CH371182A - Kapazitiver Spannungswandler mit Kippschwingungsunterdrückung - Google Patents

Description

      Kapazifiver    Spannungswandler mit     Kippschwingungsunterdrückung       In     kapazitiven    Spannungswandlern, die bekannt  lich aus einem     kapazitiven    Spannungsteiler und einem  an diesen angeschlossenen induktiven     Messkreis    als  Reihenschaltung einer Resonanzdrossel und eines in  duktiven     Zwischenspannungswandlers    bestehen, kön  nen     sogenannte        Ferroresonanzschwingungen    auftre  ten, weil. die Glieder des induktiven     Messkreises    im  allgemeinen keine lineare     Stromspannungscharakteri-          stik    aufweisen.

   Die genannten Schwingungen werden  in dem Augenblick angeregt, in dem die Induktion  eines der beiden induktiven Glieder infolge einer  Schalthandlung die     sogenannte    Knickinduktion über  schreitet. Die Knickinduktion sei gemäss     Fig.   <B>1</B> als der  Punkt a auf der     ei.5-Kennlinie    gekennzeichnet, von  dem ab die Kennlinie von dem annähernd, gerad  linigen in den gekrümmten Teil übergeht. Es hat  sich gezeigt,     dass    unter anderem eine massgebliche  Rolle für den     Kippschwingungseinsatz    die Grösse der       Remanenzinduktion    (Punkt<B>b)</B> des für den induktiven       Zwischenspannungswandler    verwendeten Eisens spielt.

    Es     muss    für einen     kippschwingungsfreien        kapazitiven     Wandler die Bedingung erfüllt sein- 2 X Nenninduk  tion (Arbeitsinduktion des induktiven     Zwischenspan-          nungswandlers)   <B>+</B>     Remanenzinduktion   <U>Z</U> Knickinduk  tion, da im ungünstigsten Einschaltaugenblick die  Nenninduktion auf den doppelten Wert steigen kann  und auch in diesem Augenblick unter Berücksichti  gung der     Remanenzinduktion    der Knickinduktion  nicht überschritten werden darf.

   Da eine möglichst  hohe Nenninduktion im induktiven     Zwischenspan-          nungswandler    mit Rücksicht auf ein gutes Fehlerver  halten des     kapazitiven    Wandlers erwünscht ist, ist  die Verwendung eines Eisens mit hoher Knickinduk  tion und steiler     Magnetisierungskurve    anzustreben.  Derartige Eisensorten haben aber auch eine hohe         Remanenz    bei verhältnismässig kleiner     Koerzitivkraft.     Es ist also, wie     Fig.   <B>1</B> erkennen     lässt,    nur ein kleiner  Induktionsbereich B     ausnutzbar.     



  Die Erfindung ist nun dadurch gekennzeichnet,       dass    der Eisenkern des induktiven     Zwischenspan-          nungswandlers    durch einen die     Remanenzinduktion          herabdräckenden    Luftspalt geschert ist. Das ist bei       komorientierten    Eisenblechen besonders günstig.  Durch die     Scherung    des Eisenkernes wird ein grosser  Bereich für die Nenninduktion erhalten.  



  In der     Fig.    2 ist die sich dann ergebende  Kennlinie beispielsweise gezeigt. Die     Remanenzin-          duktion    (Punkt<B>b)</B> liegt derart tief zu der Knickinduk  tion (Punkt a),     dass    sich ein grosser     ausnutzbarer     Induktionsbereich B ergibt.  



  Durch die     Scherung   <U>kann</U> zwar eine unerwünschte  Erhöhung des     Leerlaufstromes    eintreten, die aber  kompensiert werden kann.  



  Dies kann, wie der     Fig.   <B>3</B> zu entnehmen ist, z. B.  dadurch geschehen,     dass    dem an den     kapazitiven     Spannungsteiler<B>1</B> über die, Drosselspule 2 mit Luft  spalt angeschlossenen induktiven     Zwischenspannungs-          wandler   <B>3</B> mit durch Luftspalt geschertem Eisenkern  4 ein Kondensator<B>5</B> parallelgeschaltet und so be  messen ist,

       dass    die     Leerlaufinduktivität    des indukti  ven     Zwischenspannungswandlers   <B>3</B> mit der parallel  geschalteten Kapazität<B>5</B> einen auf die Arbeitsfre  quenz des     kapazitiven        Spannungswandlers    abgestimm  ten Sperrkreis bildet.  



  Die     Fig.    4 zeigt in schematischer Darstellung ein  weiteres     Ausführ   <B>*</B>     ungsbeispiel    des     kapazitiven        Span-          nungswandlers    gemäss der Erfindung. Der     kapazitive     Spannungsteiler ist als     Kondensatorsäule    in dem  Isolator<B>10'</B> untergebracht, während der     induktiye              Zwischenspannungswandler    in dem den Isolator<B>10</B>  tragenden Kessel<B>11</B> angeordnet ist.

   Die Wicklun  gen 12 und<B>13</B> des induktiven     Zwischenspannungs-          wandlers    sind auf den durch Luftspalt gescherten  Eisenkern 14 aufgebracht. In dem Kessel<B>11</B> ist auch       gegebenenfalls        der        Parallelkondensator        unterg        gebracht.       Durch die     Scherung    des     Eisenkems        lässt    sich für  die normalen Betriebsverhältnisse eine Auslegung  des induktiven     Zwischenspannungswandlers    mit     ge          nügend    hoher Nenninduktion wirtschaftlich errei 

   chen. Wie Versuche gezeigt haben, tritt bei einem  dementsprechend ausgelegten Wandler auch bei un  günstigster Wahl des Einschaltmomentes kein     An-          schwingen    des Wandlers ein, so     dass    vom ersten  Augenblick des     Einschaltens    an und für alle weiteren  Zeitabschnitte die Sekundärspannung ein getreues  Abbild der Primärspannung ist.  



  Bei aussergewöhnlichen Netzzuständen, z. B. in  einem mit einem mit einphasigem     Erdschluss    behaf  teten Netz, steigt die Spannung<U>an</U> den Wandlern in  den gesunden Phasen auf den     1/3fachen    Wert. Würde  man die Wandler allein so auslegen,     dass    sie auch  bei diesen Spannungen die günstigsten Ergebnisse  wie im Normalbetrieb zeigen, so     müsste    die Nenn  induktion auf den
EMI0002.0023  
   -Teil vermindert werden, und  es wäre somit für die hauptsächlich und zeitlich vor  wiegend vorkommenden Betriebsfälle eine in     bezug     auf den Materialaufwand nicht wirtschaftliche Lösung  vorhanden.  



  Um diesen Nachteil zu vermeiden, kann zusätz  lich noch eine Funkenstrecke parallel zu einem Glied  des induktiven     Messkreises    (z. B. zum     Teilerkonden-          sator,    zur Resonanzdrossel, zum induktiven Zwischen  <B>-</B>     wandler)    angebracht sein, welche dann in       Funktion        spannun,'        s        tritt,        wenn        es        sich        um        Schalthandlungen     mit aussergewöhnlichen Spannungen handelt, die über  den Werten der normalen Nennspannungen liegen,

    für die die Wandler ausgelegt sind.  



       ID     In der     Fig.   <B>5</B> ist ein weiteres     Ausführtingsbeispiel     im vorerwähnten Sinn gezeigt. An den     kapazitiven     Spannungsteiler<B>1</B> ist über die Drosselspule 2 mit  Luftspalt der induktive     Zwischenspannungswandler   <B>3</B>  mit durch Luftspalt geschertem Eisenkern 4 ange  schlossen.

   Zweckmässig ist noch der Kondensator<B>5</B>  vorgesehen, der so bemessen ist,     dass    die     Leerlauf-          induktivität    des induktiven     Zwischenspannungswand-          lers   <B>3</B> mit dem parallelgeschalteten Kondensator<B>5</B>  einen auf die Arbeitsfrequenz des     kapazitiven        Span-          nungswandlers    abgestimmten Sperrkreis bildet.

