ERROR-COMPENSATED HIGH-VOLTAGE INSTRUMENT TRANSFORMER

Abstract: 1. High voltage instrument transformer, in which the error caused through the burden (2) is compensated through the amplifier (3) placed in the secondary circuit, in which a small voltage drop created by the secondary current in amplitude and vectorial direction across a tapped impedance is applied at the entrance (4) of the amplifier (3), at which the output voltage (6) of the amplifier (3) is inserted in serie into the secondary circuit of the transformer (1), characterized through the fact that the voltage drop caused by the secondary current is connected through a translator (8) placed at the entrance of the amplifier (3) and that the output voltage (6) is reinserted into the secondary circuit through a further translator (9) and that an impedance (10, 11) is connected parallely to both translators (8, 9), the value of this impedance being designed in order to keep the impedance of the complete parallel circuit (8, 10; 9, 11) to a minimum in case of failure of the amplifier and resulting decrease of the secondary current.

Description: Fehlerkompensierter Spannungswandler für Hochspannung Die vorliegende Erfindung betrifft einen fehlerkonpemsierten Hochspannungswandler, bei welchem der Uebertragungsfehler mittels eines Verstärkers kompensiert wird. Ein unbelasteter Spannungswandler liefert an seinen Sekundäranschlüssen eine Spannung, welche dem sog. Leerlauf übersetzungsverhältnis entspricht. Wird die Sekundärwicklung des Wandlers belastet, dann ruft die Belastung im Wandler einen Spannungsabfall hervor, durch welchen die Sekundärspannung verändert, bzw. abgefälscht wird. Um die Abfälschung der Sekundärspannung in den gewünschten Grenzen zu halten, sind die Aktivteile des Wandlers, Wicklungen und Eisenkern, entsprechend zu dimensionieren. Dies ist besonders für Hochspannungswandler kostspielig und erschwert ausserdem noch das Isolationsproblem, da die Isolierung um so einfacher ist, je kleiner und leichter die Aktivteile gestaltet sind. Der Fehler der Sekundärspannung wird gemäss dem Stande der Technik auch durch schaltungstechnische Massnahmen unter Verwendung verschiedenster Elemente mehr oder weniger kompensiert. Bekannt ist eine Einrichtung, bei welcher im Sekundärstromkreis des Spannungswandlers eine dessen Kurzschlussimpedanz nachgebildete Impedanz Z1 angeordnet ist, die in Serie mit einer Kopplungsimpedanz Z2 im Eingangskreis eines Verstärkers liegt und die Kopplungsimpedanz in Reihe mit einer ähnlichen Impedanz Z1 im Ausgangskreis des Verstärkers liegt. Der Verstärker liefert an einem Ausgang eine elektromotorische Kraft, die für den Ausgleich des Spannungsabfalls an Z1 und gleichzeitig auch zum Ausgleich des inneren Spannungsabfalls im Spannungswandler erforderlich ist, so dass die von der Primärspannung herrührende Ausgangsspannung an der Belastungsimpedanz praktisch keinen Fehler aufweist. Diese bekannte Einrichtung arbeitet mit einem Differenz Messverfahren, welches mit den entsprechenden Unsicherheiten infolge seiner Empfindlichkeit behaftet ist. Die Impedanz des Messkreises wird bei diesem Verfahren sehr vergrössert, so dass bei Verstärkerausfall der Fehler des Wandlers so stark ansteigt, dass eine technisch brauchbare Messgenauigkeit nicht mehr gegeben ist. Ferner ist bekannt, die Bürdenabhängigkeit eines Spannungswandlers durch eine Kompensationsschaltung zu vermindern. Dabei wird eine bürdenabhängige Spannung auf den Primärkreis zurückgekoppelt und dadurch eine Verminderung des Fehlers erreicht. Diese Kompensation ist wirksam, wenn sich bei konstanter Nennspannung die Bürde zwischen 0 und dem Maximum ändert. Sie wirkt aber auch dann, wenn die NEtz- spannung auf der Primärseite nach oben oder unten abweicht und verfälscht dann die Messung bei konstanter Bürde auf der Sekundärseite. Auch sind automatische Vorrichtungen zum Verringern des Fehlers von Spannungswandlern bekannt, bei denen in den Sekundärstromkreis Transduktoren und Verstärker eingeschaltet sind. Die Eliminierung des lastabhängigen Uebertragungsfehlers erfolgt durch Bildung einer sowohl vom Laststrom als auch von der Sekundärspannung abhängigen Spannung, die das Eingangssignal des im Sekundärstromkreis liegenden Transduktors bildet. Da der verwendete Transduktor unmittelbar im Sekundärkreis liegt, muss er den vollen Sekundärstrom steuern und daher eine beachtliche Leistungs- fähigkeit besitzen. Der Schaltzustand des Transduktors wird von den auftretenden Fehlern