DEK0026704MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 26. August 1955 Bekanntgemacht am 7. Juni 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Bei dem Aufbau von Präzisionsspannungswandlern ist es zweckmäßig, dafür zu sorgen, daß die Primärwicklung (Hochspannungswicklung) und auch die Sekundärwicklung einen möglichst geringen Ohmschen und Streuwiderstand aufweisen, damit die Wandlerfehler so klein wie möglich werden. Handelt es sich um Spannungswandler mit umschaltbarem Übersetzungsverhältnis, so empfiehlt es sich, darauf zu achten, daß die Ohmschen ίο und Streuwiderstände auch bei jedem gewählten Übersetzungsverhältnis einander relativ gleich sind, d. h., daß die primären Ohmschen und Streuwiderstände bezogen auf die Sekundärwicklung einander gleichen.

Die Primärwicklung von Präzisionsspannungs- 15: wandlern wird entweder als Zylinder- oder Röhrenwicklung oder als Abteilungswicklung ausgeführt, wobei die letztere bei großer Spulenzahl zu einer sogenannten Scheibenwicklung wird. Die Zylinderoder Röhrenwicklung, bei welcher die Wicklung in 20, der Regel lagenweise auf den Spulenkörper mit allmählich abnehmender Lagenlänge aufgewickelt wird, hat den Vorteil großer Spannungsfestigkeit; die gegebenenfalls notwendigen Anzapfungen lassen sich verhältnismäßig leicht herstellen, indem die Enden der betreffenden Lagen an den Stirnseiten der Wicklung angezapft und herausgeführt werden. Durch entsprechende Abstufung der Drähtquer-

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schnitte zwischen den einzelnen Anzapfungen kann man es erreichen, daß die Ohmschen Widerstände der Primärwicklung bezogen auf die Sekundärwicklung bei allen einstellbaren Übersetzungsverhältnissen einander gleich sind. Bei den Streuwiderständen ist dies nicht möglich. Denn, es ist, wie ohne weiteres einzusehen ist, beispielsweise der Streuwiderstand des ersten der Sekundärwicklung nächstliegenden Wicklungsteiles (d. h. also der zwisehen dem Wicklungsanfang und der ersten Anzapfung liegenden Wicklungslage bzw. -lagen) gegenüber der Sekundärwicklung wesentlich kleiner als der Streuwiderstand der ganzen Wicklung (d. h. also sämtlicher zwischen Wicklungsanfang und -ende liegenden Lagen) gegenüber der Sekundärwicklung. Weiterhin hat diese Wicklungsanordnung den Nachteil, daß beim Anschluß aller primären Wicklungsteile der größte Teil der kapazitiven Last, welche durch die Lagenkapazität der einzelnen Wicklungslagen gegeneinander hervorgerufen wird, von dem speisenden, an den Wicklungsanfang und das Wicklungsende angeschlossenen Netz getragen wird. Wird dagegen der Spannungswandler beispielsweise in der Übersetzung betrieben, bei der, wie schon erwähnt, nur der erste Wicklungsteil angeschlossen wird, so wird zwar der von dessen Lagenkapazität herrührende Teil der kapazitiven Last vom Netz getragen, die übrigen Wicklungsteile dagegen laufen leer und bilden einen kapazitiv belasteten Wicklungsteil, so daß der ganze Wandler gewissermaßen eine kapazitiv belastete »Tertiärwicklung« hat. Die beiden Erscheinungen, nämlich die verringerte Streuung und die vergrößerte kapazitive Last auf der »Tertiärwicklung«, wirken sich auf die Fehlergrößen des Präzisionsspannungswandlers im gleichen Sinne aus: Der Spannungsfehler wird verringert bzw. positiver und auch der Fehlwinkel wandert ins Positive. Es ist schwer möglich, einen solchen Wandler abzugleichen und eine Kunstschaltung zur Fehlerkorrektur zu benutzen, da die Fehler bei den einzelnen Übersetzungsverhältnissen verschieden groß sind rind deshalb eine allgemeine Korrektur nicht anwendbar ist. Bei der anderen bekannten Wicklungsordnung, der Abteilungswicklung bzw. Scheibenwicklung, werden die einzelnen Wicklungsteile wahlweise in Reihe oder parallel oder teils in Reihe, teils parallel geschaltet, so daß sich durch diese Umschaltungen die verschiedenen Übersetzungsverhältnisse ergeben. Diese Wicklungsanordnungen haben den Vorteil, daß ihre Ohmschen Widerstände, bezogen auf die Sekundärwicklung, genau einander gleich sind und daß auch die Streuwiderstände, bezogen auf die Sekundärwicklung, einander gleichen. Die kapazitive Belastung der einzelnen Wicklungsabteilungen ist jedoch verschieden; denn diejenigen Wicklungsabteilungen, welche beispielsweise bei . Reihenschaltung der gesamten Hochspannungswicklung das höchste Potential gegen Erde aufweisen, führen einen verhältnismäßig großen kapazitiven Verschiebungsstrom gegenüber der Sekundärwicklung ab, diejenigen Abteilungen dagegen, welche in der Nähe des Erdpotentials liegen, einen kleinen kapazitiven Verschiebungsstrom. Bei Parallelschaltung aller Abteilungen ist aber der Verschiebungsstrom ohnehin gering. Es ist auch wirkungslos, diese Einflüsse etwa durch einen Schirmbelag der Sekundärwicklung zu beseitigen. Dieser Schirmbelag vermag zwar den Verschiebungsstrom selber aufzufangen und nach Erde abzuleiten, nicht aber die Wirkung des Verschiebungsstromes auf den Ohmschen und Streuwiderstand der Primärwicklung.