   Zu  sätzlich ist zu einem Glied des induktiven     Messkrei-          ses   <B>-</B> in dem gezeigten Ausführungsbeispiel der     Fig.   <B>5</B>  parallel zum     Teilerkondensator    des     Messkreises   <B>-</B> die  Funkenstrecke<B>6</B> (z. B. Löschfunkenstrecke) ge  schaltet.  



  Natürlich kann man der Auffassung sein,     dass     eine Funkenstrecke allein imstande ist, das Entste-         hen    von stationären     Kippschwingungen    zu vermeiden.  Die Wirkung einer Funkenstrecke kann aber erst ein  treten, wenn die Ursache für ihr Ansprechen gegeben  ist, nämlich das Entfachen oder Entstehen von Kipp  schwingungen. In dem Zeitabschnitt, nämlich vom  Einschalten bis zum Ansprechen,     muss    also ein     An-          kippen    des Wandlers vorhanden sein, womit aber  Spannungsverzerrungen der Sekundärspannung ge  genüber der Primärspannung     unerwünschterweise          zwangläufig    verbunden sind.

   Dieser unerwünschte  Effekt wäre dann stets bei den überwiegend vorkom  menden Schalthandlungen bei normalen Spannungs  verhältnissen vorhanden. Im Hinblick auf diese Tat  sache ist es zweckmässig und wirtschaftlich, die     Wand-          ler    durch den gescherten Kern für die vorwiegend  vorkommenden Schalthandlungen bei Normalspan  nungen (z. B. Zuschalten von Netzteilen)     kippschwin-          gungsfrei    zu machen und für die Vermeidung von       Kippschwingungen    bei Schalthandlungen mit abnor  malen Schaltspannungen (z. B. einpolige     Erdschlüsse     im Netz) zusätzlich eine Funkenstrecke zu einem  Glied des induktiven     Messkreises    anzubringen.  



  In der     Fig.   <B>6</B> ist in schematischer Darstellung ein  letztes Ausführungsbeispiel des     kapazitiven        Span-          nungswandlers    gezeigt. Der     kapazitive        Spannungstei-          ler    ist als     Kondensatorsäule    mit der zusätzlichen Fun  kenstrecke in dem Isolator<B>10</B> untergebracht, wäh  rend der induktive     Zwischenspannungswandler    in  dem den Isolator<B>10</B> tragenden Kessel<B>11</B> angeordnet  ist.

   Die Wicklungen 12 und<B>13</B> des induktiven     Zwi-          schenspannungswandlers    sind auf den gescherten  Eisenkern 14 aufgebracht. In dem Kessel,<B>11</B> ist auch  gegebenenfalls der Parallelkondensator untergebracht.

Claims (1)

1. <B>PATENTANSPRUCH</B> Kapazitiver Spannungswandler, aus kapazitivem Spannungsteiler und induktivem Messkreis bestehend, dadurch gekennzeichnet, dass der Eisenkern des in duktiven Zwischenspannungswandlers im Messkreis durch einen die Remanenzinduktion herabdrückenden Luftspalt geschert ist.

   <B>UNTERANSPRÜCHE</B> <B>1.</B> Kapazitiver Spannungswandler nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für den Eisen kern ein Eisen steiler Magnetisierungskennlinie, klei ner Koerzitivkraft und hoher Sättigungsinduktion, z. B. komorientiertes, kaltgewalztes Eisenblech, ver wendet ist.

   2. Kapazitiver Spannungswandler nach Patent anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass dem induk tiven Zwischenspannungswandler ein Kondensator parallelgeschaltet ist, der mit der Leerlaufinduktivität des induktiven Zwischenspannungswandlers einen auf die Arbeitsfrequenz abgestimmten Sperrkreis bildet.

   <B>3.</B> Kapazitiver Spannungswandler nach Patentan spruch, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich noch eine Funkenstrecke parallel zum Teflerkondensator, zur Resonanzdrossel oder zum induktiven Zwischen- spannungswandler des induktiven Messkreises ange bracht ist, welche dann in Funktion tritt, wenn es sich um Schalthandlungen mit aussergewöhnlichen Spannungen handelt, die über den Werten der nor- malen Nennspannungen liegen, für die die Wandler ausgelegt sind.