beeinflusst, so dass stets nur eine Verringerung der Fehler, nicht aber deren Beseitigung, erfolgen kann. Weiter ist eine Vorrichtung bekannt, die zwei primärseitig angeschlossene Spannungswandler verwendet. Die Sekundärspannung eines Wandlers ist an die Eingangsklemmen eines Verstärkers gelegt, dessen Ausgang an die Sekundärklemmen des andern Messwandlers angeschaltet ist. Der eine Messwandler dient der Bildung einer Leerlaufspannung, mit der die Sekundärspannung des belasteten Messwandlers verglichen wird, um ein Differenzsignal zu erhalten, das nach Betrag und Phase dem aufgetretenen Fehler entspricht und zu dessen Kompensation verwendet werden kann. Bei dieser Messvorrichtung ist es nicht möglich, einen der Messwandler tatsächlich im Leerlauf zu betreiben, so dass die praktische Verwirklichung des erwähnten Prinzips nicht den gewünschten Erfolg bringt. Darüber hinaus ist diese Anordnung für Hochspannungswandler sehr aufwendig. Es sind auch Einrichtungen bekannt, die schwache Leistungen der Sekundärwicklungen von Spannungswandlern auf das gewünschte Mass verstärken. Die gesamte Leistung ist vom Verstärker aufzubringen, der Wandler dient nur als Steuerelement. An solche Verstärker sind hohe Ansprüche hinsichtlich Stabilität in Abhängigkeit von Zeit und Temperatur, das Uebersetzungsverhältnis und den Winkelfehler zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung gestellt. Diese Grössen müssen für die verstärkte Leistung innerhalb des Toleranzbereiche der gewünschten Genauigkeitsklasse liegen. Beim erfindungsgemässen Spannungswandler für Hochspannung wird der Fehler dadurch kompensiert, dass ein in seiner Vektorrichtung durch eine Abgriffimpedanz bestimmter vom Sekundärstrom erzeugter kleiner Spannungsabfall am Eingang des Verstärkers liegt und die von ihm gesteuerte Ausgangsspannung des Verstärkers in Serie in den Sekundärkreis des Wandlers eingeschleift ist. Mit Vorteil wird der Verstärkereingang über einen Uebertra- ger gespiesen. Grundsätzlich muss ein Spannungswandler seine Messgenauigkeit innerhalb eines gewissen Arbeitsbereichs erfüllen. Z.B. bei einpoligen Wandlern innerhalb des 0,8 ... 1,2-fachen der Phasenspannung (minimale und maximale Messpannung). Demgegenüber ist der Wandler im Betrieb selbst. einem weit grösseren Arbeitsbereich unterworfen. Beim oben erwähnten Wandler z.B. einem Arbeitsbreich bis zum 1,9-fachen Wert der Phasenspannung. Die maximale Betriebsspannung bestimmt zusammen mit der Nennbebürdung des Wandlers die erforderliche Belastbarkeit des Verstärkers. Legt man den vorzugsweise am Verstärkereingang liegenden Uebertrager so aus, dass die Sättigungsspannung im Eisenkern etwas oberhalb der Belastung mit dem der maximalen Messpannung entsprechenden Strom bei Nennbürde erreicht wird, dann steigt die Spannung am Verstäb ker bei Strömen oder Spannungen über der maximalen Messspannung nur mehr schwach an. Der Verstärker braucht nur für eine Belastbarkeit ausgelegt zu werden, welche etwas über dem, der maximalen Messpannung bei Nennbürdung, entsprechenden Wert liegt. Dadurch ergibt sich eine beträchtliche Einsparung am Verstärker. Diese Ersparnis soll die folgende Rechnung deutlich machen: Einpoliger Wandler für Nennleistung 60 VA Messpannung von 0,8 ... 1,2 Un Betrieb von 0,22 ... 1,9 Un (Un = Phasenspannung) Weist der Wandler bei Nennbetrieb einen Fehler von z.B. 6 % auf, dann ist, um eine Klasse 0,5 zu erhalten, eine Kompensationsleistung von etwa 5 % erforderlich, entsprechend 3 VA. Ohne die oben beschriebene Spezialanpassung des Uebertragers auf der Eingangsseite müsste die maximale Verstärkerbelastung 2 1,9 . 3 a11 VA betragen. Durch Verwendung von Uebertragern auf der Eingangs- und Ausgangsseite des Verstärkers kann die Messung auch mit allenfalls defektem Verstärker mit reduzierter Genauigkeit erfolgen. Um dies zu erreichen, wird vorteilhafterweise je einer Wicklung der Uebertrager eine Impedanz parallelgeschaltet. Bei Verstärkerausfall stellen die entsprechend dimensionierten Impedanzen eine ausreichende Reduzierung der Uebertragerimpedanz dar. Der Fehler bleibt dann in technisch noch tragbaren Grenzen. Dies ist bei allen bekannt gewordenen Fehler ausgleichsystemen nicht möglich. Durch die an den Uebertragerwicklungen parallelgeschalteten Impedanzen kann die Vektorlage der von den Transformatoren übertragenen Kompensationsspannung reguliert werden. Die vektorielle Verschiebbarkeit der Kompensationsspannung ermöglicht es, die Kompensation über den Verstärker allein durchzuführen. Praktischer ist es aber, die vom Verstärker gelieferte Kompensationsspannung mit einer Kompensationsspannung zu kombinieren, welche über einen in Serie geschalteten Kondensator erhalten wird. Dadurch ist die Lage des Spannungsvektors der über den Verstärker gelieferten Kompensationsspannung in einem weiten Rahmen beliebig, weil diese Spannung mit einer gegen sie stark verschobenen Kompensationsspannung kombiniert wird. An das winkelgetreue Uebertragungsvermögen des Verstärkers werden somit nur geringe Anforderungen gestellt und gleiche Toleranzen gelten auch für die Vektorlage der dem Verstärkereingang zugeführten Spannung. Der erwähnte Kondensator kann direkt oder über einen Uebertrager in Serieschaltung in dem Sekundärkreis des Wandlers liegen. Das neue Kompensationsprinzip ermöglicht auch eine Teilkompensation des Fehlers, so dass ein Restfehler in gewünschter Grösse und Richtung bestehen bleibt. Die für den Verstärker erforderliche Fremdleistung kann einer Sekundärwicklung des Wandlers entnommen werden ! Das entspricht einer zusätzlichen Belastung des Wandlers durch eine Festbürde. Der entsprechende Fehler kann in der oben beschriebenen Weise mit dem Fehler des Wandlers wegkompensiert werden. Die Figur 1 zeigt die grundsätzliche Anordnung des erEin- dungsgemässen fehlerkompensierten Wandlers. 1 ist die Sekundärwicklung des Wandlers welche die würde 2 speist. Der Verstärker 3 wird eingangsseitig 4 vom Spannungsabfall an der Impedanz 5 gesteuert. Die am Verstärkerausgang 6 gelieferte Spannung ist direkt in den Sekundärkreis des Wandlers eingeschleift. 7 ist der Fremdspannungsanschluss des Verstärkers. In Figur 2 liegt der Verstärker über die Transformatoren 8 und 9 am Messkreis. Je eine Wicklung der beiden Transformatoren ist durch eine Impedanz überbrückt (10, 11). Am Transformator 12 ist ein Kondensator 13 angeschlossen, welcher die zusätzliche Kompensationsspannung liefert. In Figur 3 erfolgt die Fremdspeisung des Verstärkers über einen Spannungskonstanthalter 14 von der Wandlerwicklung selbst.

Claims: Patentansprüche 1. Fehlerkompensierte Spannungswandler für Hochspannung, bei welchem der durch die Borde bedingte Fehler mittels eines Verstärkers kompensiert wird, dadurch gekennzeich net, dass ein in seiner Vektorrichtung durch eine Ab- griffimpedanz bestimmter vom Sekundärstrom erzeugter kleiner Spannungsabfall am Eingang des Verstärkers liegt und die von ihm gesteuerte Ausgangsspannung des Verstärkers in Serie in den Sekundärkreis des Wandlers eingeschleift ist. 2. Spannungswandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der Eingang des Verstärkers über einen Ueber trager gespiesen wird und die Ausgangsspannung unter Zwischenschaltung eines weiteren Uebertragers in den Sekundärkreis des Wandlers eingeschleift ist. 3. Spannungswandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass der Eisenkern des Uebertragers am Eingang des Ver stärkers oberhalb des Arbeitsbereichs des Wandlers inner halb welcher die Genauigkeit garantiert werden muss, in die magnetische Sättigung eintritt, so dass die Spannung am Verstärker nur mehr schwach ansteigt. 4. Spannungswandler nach Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekenn zeichnet, dass zu der über den Verstärker erhaltenen Kompensationsspannung eine über einen Kondensator gebil dete Kompensationsspannung hinzutritt, wobei'der Konden sator in Serieschaltung im Sekundärkreis des Wandlers liegt. 5. Spannungswandler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator mittels Uebertrager in Serieschal tung im Sekundärkreis des Wandlers liegt. 6. Spannungswandler nach Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der Sekundärwicklung des Uebertragers auf der Eingangsseite des Verstärkers eine Impedanz parallel geschaltet ist, welche so beschaffen ist, dass die an ihr abgegriffene Eingangsspannung für den Verstärker die gewünschte Vektorlage besitzt. 7. Spannungswandler nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Speisung des Verstärkers über die Wandlerwicklung unter Zwischenschaltung eines Spannungs stabilisators selbst erfolgt, wobei der durch diese Fest bürde hervorgerufene Fehler wieder über die Kompensations schaltung eliminiert wird. 8. Spannungswandler nach Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, dass je einer Wicklung der beiden Uebertrager eine Impedanz parallelgeschaltet ist.

Inventors: MAX, FRIEDRICH
Applicants: MOSER-GLASER & CO. AG
Application year: 1981
Main classification: G01R17
IPC codes: G01R15, G01R17