Komplexpraktikum 1 - Elektrotechnik. E 12 - Erzeugung hoher Prüfspannungen

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1 Hof/Fö 05/06 Komplexpraktikum - Elektrotechnik E - Erzeugung hoher Prüfspannungen Versuchsziel Zur Prüfung der Isolation von Hochspannungsgeräten werden in Laboratorien hohe Prüfspannungen benötigt, die in ihrem zeitlichen Verlauf den im Betrieb möglichen Beanspruchungen entsprechen. In diesem Praktikumsversuch sollen die wichtigsten Schaltungen für die Erzeugung hoher Wechsel-, Gleich- und Stoßspannungen in Hochspannungsprüfanlagen kennen gelernt und experimentell an Niederspannungsmodellen der Einfluss verschiedener Parameter auf das Betriebsverhalten untersucht werden. Grundlagen. Erzeugung hoher Wechselspannungen.. Transformatorschaltungen... Grundsätzliches Hohe Wechselspannungen werden in den Prüfanlagen sowohl für die Stehspannungsprüfung mit Wechselspannungen technischer Frequenzen als auch für die meisten Schaltungen zur Erzeugung hoher Gleich- und Stoßspannungen benötigt. Die hierfür überwiegend eingesetzten Prüftransformatoren unterscheiden sich von den Leistungstransformatoren durch bedeutend kleinere Nennleistungen und ein oftmals viel höheres Übersetzungsverhältnis. Bei Hochspannungsprüfungen mit Wechselspannung ist als Prüfspannung der Effektivwert ˆ / nach EN (VDE 043-):0-0 definiert.... Aufbau von Prüftransformatoren Transformatoren zur Erzeugung hoher Prüfwechselspannungen werden meist als Einphasen - Transformatoren mit einpolig geerdeter Hochspannungswicklung ausgeführt. In ihrem konstruktiven Aufbau entsprechen sie induktiven Spannungswandlern. Bis zu Spannungen von 00 kv verwendet man in der Regel eine Gießharz-isolierung, bei der zumindest die Hochspannungswicklung in Epoxidharz einge-gossen ist. Bei höheren Spannungen (bis 000 kv) werden Ölpapier und Öl als Isoliermaterialien angewendet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil einer günstigen Wärmeabfuhr bzw. höheren Wärmekapazität. Großer Aufwand ist für die Durchführungen erforderlich, sie nehmen meist einen Großteil des Volumens der Prüftransformatoren ein und beherrschen die Konstruktion (Bild ).

2 m die Hochspannungswicklung vor mechanischen Zerstörungen (Kräfte durch Stoßströme) zu schützen, sind oft Dämpfungswiderstände eingebaut. Dadurch werden zugleich Resonanz-Erscheinungen unterdrückt. Isolationsmäßig bereiten die hohen Feldstärken an den Rändern der Hochspannungswicklung die größten Probleme. Sie

