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Die Erfindung betrifft einen vorzeichenrichtigen Schwenkspul-Abgriff der Stellung des beweglichen Organs eines elektrischen Messumformers mit Drehmomentkompensation.
Hat ein Messgerät oder Messglied die Aufgabe, sein Eingangssignal in ein gesetzmässig damit zusammenhängendes (vorwiegend proportionales) Ausgangssignal umzuformen, so werden solche Messgeräte bzw. Messglieder als Messumformer bezeichnet.
Ein elektrischer Messumformer, der kleine veränderliche Gleichspannungen, beispielsweise von Thermoelementen in Ströme zur Aussteuerung von Linienschreibem umformt, ist der Schwenkspulkom- pensator (ETZ-A, 1953, S. 590). Er besitzt nach Fig. 1 ein Kernmagnet-Messwerk l, mit dessen Drehspule die Schwenkspule 2 starr verbunden ist. Die Schwenkspule 2 bewegt sich um das geschlitzte
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modulieren den Anodenstrom derart, dass die Schwankungen seines Mittelwertes im Gleichstromschreiber 6 registriert werden.
Um von den Verstärkungseigenschaften der Röhre 5 weitgehend unabhängig zu werden, sind Stromzuführungen zur Drehspule und zur Schwenkspule nahezu richtkraftlos (Goldbänder). Das bewegliche Organ wird daher in der Stellung zur Ruhe kommen, wo solche Wechselspannungen in der Schwenkspule induziert werden, dass der Spannungsabfall des Anodenstromes im Kompensationswiderstand 7 gleich ist der im Thermoelement 8 auftretenden elektromotorischen Kraft.
Ein elektrischer Messumformer mit Drehmomentkompensation und Schwenkspul-Abgriff ist prinzipiell in Fig. 2 dargestellt. Darin ist das Primärmesswerk 1 ein eisengeschlossenes Dynamometer zur Wechselstromleistungsmessung. Auf der gleichen Welle befindet sich die Drehspule des KompensationsMesswerkes 2 und die Schwenkspule 3 des Abgriffsystems 4. Die sechs Stromzuführungen zu dem beweglichen Organ des Messumformers sind wieder nahezu richtkraftlos. Das bewegliche Organ wird daher im Widerstreit des Drehmomentes des Primärmesswerkes 1 und des Kompensationsmesswerkes 2 erst in der Stellung zur Ruhe kommen, in der sich die Drehmomente beider Messwerke aufheben.
In dieser Stellung greift die Schwenkspule 3 von dem wechselstromerregten System 4 gerade jene Wechselspannung ab, die nach der Verstärkung und Gleichrichtung in der Röhre 5 jenen Mittelwert des Anodenstromes hervorruft, der einerseits das Schreibermesswerk 6 bewegt und anderseits im Messwerk 2 das Kompensationsdrehmoment erzeugt.
In ähnlicher Weise wie bei der elektrischen Kompensation nach Fig. 1 bewirkt die Drehmomentkompensation nach Fig. 2 eine Unabhängigkeit vom Verstärkungsgrad der Röhre 5. Wenn die Energierichtung im Wechselstromnetz der Fig. 2 sich umkehrt, so wird sich auch das Drehmoment des elektrodynamischen Primärmesswerkes 1 umkehren. Das Drehmoment des Gleichstrom- Kemmagnetmesswer- kes 2 kann sich aber nicht umkehren, da der Anodengleichstrom der Röhre 5 seine Polarität nicht wechseln kann.
