfswandlers weist also bei der bekannten Kunstschaltung die große Eisenweglänge des Kernes des Hauptwandlers auf; infolgedessen steigt der Aufwand an teurem, hochwertigem Nickeleisen beträchtlich, und es wird wegen der großen Eisenweglänge der Fehler des Hilfswandlers vergrößert. Bei der Kunstschaltung gemäß der Erfindung ist der Kern des Hilfswandlers mit kleinen Abmessungen, kleinem Eisenweg und kleinem Gewicht ausgeführt, da er mit seiner Sekundärwicklung ungefähr auf dem Potential der Primärwicklung des Hauptwandlers liegt, also nicht mit dem Kern des Hauptwandlers zusammengebaut wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Isolationsaufwand vermindert wird, da lediglich der Eisenkern des Hauptwandlers mit seiner Sekundärwicklung gegenüber der Hochspannung isoliert zu werden braucht. Dadurch, daß bei der Kunstschaltung gemäß der Erfindung der Kern des Hilfswandlers aus einem Material hoher Permeabilität im Vergleich zum Kern des Hauptwandlers und niedriger Sättigungsgrenze besteht, die etwa bei io °/o des Primärnennstromes erreicht wird, erhält man einen beträchtlich besseren Gang des Wandlers und eine wesentliche Verbesserung der Klassengenauigkeit im gesamten Strombereich. Bei kleinen Strömen wird die Übertragungsleistung im wesentlichen durch den hochpermeablen Hilfskern aufgebracht, während bei mittleren und großen Strömen der Hauptkern so wirksam ist, daß der Einfluß des in diesen Bereichen bereits übersättigten Hilfswandlers keine Rolle mehr spielt. Wohl sind schon Kunstschaltungen bekanntgeworden, bei denen der Hilfswandler einen hochpermeablen Eisenkern aufweist. Jedoch sind diese Kunstschaltungen grundsätzlich anders aufgebaut und zeigen nicht die für die Erfindung wesentliche Kombination der verschiedenen Merkmale.
Die Kunstschaltung gemäß der Erfindung hat einen geringen Eigenverbrauch, weil der Eigenverbrauch des Hilfswandlers unmittelbar vom Primärstrom gedeckt wird. Die Charakteristik der Kunstschaltung kann durch die Wahl des im Hilfswandler verwendeten Bleches, der Schichthöhe und der Windungszahl sowie wegen der niedrigen Sättigung des Hilfswandlers sehr fein abgestimmt werden. Wegen der getrennten Anordnung der Kerne des Hilfswandlers und des Hauptwandlers kann der Kern des Hauptwandlers seine volle aktive Größe behalten, so daß die Überstromziffer nicht herabgesetzt wird.
Es ist zwar bereits für Meßstromwandler eine Schaltung bekannt, bei der die Primärwicklung eines Hilfswandlers in Reihe mit der Primärwicklung des Hauptwandlers liegt und die Sekundärwicklung des Hilfswandlers parallel zu einem Teil der Primärwicklung des Hauptwandlers gelegt ist, so daß ein Teil des Primärstromes durch die Sekundärwicklung des Hilfswandlers fließt. Bei dieser Schaltung handelt es sich aber nicht um eine Kunstschaltung zur Beseitigung des fehlererzeugenden Einflusses des Anfangsknickes der Magnetisierungskurve, sondern um eine Schaltung zur Beeinflussung des Übersetzungsverhältnisses für Stufenstromwandler. Außerdem ist die bekannte Schaltung nicht so ausgeführt, daß, wie es gerade durch die Schaltung nach der Erfindung erstrebt und verwirklicht wird, die Sekundärwicklung des Hilfswandlers den Hauptwandler über eine Tertiärwicklung miterregt.
In den Fig. i bis 3 sind Ausführungsbeispiele für eine Kunstschaltung gemäß der Erfindung in Form von Schaltbildern dargestellt.
In Fig. i ist der Kern des Hauptwandlers mit i bezeichnet. Die Enden k und l der auf dem Kern i aufgebrachten Sekundärwicklung 2 dienen dem Anschluß der Bürde. Die Primärwicklung des Hauptwandlers, deren Enden an die primären Anschlußklemmen K und L geführt sind, ist mit 3 bezeichnet. In dem Strang K der Primärwicklung des Hauptwandlers liegt die Primärwicklung q. des Hilfswandlers, der einen Eisenkern 5 und eine Sekundärwicklung 6 aufweist. Diese speist eine Tertiärwicklung 7 des Hauptwandlers, die zusammen. mit der Primärwicklung 3 den Kern i des Hauptwandlers umfaßt und mit dieser Primärwicklung so verbunden ist, daß beide Wicklungen das gleiche Potential haben. Zwischen den auf Hochspannung befindlichen Wicklungen 3 und 7 und dem auf Erdpotential befindlichen Kern i sowie der Sekundärwicklung 2 ist eine Isolierung 8 angeordnet. Der Eisenkern 5 und die Sekundärwicklung 6 des Hilfswandlers sind ungefähr auf dem Potential der Primärwicklung 3 des Hauptwandlers gehalten.
Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Hilfswandler in Sparschaltung ausgeführt ist. Der Eisenkern g des Hauptwandlers ist durch eine Isolierung io gegen die Primärwicklung ii isoliert, deren eines Ende an die Hochspannungsklemme L angeschlossen ist, während das andere Ende bei 12 an die Wicklung 13 des Hilfswandlers gelegt ist, dessen Eisenkern mit 14 bezeichnet ist. Die Wicklung 13 ist mit ihrem anderen Ende an die zweite Hochspannungsklemme K angeschlossen. Im Nebenschluß zur Wicklung 13, also auf der Sekundärseite des Hilfswandlers, liegt die Tertiärwicklung 15 des Hauptwandlers. An die Klemmen k und l der Sekundärwicklung i6 des Hauptwandlers wird die Bürde angeschlossen.
Bei der abgewandelten Sparschaltung nach der Fig. 3 weist der Hauptwandler einen Kern 17 auf, der durch eine Isolierung 18 von der Prirnärwicklungig isoliert ist. Mit K und L sind wieder die Hochspannungsklemmen der Primärwicklung ig bezeichnet. Bei 2o ist die Primärwicklung über eine Leitung 21 an die `'Wicklung 22 des Hilfswandlers gelegt, dessen Eisenkern mit 23 bezeichnet ist. Im Nebenschluß zu der Wicklung 22, also an die Sekundärseite des Hilfswandlers, ist über die Leitungen 21, 24 die Tertiärwicklung 25 des Hauptwandlers angeschlossen, die zugleich einen Teil der Primärwicklung ig des Hauptwandlers bildet. Die Sekundärwicklung 26 des Hauptwandlers hat die Anschlußklemmen k und L für die Bürde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Kunstschaltung für Stromwandler für auf Hochspannungspotential befindliche Ströme mit einem Hauptwandler, der einen einzigen, ungeteilten Kern aufweist, und mit einem zur Beseitigung des fehlererzeugenden Einflusses des Anfangsknickes der Magnetisierungskurve des Hauptwandlers dienenden Hilfswandler erheblich kleinerer Abmessungen, der vom Primärstrom des Hauptwandlers erregt wird und sekundärseitig unmittelbar eine Tertiärwicklung des Hauptwandlers speist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern und die Sekundärwicklung des Hilfswandlers ungefähr auf dem Potential der Primärwicklung des Hauptwandlers gehalten sind und der Kern des Hilfswandlers aus einem Material hoher Permeabilität im Vergleich zum Kern des Hauptwandlers und niedriger Sättigungsgrenze besteht, die etwa bei io °/o des Primärnennstromes erreicht wird.
2. Kunstschaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfswandler in Sparschaltung ausgeführt ist.
3. Kunstschaltung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Primärwicklung des Hauptwandlers zugleich als Tertiärwicklung dient, welche an die Sekundärseite des Hilfswandlers angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften Deutsche Patentschriften Nr. 526 204, 589 674, 623 956, 639 495, 664 52o, 682 792, 720 499, 878 530: britische Patentschrift Nr. 286 431; »ETZ«, 53 (i932), S. 428 bis 43i.