Die Erfindung betrifft einen Präzisionswandler, dessen Primärwicklung (Hochspannungswicklung) aus einer Anzahl Wicklungsabteilungen in Scheibenspulenform' besteht und bei dem die geschilderten Nachteile erfindungsgemäß dadurch vermieden sind, daß jede Wicklungsabteilung von einem elektrostatischen Schirmbelag umgeben ist, der sich etwa auf dem mittleren Potential der auf dem Umfang des Querschnittes der Wicklungsabteilungen liegenden Windungen befindet, und daß diese Schirmbeläge von einem besonderen Transformator oder Spannungswandler (Steuertransformator) aus 85' gesteuert werden. Die Hochspannungswicklurig des Steuertransformators besteht vorzugsweise ebenfalls aus einer Anzahl Wicklungsabteilungen in Scheibenspulenform, die vorzugsweise der Zahl der Wicklungsabteilungen des Präzisionsspannungswandlers entspricht. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Eisenkern des Steuertransformators in an sich bekannter Weise als Rahmenkern ausgebildet ist, der auf zwei einander gegenüberliegenden 'Sehenkeln die Wicklungen trägt. Ferner ist es empfehlenswert, wenn die in der Schaltungsfolge aufeinanderfolgenden Wicklungsabteilungen abwechselnd auf den beiden gegenüberliegenden Schenkeln des Rahmenkernes angeordnet sind. Vorteilhaft ist es ferner, wenn der Rahmenkern des Präzisionswandlers und der Rahmenkern des Steuertransformators die gleiche Symmetrieachse besitzen und ihre Ebenen senkrecht zueinander stehen und weiterhin der Steuertransformator eine Ausgleichswicklung aufweist, die aus einer Anzahl in Spulenachsrichtung nebeneinanderliegenden, einander parallel geschalteten Wicklungsabteilungen besteht. Zweckmäßig wird die Ausgleichswicklung des Steuertransformators zum Anschluß an die Niederspannungsquelle geeignet ausgebildet, so daß der Steuertransformator gleichzeitig als Erregertransformator für die Speisung des Präzisionsspannungswandlers und eines zu prüfenden Transformators oder Spannungswandlers mit Hochspannung verwendbar ist.

In den Abb. 1 bis 5 sind Ausführungsbeispiele für einen Präzisionsspannungswandler gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Die Abb. 1 zeigt einen Schnitt durch die aktiven Teile des Präzisionsspannungswandlers mit seinem Steuertransformator. Der rahmenförmige Eisenkern des Steuertransformator ist mit 10, der rahmenförmige Kern

; des Präzisionsspannungswandlers mit 11 bezeichnet. Beide Kerne weisen die gleiche Symmetrieachse auf; ihre Ebenen stehen senkrecht zueinander. Der Rahmenkern 11 trägt auf zwei einander gegen-