Um trotzdem eine wechselnde Energierichtung bei Leistungsmessungen erfassen zu können, ist es
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net ist. Eine Eingangsgrösse mit wechselnder Richtung kann auf diese Weise in einen Ausgangsgleichstrom ohne Richtungsumkehr umgeformt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vorzeichenrichtigen Schwenkspul-Abgriff bei einem elektrischen Messumformer mit Drehmomentkompensation derart zu schaffen, dass der Eingangsgrösse Null der Ausgangsgleichstrom Null zugeordnet ist und der Ausgangsgleichstrom mit der Eingangsgrösse seine Richtung ändert.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass in dem Ausgangsstromkreis eines selbsterregten
Abgriffsystems zwei Gleichrichter geschaltet sind, die entgegengesetzt gerichtete Ausgangsströme liefern. Jeweils nur eine der beiden Gleichrichterschaltungen kann infolge getrennter frequenzabhängiger Siebkreise gespeist werden. Die Schwenkspule liegt am Eingang eines Verstärkers, in dessen Ausgang das Erregersystem des Schwenkspul-Abgriffes geschaltet ist. Dadurch ist der Verstärker induktiv rückgekoppelt. Der Verstärker ist so ausgelegt, dass er in Abhängigkeit von der Frequenz Phasendrehungen besitzt, die sich zwischen plus und minus 900 bewegen. Die in der Schwenkspule induzierte Spannung ändert beim Durchgang durch die Symmetrielage ihr Vorzeichen.
Selbsterregung, des über die Schwenkspule induktiv rückgekoppelten Verstärkers erfolgt daher durch die Frequenzabhängigkeit der Phasendrehung des Verstärkers links von der Symmetrielage bei einer andern Frequenz als rechts von der Symmetrielage.
In der Symmetrielage der Schwenkspule tritt keine Selbsterregung ein, da dann das Erregersystem und die Schwenkspule entkoppelt sind. Bei einem Ausschlag nach links oder rechts setzt eine stärker werdende Rückkopplung und damit eine stärker werdende Selbsterregung des Verstärkers mit der Frequenz ein, die im Verstärkerkreis jene Phasendrehung erleidet, die eine gleichphasige Rückkopplung ergibt.
Diese mit dem Ausschlag stärker werdenden Wechselströme, deren zwei verschiedene Frequenzen von der Ausschlagsrichtung abhängen, werden durch die bereits erwähnten frequenzabhängigen Siebkreise in zwei getrennte Gleichrichterschaltungen geleitet, wo sie einen Ausgangsgleichstrom hervorrufen. Dieser Ausgangsgleichstrom ist Null wenn die Eingangsgrösse Null ist, er ändert seine Grösse mit dem Ausschlag der Schwenkspule und er ändert seine Polarität mit der Ausschlagsrichtung der Schwenkspule aus der Symmetrielage.
In der Fig. 3 ist 1 der Eisenkern, 2 das Joch und 3 die Feldspule des Erregersystems eines Schwenkspul-Abgriffes. Die Schwenkspule 4 umgreift das Joch 2 und ist mechanisch mit dem elektrodynamischen Primärmesswerk 18 und dem Kompensationsmesswerk 19 gekuppelt. In der voll gezeichneten Symmetrielage (s-s) ist die Induktivität LS der Schwenkspule und die Induktivität Lp der Feldspule entkoppelt (M = 0).
In den punktiert gezeichneten Stellungen der Schwenkspule, links und rechts von der voll gezeichneten Symmetrielage, werden Wechselspannungen entgegengesetzten Vorzeichens in der Schwenkspule induziert, weil die in Fig. 3 durch Pfeile angedeuteten Kraftlinien auf entgegengesetzten Seiten der Schwenkspule eintreten. Der Eingang des Verstärkers 5 ist durch nahezu richtkraftlose Stromzuführungen mit der Schwenkspule 4 verbunden. Der Ausgang des Verstärkers wird mit der Feldspule 3 verbunden, wodurch eine induktive Rückkopplung entsteht. Auf dem Eisenkern 1 sitzt beispielsweise eine weitere Spule 6, die den in ihr induzierten, durch Selbsterregung entstandenen Wechselstrom einem Transformator 7 zuführt. Dieser besitzt zwei Ausgänge, die durch die Kapazitäten 8 und 9 zu Schwingungskreisen ergänzt und auf die Frequenzen fl und fz abgestimmt sind.