3 erfordern oft Isolierbarrieren oder Schirmelektroden zur Vergleichmäßigung des Feldes. Eine Sonderbauform stellen die Prüftransformatoren mit offenem Eisenkreis dar. Da der magnetische Nutzfluss klein ist und der induktive Magnetisierungsstrom durch den kapazitiven Prüfstrom weitgehend kompensiert wird, kann man auf den Eisenrückschluss verzichten. Der isoliertechnische Aufbau wird dadurch vereinfacht und das obere Wicklungsende kann nach Art eines abgestuften Kabelendverschlusses um den Kernstumpf und die nterspannungswicklung gezogen werden []. Prüftransformatoren werden meist für Kurzzeitbetrieb von 5 min bis h ausgelegt. Im normalen Betrieb erfolgt die Belastung lediglich durch die Kapazität des Prüflings. Beim Durch- bzw. Überschlag muss allerdings die verfügbare Energiemenge so groß sein, dass dieser Prozess nicht beeinflusst wird. Sie wird überwiegend aus den angeschlossenen Kapazitäten geliefert. Prüftransformatoren werden deshalb so dimensioniert, dass die Nennleistung etwa dem fachen der kapazitiven Blindleistung am Prüfling entspricht....3 Kaskadenschaltungen Sehr hohe Prüfwechselspannungen (über einige 00 kv) lassen sich aus isolations - technischen Gründen am günstigsten mit Hilfe von Kaskadenschaltungen erzeugen. Eine häufig angewendete Form besteht aus einer zweistufigen Kaskadenschaltung mit einem gemeinsamen Eisenkern, der auf Mittenpotential liegt und deshalb isoliert angeordnet werden muss (Bild ). Die Einspeisung erfolgt in der dargestellten Ausführung über die Erregerwicklung E. Die beiden Hochspannungswicklungen H und H sind in Reihe geschaltet. Die Kopplungswicklungen K und K haben die Aufgabe, eine gleichmäßige Magnetisierung des gesamten Eisenkerns zu bewirken und damit die Leistungsübertragung von einem Kernschenkel zum anderen zu unterstützen (Schubwicklung). Bei Einspeisung der Erregerspannung in die Kopplungswicklungen K und K erhält man eine erdsymmetrische Hochspannung. Für den Fall, dass mit einem weiteren Transformator eine Kaskadenschaltung aufgebaut werden soll, kann die angedeutete Wicklung E als Kopplungswicklung für die nächste Stufe dienen. Mit dem Ziel einer universellen Einsetzbarkeit wird der beschriebene Trafotyp oft in symmetrischer Bauweise mit zwei Durchführungen ausgeführt. Die höchsten Wechselspannungen (bis über MV) werden mit Kaskaden-schaltungen erzeugt, in denen die Hochspannungswicklungen mehrerer Transformatoren in Reihe geschaltet und die Gehäuse gegeneinander isoliert sind. Bild 3 zeigt eine Ausführung mit Dreiwicklungstransformatoren, bei denen die Erregerwicklung der nachfolgenden Stufe aus einer Übertragungswicklung der vorhergehenden Stufe gespeist wird. Das hat zur Folge, dass die Erregerwicklungen der unteren Stufen größere Leistungen zu übertragen haben als die der oberen. Die Erregerwicklung der ersten Stufe muss deshalb für die Gesamtleistung der Kaskade ausgelegt sein, die der zweiten Stufe muss die Leistung der nachfolgenden mit übernehmen. 3

4 Höhere Nennleistungen der Kaskade werden erreicht, wenn die Erregerwicklungen der höheren Stufen getrennt über Isoliertransformatoren (in der zweiten Stufe einer, dann zwei usw.) aus dem Primärkreis eingespeist werden. Zur Schaffung eindeutiger Potentialverhältnisse sind die Eisenkerne und auch die Erregerwicklungen der höheren Stufen mit dem Eingang der Hochspannungsspule verbunden (z. B. auch durch Verbindung mit einer Anzapfung der Hochspannungswicklung auf Mittenpotential gelegt). Bild 4 Spannungsüberhöhung des kapazitiv belasteten Prüftransformators...4 Betriebsverhalten von Prüftransformatoren Während des üblichen Betriebes abgesehen von möglichen Durchschlägen wird der Prüftransformator lediglich durch die Kapazität des Prüflings CP und die Eigenkapazität der Hochspannungswicklung CW belastet. Da zur Vermeidung einer Verzerrung der Sinusfunktion nur mit einer niedrigen Aussteuerung gearbeitet und hochwertiges Kernmaterial eingesetzt wird, sind die Hysterese- und Wirbelstromverluste gering, der Eisenverlustwiderstand RFe kann deshalb im Ersatzschaltbild vernachlässigt werden. Hinzu kommt, dass durch den kapazitiven Belastungsstrom der Magnetisierungsstrom weitgehend kompensiert wird und so auch die Hauptinduktivität unberücksichtigt bleiben kann. Für die ntersuchung des Betriebsverhaltens eignet sich daher das vereinfachte Ersatzschaltbild des Transformators gemäß Bild 4. In der Kapazität C sind die Kapazitäten CP des Prüflings und CW der Wicklung zusammengefasst: C C P C W 4