: überliegenden Schenkeln die Sekundär- oderNieder-

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Spannungsspulen 12_α und I2_&. Im erforderlichen Isolationsabstand von den beiden Spulen i2_ß und i2_& sind die scheibenförmigen Primär- bzw. Hochspannungswicklungsteile 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 angeordnet. Der Steuertransformatoir weist ebenfalls acht Hochspannungswicklungsabteilungen in Scheibenspulenform auf, die, wie beim Präzisionsspannungswandler, abwechselnd auf den beiden b.ewickelten Schenkeln des Rahmenkernes 10 angeord-

net sind. Da die Ebene des Rahmenkernes 10 senkrecht zu der Ebene des Rahmenkernes 11 liegt, sieht man in Abb. 1 nur die vier Hochspannungsspulen 22, 24, 26 und 28; die anderen vier Scheibenspulen (2i, 23, 25 und 27) sind hier nicht zu sehen. Die Niederspannungswicklung 40 des Steuertransformators besteht aus einer Mehrzahl in Achsrichtung nebeneinander auf den beiden bewickelten Schenkeln des Rahmenkernes 10 untergebrachten, einander parallel geschalteten Wicklungsabteilungen,

was in der Abb. 1 der besseren Übersicht wegen nicht dargestellt ist. Jeder von den scheibenförmigen Primärwicklungsteilen 13 bis 20 des Präzisionsspannungswandlers ist von einem elektrostatischen Schirmbelag umgeben; diese Schirmbeläge sind mit

29 bis 36 bezeichnet und haben eine hohlringförmige Gestalt, wobei dieser Hohlring zur Vermeidung eines Windungsschlusses eine Unterbrechung aufweist. Sie sind gegen ihre Umgebung und gegen die Auslegungen 41 bis 56 ihrer Wicklungsabtei-

lungen ausreichend isoliert. Das Potential dieser Schirmbeläge wird von den Hochspannungswicklungsteilen des Steuertransfo'rmators aus gesteuert. Die Enden jeder der. Wicklungsabteilungen des Steuertransfojrmators sind herausgeführt und an

Klemmen angeschlossen, von denen in Abb. 1 nur die Klemmen 63, 64, 67, 68, 71, 72 und 75, 76 zu sehen sind. Das mittlere Potential der Hochspannungsspulen des Steuertransformators ist ebenfalls herausgeführt an acht Klemmen, von denen in

Abb. ι nur die Klemmen 78, 80, 82 und 84 zu sehen sind. Die Steuerung der Schirmbeläge 30, 32, 34 und 36 erfolgt nun durch ihre in der Abb. 1 nicht dargestellte Verbindung mit den Klemmen 78, 80, 82 bzw. 84. Die Schirmbeläge 29, 31, 33 und

35 werden mit den entsprechenden Mittelanzapfungen der vier in Abb. 1 nicht sichtbaren Hoehspannungswicklungsabteilungen des SteuertransfoTmators verbunden.

Die Abb. 2 zeigt schematisch die Schaltungs-

folge der Hochspannungswicklungsabteilungen des Steuertransformators und des Präzisionsspannungswandlers. Hier sind auch die in Abb. 1 nicht sichtbaren Hochspannungswicklungsteile 21, 23, 25 und 27 des Steuertransformators mit ihren Anschlußklemmen 61, 62, 65, 66, 69, 70 und 73, 74 sowie mit ihren jeweils an das mittlere Potential angeschlossenen Klemmen 77, 7g, 81 und 83 dargestellt. Die letztgenannten Klemmen dienen zur Steuerung der Schirmbeläge 29, 31, 33 und 35 des Präzisions-Spannungswandlers. Zur Herstellung einer vollen Serienschaltung der Wicklungsabteilungen müssen die aus Abb. 3 ersichtlichen Verbindungen hergestellt werden; Zweckmäßig wird zur Herstellung dieser Verbindungen ein Schaltstück oder ein Schaltkranz benutzt, der zu den an den Wicklungsabteilungen 13 bis 28 vorgesehenen Klemmen passende Klemmen 85 bis 108 und in bis 134 aufweist. Die Klemme 61 wird also mit der Klemme in, die Klemme 77 mit der Klemme 112, die Klemme 62 mit der Klemme 113, die Klemme 63 mit der Klemme 114 usw. .bis Klemme 56 mit der Klemme 108 verbunden. Man erhält auf diese Weise eine volle Serienschaltung der Wicklungsabteilungen des Präzisionsspannungswandlers und eine entsprechende Steuerung ihrer Schirmbeläge 29 bis 36. Die Hochspannung kann dem Wandler an den Klemmen 109 und 110 zugeführt werden, die an dem Schaltstück bzw. Schaltkranz entsprechend angeordnet werden.