Die Ausgangsspannungen dieser Resonanzkreise werden in den Gleichrichtern 10 und 11 gleichge-
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Primärmesswerk 18. Da die Stromzuführungen nahezu richtkraftlos ausgeführt sind, bewegt sich die Schwenkspule 4 in jene Gleichgewichtsstellung, in welcher der Gleichstrom aus den Klemmen 12 und 13 im Kompensationsmesswerk 19 das entgegengesetzt gleiche Drehmoment erzeugt, wie die umzuformende Eingangsgrösse im Primärmesswerk 18.
Wenn der Verstärkerkreis, bestehend aus dem Verstärker 5, der Schwenkspule 4 und der Feldspule 3, die Phasenlage zwischen induzierter Eingangsspannung und Ausgangsstrom entsprechend Fig. 4 von + r/2 bei der Frequenz f auf-jr/2 bei der Frequenz fz ändert, also in Abhängigkeit von der
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Frequenz eine Phasendrehung von 180 aufweist, so wird in der einen Ausschlagsrichtung der Schwenkspule aus der Symmetrielage die Frequenz F1 und in der andern Ausschlagsrichtung die Frequenz f selbst erregt werden.
Dadurch erhalten entweder die Gleichrichter 10 oder die Gleichrichter 11 über die Spule 6, den Transformator 7 mit den auf die Frequenzen f1 und fi abgestimmten Resonanzkreisen Spannung und die Klemmen 12 und 13 werden mit einer Gleichspannung, jenach der Lage der Schwenkspule links oder rechts von der Symmetrieachse (s-s) verschiedener Polarität gespeist.
In Ausgestaltung der Erfindung wird dem Verstärkerkreis in Abhängigkeit von der Frequenz eine Phasendrehung von 1800 dadurch verliehen, dass zur Schwenkspule 4 und zur Feldspule 3 des Erregersystems Kondensatoren (CgundC) parallelgeschaltet werden. Es ergibt sichdadurch eine bandfilterartige Anordnung der Induktivitäten L1 der Schwenkspule und 4 der Feldspule. Versuche
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genügen können, um die Selbsterregung bei zwei verschiedenen Frequenzen herbeizuführen.
Da es zweckmässig sein kann, das frequenzabhängige Phasenverhalten des Verstärkerkreises für die zwei Frequenzen f 1 und fl dadurch zu unterstützen, dass zur Schwenkspule 4 und zur Feldspule 3 Kondensatoren C bzw. C4 parallelgeschaltet werden, ist in Fig. 5 die bandfilterartige Anordnung dargestellt, die dadurch aus dem Ersatzschaltbild des Schwenkspul-Abgriffsystems mit den Eingangsklemmen 14, 15 und den Ausgangsklemmen 16, 17 entsteht. Darin sind LS und LF die gekoppelten Induktivitäten der Schwenkspule und der Feldspule, L und L, sind die entsprechenden StreuSelbstinduktivitäten Durch die Wicklungskapazitäten Cl und C2 bzw. durch die Kondensatoren Cs und C4 wird diese Anordnung so abgestimmt, dass sich entweder die Parallelresonanz LS C bzw.
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oderPATENTANSPRÜCHE : 1.
Vorzeichenrichtiger Schwenkspul-Abgriff der Stellung des beweglichen Organs eines elektrischen
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Drehmomentkompensationnet, dass die Feldspule (3) als Rückkopplungsspule in den Verstärkerkreis geschaltet ist, in dessen Eingang die Schwenkspule (4) liegt, dass der Verstärkerkreis in Abhängigkeit von der Frequenz eine Phasendrehung von 1800 besitzt und über einen Transformator (7) mit zwei durch Kondensatoren (8, 9) abgestimmten Sekundärwicklungen nur einer von zwei entgegengesetzt gepolten Gleichrichtern (10, 11) im Messumformerausgang gespeist wird.
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