5 Die Eingangsspannung ist die mit dem reziproken Übersetzungsverhältnis w/w multiplizierte Primärspannung (= Ausgangsspannung des idealen Transformators). Die Streuinduktivität L ist bei Prüfungstransformatoren viel größer als bei Leistungstransformatoren. rsache ist der aus Isoliergründen relativ große Streuflussquerschnitt. Zur Bestimmung der Ausgangsspannung sind die Spannungsabfälle über der Resistanz R und der Streureaktanz X unter Beachtung der Phasenlage von der Eingangsspannung abzuziehen. R L w R j L w I Wie aus dem Zeigerbild ersichtlich ist, ergibt sich wegen der gegenläufigen Lage von L zu eine höhere Ausgangsspannung als nach dem Übersetzungsverhältnis zu erwarten ist. Da R << L ist, erhält man näherungsweise / C L / C L C Mit der bezogenen Kurzschlussspannung u I n L n ergibt sich bei Belastung mit dem kapazitiven Nennleitwert Cn = In/n für die Sekundärspannung w w u d. h., dass z. B. ein Prüftransformator mit einer bezogenen Kurzschlussspannung von 0 % und kapazitiver Belastung mit dem Nennstrom eine Spannungserhöhung von 5 % hat. Wegen der starken Spannungsabhängigkeit von der Belastung kann die abgegebene Prüfspannung nicht aus der Primärspannung über das Windungszahlverhältnis bestimmt werden, sondern ist sekundärseitig zu messen. 5

6 Die Kapazität der Prüflinge liegt in folgenden Bereichen: Hänge- und Stützisolatoren pf Durchführungen pf Messwandler pf Leistungstransformatoren (Oberspannungswicklung gegen übrige Teile) pf Kabel pf/m Prüftransformatoren, insbesondere Kaskadenschaltungen, stellen räumlich ausgedehnte schwingungsfähige Netzwerke dar. Durch Überschwingungen der Primärspannung und des Magnetisierungsstromes können Eigenschwingungen höherer Frequenzen angeregt werden, was zu einer beträchtlichen Verzerrung der Sekundärspannung führen kann. Bei Prüfungen mit Wechselspannung ist deshalb auch der Einhalt des sinusförmigen Verlaufs zu überwachen. Die Hochspannung darf von der Sinuskurve maximal um 5 % des Scheitelwertes abweichen... Resonanzschaltung Der Einsatz von Serienresonanz-Prüfanlagen erfolgt bei Vor-Ort-Prüfungen an Prüflingen mit hoher Kapazität. Dazu zählen verlegte Kabelstrecken und auch vor Ort montierte gasisolierte Schaltanlagen. Im Resonanzfall gilt: ω 0 = πf 0 = Bild 5 Erzeugung hoher Wechselspannungen in Serienresonanz mit variabler Induktivität oder variabler Frequenz 6

7 . Erzeugung hoher Gleichspannungen Hohe Gleichspannungen werden zur Prüfung einiger spezieller Elektroanlagen, wie zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ), Elektrofilter und Röntgengeräte benötigt. Auch bei der Prüfung einiger Wechselspannungs-Betriebsmittel (Kabel, Leistungskondensatoren u. a.) bedient man sich der Gleichspannung. Die Hochspannungserzeuger für elektrostatische Arbeitsverfahren (Beflocken, Lackieren, Separieren) haben eine sehr geringe Ausgangsleistung und sind deshalb wie Prüfgeneratoren aufgebaut. Hohe Gleichspannungen werden vorwiegend durch Gleichrichtung einer hohen Wechselspannung erzeugt. Kernstück der Schaltungen ist der Gleichrichter (Ventil), der in Durchlassrichtung einen möglichst kleinen und in Sperrrichtung einen äußerst hohen Widerstand (bei Belastung mit dem doppelten Scheitelwert der Wechselspannung) aufweist und für stark impulsförmige Strombelastung ausgelegt sein soll. Die einfachste Schaltung, die Einweg-Gleichrichterschaltung, zeigt Bild 6. Die positive Halbwelle der Wechselspannung ut0 gelangt bei idealem Ventil unvermindert an die Ausgangsklemmen, während der negativen Halbwelle fällt die gesamte Spannung als Sperrspannung über dem Ventil ab. Der arithmetische Mittelwert der Ausgangsspannung beträgt: a udt ue 0, 45 T T ˆ e Da in der Regel Gleichspannungen mit geringer Welligkeit erwünscht sind, werden Glättungskondensatoren eingesetzt. Während der Durchgangsphase des Gleichrichters wird der Kondensator auf den Scheitelwert der anliegenden Wechselspannung aufgeladen. Im unbelasteten Zustand bliebe der Kondensator und damit die Ausgangsspannung konstant (ideale Schaltelemente vorausgesetzt). Die höchste Belastung des Ventils tritt beim negativen Extremwert der Transformatorspannung mit dem doppelten Scheitelwert auf. Durch einen angeschlossenen Belastungswiderstand (und den nicht unendlich großen Sperrwiderstand des Gleichrichters sowie den Verlustwiderstand des Kondensators) entlädt sich aber der Kondensator allmählich, bis die Transformatorspannung die Kondensatorspannung übersteigt und ein Nachladestrom fließt. Die Entladung des Kondensators in der Sperrphase des Ventils erfolgt nach einer fallenden Exponential-Funktion mit der Zeitkonstanten = RC. Sie verläuft umso langsamer, je weniger Strom im Außenkreis fließt bzw. je größer C ist. 7

8 Bild 6 Einweg-Gleichrichterschaltung ohne und mit Glättungskondensator Für den Spannungsabfall in einer Periode erhält man bei hochohmigem Widerstand R (Stromflusswinkel vernachlässigbar) näherungsweise u Q C I T C f I C frc Die Extremwert-Welligkeit der Ausgangsspannung 0,5 max min w 0,5 00% 00% wird umso niedriger, je größer der Glättungskondensator gewählt wird. Allerdings wächst in gleichem Maße die Belastung des Gleichrichters durch den hohen Stromimpuls bei dem nur kleinem Stromflusswinkel. In der B-Brückenschaltung werden beide Halbwellen der Wechselspannung ausgenutzt. Ohne Glättungskondensator beträgt der Mittelwert der Ausgangsspannung uˆ 0, 9 a e, bei gleich großem Glättungskondensator ist die Welligkeit geringer. Für die Erzeugung von Gleichspannungen über 00 kv werden vorwiegend Vervielfacherschaltungen verwendet. Die Entwicklung von der VILLARD-Grundstufe über die GREINACHER-Verdopplerschaltung zur vielstufigen Kaskadenschaltung zeigen die Bilder 8 bis 0. 8

9 Der Schaltungsanteil 0- -T in der Kaskadenschaltung stellt die VILLARD-Grundstufe dar. Während der negativen Halbwelle der anliegenden Transformatorspannung wird der Kondensator C T auf die Scheitelspannung aufgeladen. In der anschließenden positiven Halbwelle der Wechselspannung wird nun das Potential im Punkt um die Spannung u + T angehoben, wodurch sich der Kondensator CO auf die doppelte Scheitelspannung aufladen kann. Nach überschreiten des Maximalwertes der Wechselspannung und während der nachfolgenden negativen Halbwelle erfolgt nun eine Absenkung des Potentials gegenüber um û und der Kondensator C lädt sich auf die doppelte Sperrspannung auf etc. Da jeweils nur ein Teil der Kondensatorladung auf den Kondensator der nachfolgenden Stufe umgeladen wird, sind zum Erreichen der genannten Spannungswerte mehrere Halbwellen erforderlich. Während sich die Potentiale und ständig um den Momentanwert der anliegenden Wechselspannung verschieben, werden die Potentiale und wegen des starren Fußpunktes von der Wechselspannung nicht beeinflusst (außer während des Stromflusswinkels der Nachladephase). Die im rechten Bildteil liegenden Kondensatoren nennt man deshalb auch Glättungssäule. Die andere Seite wird als Schubsäule bezeichnet. Ein Schub- und ein Glättungskondensator bilden jeweils eine Stufe n. Theoretisch (ideale Bauelemente) kann man als Ausgleichsspannung den um die Stufenzahl n vervielfachten doppelten Scheitelwert û der Eingangswechselspannung erreichen, im dargestellten Bild 0 ug. Wegen der Verluste der realen Bauelemente (Flussspannungsabfall und Sperrstrom der Gleichrichter sowie Verlustfaktor der Kondensatoren) verringert sich jedoch selbst im Leerlauf die Spannungszunahme von Stufe zu Stufe und die wirksame Stufenzahl ist begrenzt. Bei Stromentnahme durch einen Belastungswiderstand oder Gasentladungen an den Hochspannungselektroden fließen zusätzlich ständig Ladungen von den Kondensatoren ab und die Ausgangsspannung sinkt. Bild 8 Villard-Schaltung 9

10 Bild 9 Greinacher-Verdopplerschaltung Bild 0 Vervielfacher-Schaltung (Kaskadenschaltung nach Greinacher) Der Spannungsabfall einer Kaskadenschaltung ist gleich der Summe der Spannungsabfälle an den einzelnen Kondensatoren der Glättungssäule, d. h. die Extremwertwelligkeit erhöht sich um den Faktor n (Stufenzahl). Für den 0

11 Spannungsabfall in einer Periode erhält man bei Belastung mit einem hochohmigen Widerstand R (vernachlässigbarer Stromflusswinkel) näherungsweise f I C n Für Prüfungen mit sehr hohen Spannungen werden auch heute noch elektrostatische Generatoren nach dem Prinzip des Bandgenerators von VAN DE GRAAFF eingesetzt (Bild ). Sie sind in Drucktankausführung schon für Spannungen über 0 MV ausgeführt worden, wobei die Ströme unter ma liegen. Ein endloses Band aus isolierendem Gummi läuft über zwei Metallzylinder. Der untere Zylinder hat Erdpotential und wird über einen Motor angetrieben. Mit einer Kammelektrode (K), die an einer niedrigen Gleichspannung von ca. 0 kv liegt, werden Ladungsträger auf das Band gesprüht. Sie bewegen sich mit dem Transportband in die obere Kugelelektrode und werden dort von einer zweiten Kamm- oder Bürstenelektrode abgegriffen. Kleinere Bandgeneratoren arbeiten mit einer Selbsterregung durch reibungselektrische Ladungstrennung an einer mlenkrolle aus Isolierstoff. Bild Bandgenerator nach VAN DE GRAAFF.3 Erzeugung von Stoßspannungen Stoßspannungen werden bei Hochspannungsprüfungen zur Nachbildung der durch Blitzeinwirkungen entstehenden äußeren Überspannungen sowie von inneren Überspannungen, die durch Schalthandlungen, Erdschlüsse u. ä. ausgelöst werden, benötigt. Stoßspannungsgeneratoren bestehen im Wesentlichen aus zwei RC-Kreisen, die über eine steuerbare Funkenstrecke miteinander verbunden werden. Eine Ausführung zeigt Bild.

12 Bild Schaltung zur Erzeugung von Stoßspannungen Rl Ladewiderstand Cs Stoßkondensator Rd Dämpfungswiderstand Re Entladewiderstand Cb Belastungskondensator Cp Kapazität des Prüflings Der Stoßkondensator Cs wird von einem Transformator über einen Gleichrichter und einen hochohmigen Ladewiderstand Rl aufgeladen. Die Gleichspannung an Cs wächst solange, bis die Durchschlagspannung z der Schaltfunkenstrecke erreicht ist. Nach deren Zündung wird vom Kondensator Cs über den Dämpfungswiderstand Rd Ladung an den Belastungskondensator Cb abgegeben, der sich dabei sehr schnell auflädt. Zugleich setzt über Rd und den größeren Entladewiderstand Re eine langsame Entladung ein. Stellt man die Maschen und Knotengleichungen auf, so erhält man eine lineare homogene Differenzialgleichung zweiter Ordnung. Als Lösung ergibt sich für die Spannung am Kondensator Cb und damit für die abgegebene Stoßspannung die Überlagerung zweier Exponentialfunktionen. u b K e t t e K )( Konstante R C Z z - Zündspannung der Kugelfunkenstrecke d b

13 3 ) ( b s e C C R s b s b d C C C C R Bild a Überlagerung der Spannungen 0 zur Stoßspannung u (t) mit den Zeitkonstanten τ und τ Der Maximalwert der Stoßspannung 0 ) ( t t b d e e C R t u wird erreicht nach der Zeit ln T p Die zur Charakterisierung der Prüfungsspannung nach EN (VDE ):0-0 definierten Zeitwerte (Bild 3) erhält man über mrechnungsfaktoren K und K: Stirnzeit T = K τ Rückenhalbwertszeit T = K τ

14 Für die Blitzstoßspannung,/50 µs gilt z. Bsp.: K =,96 und K = 0,73 Bei der Dimensionierung der Schaltung ist zu beachten, dass die Kapazität Cp des Prüflings in die Belastungskapazität Cb mit einzubeziehen ist. Der tatsächliche Verlauf der Stoßspannung kann von dem berechneten deutlich abweichen, da in den Bestimmungsgleichungen der Widerstand der Funkenstrecke, zusätzliche Kapazitäten zwischen den einzelnen Teilen des Stoßgenerators und auch die Stoßkreisinduktivität unberücksichtigt sind. Die zulässigen Abweichungen sind in EN (VDE 043-):0-0 geregelt. Zur Erzeugung sehr hoher Stoßspannungen wendet man ähnlich wie bei der Gleichspannungserzeugung Vervielfacherschaltungen an. Dabei werden mehrere gleiche Stoßkondensatoren zunächst in Parallelschaltung geladen und dann in Reihenschaltung über eine entsprechende Anzahl von Funkenstrecken entladen, wodurch eine mit der Stufenzahl vervielfachte Summenladespannung wirksam wird (Stoßgenerator nach MARX). a) Blitzstoßspannung 4

15 b) Schaltstoßspannung Bild 3 Kenngrößen genormter Prüfstoßspannungen (EN / VDE 043-) 3 Vorbereitungsaufgaben 3. Charakterisieren Sie die wichtigsten Formen der Spannungsbeanspruchung elektrischer Betriebsmittel! 3. Welche Nennleistung sollte ein Wechselspannungsprüftransformator n= 300 kv, fn= 50 Hz haben, wenn die Prüflingskapazität Cp 50 pf beträgt? 3.3 An einem Prüftransformator mit dem Übersetzungsverhältnis 6,3/00 kv und einer relativen Kurzschlussspannung uk = 8 % wird bei Einspeisung mit = 6,3 kv, f= 50 Hz und ohmscher Belastung mit dem Nennstrom I = 0 ma eine Sekundärspannung von R = 93 kv gemessen. a) Wie groß sind Trafo-Resistanz R und Trafo-Reaktanz X? b) Bestimmen Sie die Ausgangsspannung C bei Anschluss eines Prüflings mit C=30 pf! 3.4 Bestimmen Sie die Stirn- und die Rückenhalbwertszeit sowie den Maximalwert einer Impulsspannung, die von einer Stoßspannungsanlage nach Bild mit folgenden Schaltelementen erzeugt wird: Cs = 470 nf Cb = 0 nf Cp = 0 F Rd = 39 Re = 50 z = 60 V Zeichnen Sie den zeitlichen Verlauf! 5

16 4 Messaufgaben 4. Schaltungen zur Erzeugung hoher Prüfwechselspannungen 4.. Transformatorkaskade zur Erzeugung hoher Prüfspannungen 4... Bauen Sie eine dreistufige Transformator-Kaskadenschaltung nach Bild 3 auf w = 50, w = 600, = 0 V! Nehmen Sie die Belastungskennlinie auf! Bestimmen Sie die Leerlaufspannung, den Kurzschlussstrom und die Kurzschlussimpedanz für die gesamte Kaskade! 4... Belasten Sie die Transformatorkaskade mit 5 verschiedenen Kapazitäten (...7µF) und nehmen Sie die Spannungskennlinie der Ausgangsspannung 3 in Abhängigkeit von den Kapazitäten auf! 4.. Resonanzschaltung zur Erzeugung hoher Prüfwechselschaltungen Bauen Sie den Resonanzprüfkreis auf und bestimmen Sie für die beiden Prüfkapazitäten CP und CP die maximalen Spannungsüberhöhungen bei variabler Induktivität und variabler Frequenz! Berechnen Sie aus den Messergebnissen die beiden Prüflingskapazitäten! 4. Schaltungen zur Erzeugung hoher Prüfgleichspannungen 4.. Einweggleichrichtung Oszillografieren Sie den zeitlichen Verlauf der Gleichspannung in der Einweg- Gleichrichterschaltung (Bild 5) mit Glättungskondensator C µf für die Belastungswiderstände R = 0 k und R = 00 k! Drucken Sie die Schirmbilder aus. Messen Sie gleichzeitig den Effektivwert der Wechselspannung (bei e = 0 V) und den arithmetischen Mittelwert der Gleichspannung. Wie groß ist in beiden Fällen die Extremwert-Welligkeit? 4.. Villard-Schaltung Oszillografieren Sie den zeitlichen Verlauf der Spannung über der Diode (Villard-Schaltung) für beide Belastungsfälle und drucken Sie das Schirmbild aus! Vergleichen Sie unter Verwendung der Cursor-Einstellungen die Oszillogramme aus 4.. mit denen aus 4..! Kommentieren Sie das Ergebnis! 4..3 Greinacher Verdopplerschaltung Oszillografieren Sie die Ausgangsspannung der Greinacher-Verdopplerschaltung mit zwei Glättungskondensatoren C µf für den Belastungswiderstand R = 00 kω! 6

17 Drucken Sie das Schirmbild aus und messen Sie die Ein- und Ausgangsspannung! Wie groß ist die Extremwert-Welligkeit? Vergleichen Sie die Ergebnisse und mit denen der Aufgabe 4..! 4..4 Vervielfacherschaltung Oszillografieren Sie die Spannung an den einzelnen Stufen der Vervielfacherschaltung gegen Erde im Leerlauf bei f = 50 Hz (Belastung durch Eingangswiderstand M des Oszilloskops beachten). Drucken Sie die Stufen C und D aus Messen Sie den Mittelwert der Ausgangsspannung in Abhängigkeit von der Stufenanzahl bei Leerlauf sowie bei Belastung mit einem Strom von 00 µa für a) CAT = CBO =... = 0, µf f = 50 Hz b) CAT = CBO =... =, µf f = 50 Hz sowie c) CAT = CBO =... =, µf f = 6 khz Nehmen Sie die Belastungskennlinie a= f(i) bei C =, µf und f = 6 khz (Imax = 800µA!) auf! Wie groß ist der Innenwiderstand der Kaskade? 4.3 Erzeugung von hohen Impulsspannungen 4.3. Nehmen Sie das Impulsspannungsgenerator-Modell IG in Betrieb. Stellen Sie den Generator auf die genormte Blitzstoßspannung ein. Messen und oszillografieren Sie T und T. Vergleichen Sie die Ergebnisse mit der Vorbereitungsaufgabe 3.4! 4.3. Stellen Sie den Generator so ein, dass sich die genormte Schaltstoßspannung ergibt. Oszillografieren und messen Sie die Zeiten Tp und T! Bestimmen Sie die mrechnungsfaktoren K und K für Beziehung T p K und T K für die Bauelemente Cs = 470 nf Cb = 0 nf Cp = 0 F Rd = 3,3 k Re = 6,8 k 7

18 5. Literatur [] Lesch, G.: Lehrbuch für Hochspannungstechnik. Springer-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg [] EN (VDE 043 -):0-0 Hochspannungs-Prüftechnik Teil : Allgemeine Begriffe und Prüfbedingungen [3] EN (VDE 043 -):0-0 Hochspannungs-Prüftechnik Teil : Messsysteme [4] Kind, D.: Einführung in die Hochspannungstechnik. Verlag Vieweg Wiesbaden. 5. bearb. Auflage 993 [5] Minovic, M.; Schulze, P.: Hochspannungstechnik. VDE-Verlag GmbH Berlin, Offenbach 99 [6] Küchler, A.: Hochspannungstechnik. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 005 8