Die Abb. 4 zeigt die Verbindungen, die zur Herstellung einerHalbserien-, Halbparallelschaltung¹ des Präzisionsspannungswandlers notwendig sind. Bei dieser Schaltung sind also je zwei elektrisch nebeneinander- bzw. räumlich einander gegenüberliegende Spulen parallel geschaltet; die aus Abb. 4 ersiehtliehen Verbindungen werden zweckmäßig wieder in einem weiteren passenden Schaltstück bzw. Schaltkranz vorgesehen. Aus den beiden dargestellten Beispielen lassen sich ohne weiteres die zur Herstellung anderer Sclialtungsarten erforderlichen Schaltverbindungen herleiten; für diese werden entsprechend ausgebildete weitere Schaltstücke oder Schaltkränze vorgesehen, die dann je nach der.gewünschten Schaltungsweise wahlweise verwendet werden.

Ein derart gemäß der Erfindung aufgebauter Präzisionsspannungswandler hat, wie schon erläutert wurde, den Vorteil, daß seine Ohmschen und Streuwiderstände bei allen Übersetzungsverhältnissen die gleichen sind und daß die kapazitiven Leckströme der Hochspannungswicklung den Wandler nicht belasten bzw. die restlichen Leckströme, welche zwischen den Windungen der Hochspannungswicklung und dem zugehörigen Schirmbelag fließen, immer die gleiche Größenordnung haben und außerordentlich gering sind. Ein solcher Wandler läßt sich allerdings hochspannungsseitig nur im Verhältnis 1:2:4:16:32 usw. in seiner Übersetzung ändern, d. h., zwischen den einzelnen Übersetzungsverhältnissen treten also immer Sprünge im Ver- hältnis 1:2 auf. An und für sich kann man diese Sprünge durch eine Umschaltung der Windungszahl der Sekundärwicklung noch feiner unterteilen, jedoch hat sich in der Praxis als nachteilig erwiesen, den verhältnismäßig großen Umschaltbereich von ι: 2 auf diese Weise zu überbrücken. Wesentlich vorteilhafter ist es, wenn die einzelnen Primär- bzw. Hochspannungswicklungsabteilungen mit Anzapfungen versehen werden. Beschränkt man sich auf eine Änderung der Übersetzungen jeder Abteilung etwa im Verhältnis 1:1,5, so ist es auch möglich, bei diesen beiden Übersetzungsverhältnissen den Streuwiderstand und den Ohmschen Widerstand, bezogen auf die Sekundärwicklung, einander gleich zu halten. Die Abb. 5 zeigt ein Beispiel für eine solche Wicklungsanordnung, und zwar für die

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erste Hochspannungswicklungsabteilung 13 des Präzisionsspannungswandlers. Die Wicklungsabteilung 13 weist hier zwei Umschaltmöglichkeiten auf; entweder ist die Hochspannungswicklung zwischen den Klemmen 135 und 136 eingeschaltet oder zwischen den Klemmen 41 und 42. Durch entsprechende Wahl der Kupferquerschnitte und der Windungszahlen dieser Wicklungsabteilung läßt es sich ohne weiteres erreichen, daß sowohl die Ohmsehen Widerstände, bezogen auf die Sekundärwicklung ΐ2_Λ, als auch die Streuwiderstände, bezogen auf die Sekundärwicklung i2_a, genau gleich sind. Diese Wicklungsanordnung ermöglicht es also, den Wandler hochspannungsseätig im Verhältnis 1:1,5:2:3:4:6:8 ■ usw. umzuschalten. Eine weitergehende Umschaltung erfolgt zweckmäßig durch Änderung der Induktion bzw. durch Änderung der Windungszahl der Sekundärwicklung oder durch Verwendung eines Hilfswandlers (Zwischenwandlers).

Die Umschaltung der vielen hoehspannungsseitigen Anzapfungen ist keineswegs zeitraubend oder umständlich; denn sie kann durch wahlweise zu benutzende Schaltstücke oder Schaltkränze, wie schon oben kurz erwähnt, sehr einfach durchgeführt werden. Es ist auch bereits ein Präzisionsspannungswandler vorgeschlagen worden, der hochspannungsseitig eine Vielzahl von Anzapfungen aufweist, die an in einem Isolierstoff ring des Wandlergehäuses vorgesehene Durchführungsbolzen geführt sind:, welche auf den Umfang des IsolierstofFringes vorzugsweise gleichmäßig verteilt in einer oder mehreren Ebenen angeordnet sind. Zur Herstellung der verschiedenen Verbindungen dienen gemäß dem älteren Vorschlag ein oder mehrere entfernbare Isolierringe (Schaltkränze), welche den Isolierstoff ring konzentrisch umgeben und auf ihrer Innenfläche entsprechend miteinander elektrisch verbundene Kontaktstücke tragen, die mit den dazu passend ausgebildeten, nach außen aus dem Isolierstoffring vorstehenden Enden der Ausführungsbolzen in Kontaktberührung kommen. Derartige Schaltkränze kann man auch zur gemeinsamen Umschaltung der Hochspannungswicklung des Präzisionsspannungswandlers und des Steuertransformators gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. Ebenso wie man die gesamten Windtingszahlen der einzelnen Wicklungsabteilungen (in Abb. 5 also die Wicklung zwischen den Klemmen 41 und 42) wahlweise in Serienoder Parallelschaltung usw. umschalten kann, lassen sich auch entsprechende Umschaltungen bezüglich der Teilwindungszahleri der Wicklungsabteilungen, entsprechend den Klemmen 135 und 136 in Abb. 5, durchführen. In diesem Fall führt man zweckmäßig alle Klemmen, welche den Klemmen 41 und 42 entsprechen, an den einen Halbkreis eines Vielfachdurchführungskranzes und alle Klemmen, welche den Klemmen 135 und 136 entsprechen, an den anderen Halbkreis des Durchführungskranzes. Dabei muß dann der Schaltkranz jeweils i8o° überdecken. Die Hochspannungsanzapfungen des Steuertransformators werden dabei an jede Seite des Durchführungskranzes geführt und von dem Schaltkranz entsprechend erfaßt. In Abb. 5 ist noch schematisch angedeutet, wie . man die Hochspannungswicklungsabteilung 13 mit ihrem Schirmbelag durch Winkelringe 137, 138 und 139 gegenüber der Sekundärwicklung I2₍₍ und dem nicht gezeichr neten Eisenkern bzw. dessen unbewickelten Schenkeln ausreichend isolieren kann, ohne die Baulänge wesentlich zu vergrößern.

Der Prazisionsspannungs-wandler wird mit dem Steuertransformator zweckmäßig in einem gemeinsamen mit Isolierflüssigkeit gefüllten Gehäuse untergebracht.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Präzisionsspannurigswandler, dessen Primärwicklung (Hochspannungswicklung) aus einer Anzahl Wicklungsabteilungen in Scheibenspulenform besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklungsabteilung von einem elektrostatischen Schirmbelag umgeben ist, der sich etwa auf dem mittleren Potential der auf dem Umfang des Querschnittes der Wicklungsabteilung liegenden Windungen befindet, und daß diese Schirmbeläge von einem besonderen Transformator oder Spannungswandler (Steuertransformator) aus gesteuert werden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen, von den hohlringförmigen Schirmbelägen jeweils umgebenen Wicklungsabteilungen nebeneinander derart angeordnet sind, daß die Schirmbeläge gegen ihre Umgebung und gegen die Ausleitungen ihrer Wicklungsabteilungen ausreichend isoliert sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannungswicklung des Steuertransformators ebenfalls aus einer Anzahl Wicklungsabteilungen in Scheibenspulenform besteht, die vorzugsweise der Zahl der Wicklungsabteilungen des Präzisionsspannungswandlers entspricht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenkern des Präzisionsspannungswandlers und/oder der Eisenkern des Steuertransformators in an sich bekannter Weise als Rahmenkern ausgebildet ist, der auf zwei einander gegenüberliegenden Schenkeln die Wicklungen trägt.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Schaltungsfolge aufeinanderfolgenden Wicklungsabteilungen abwechselnd auf den beiden gegenüberliegen-

■ den Schenkeln des Rahmenkernes angeordnet sind.

6. Anordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenkern des Präzisionsspannungswandlers und der Rahmenkern des> Steuertransformators die gleiche Symmetrieachse aufweisen und ihre Ebenen senkrecht zueinander stehen. ■ ~

7. Anordnung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuertransformator eine Aus-. gleichswicklung aufweist, die aus einer Anzahl

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in Spulenachsrichtung nebeneinanderliegenden, einander parallel geschalteten Wicklungsabteilungen besteht.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichswicklung des Steuertransformators zum Anschluß an die Niedierspannungsquelle geeignet ausgebildet ist, so daß der Steuertransformator gleichzeitig als Erregertransformator für die Speisung des Präzisionswandlers und ©ines zu prüfenden Transformators oder Spannungswandlers mit Hochspannung verwendbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen