AbgIeichsehaItung zum Hessen von Wechseistromgrössen. Die Erfindung bezieht sich auf Abgleich- schaltungen zum Messen von Wechse4strom- grössen, d. h. auf Wechselstromkompensa- tions- oder Brückenschaltungen, insbesondere auf solche, die zum Messen komplexer Wech- selstromgrössen dienen.
Bei diesen Schaltun gen sind zwei Abgleichrichtungen (entspre chend der reellen und imaginären Kompo nente) vorhanden, denen auch zwei diesen Richtungen zugeordnete Abgleichmittel ent sprechen.
Diese Abgleich.mittel wurden bis her stets von Hand eingestellt. Diese Art der Messung ist aber verhältnismässig umständ lich, weil die Abgleichung von Hand nicht nur Zeit erfordert, sondern auch einer gewis- sen, Geschicklichkeit bedarf.
Infolgedessen hat sich die Anwendung der Schaltungen bis her im wesentlichen auf Laboratorien be- schrä.nkt, insbesondere, da bei den bisher für komplexe Kompensationsschaltungen verwen deten Elementen die selbsttätig arbeitende Schaltung sehr umständlich und empfindlich hätte gestaltet werden müssen.
Man hat vorgeschlagen, ,diese Schaltungen in der Handhabung zu vereinfachen und für betriebsmässige Messungen brauchbar zu ma chen durch derartige Bemessung der einzel nen. Brückenelemente, dass man im Nullzweig der Brücke ein unmittelbar anzeigendes Aus- schlagmessgerät anwenden kann.
Gegen diese Methode wird der Einwand erhoben, dass sie den, wesentlichen Vorteil der Brückenschal- tuug, nämlich den vollständigen Abgleich, aufgebe.
Darin braucht ein Nachteil noch nicht gesehen zu werden. Zweifellos. muss aber bei der zuletzt erläuterten Methode ein verhältnismässig empfindliches Ausschlag- messgerät in der IXessdiagonade angeordnet sein, so dass man ein solches Gerät im Be triebe immer noch mit besonderer Vorsicht behandeln muss. Abgesehen davon kann mit Hilfe der Ausschlagmethode unmittelbar auch nur ein einziger Wert gemessen werden.
Sollen daneben auch noch andere Werte be stimmt werden, so bedarf es wieder Ixsoai- derer Massnahmen, die an die Bedienung für ein Betriebsmessgerät unerwünschte Anfoi-d - rungen stellen.
Ein von anderer Seite vorgeschlagene" Verfahren zur Schaffung eines komplexen Wechselstromkompensators mit direktem Zei gerausschlag besteht in der Verwendung von zwei Induktions dynamometern. deren Dreb- spuleinstellung so erfolgt, dass die zu mc;
- sende Weeliselspannung kompensiert. wird. Dieses Verfahren ist aber nur in hesonclei-a@ai Fällen anwendbar und kann zum Beispiel Iki den üblichen Messungen in Verbindung mit üblichen Kompensa.tions- oder Brüc.kensclial- tungen, bei denen die Abgleichinittel aus stetig regelbaren -N#@'iderständen- Kapazitäten oder Induktivitä.ten bestehen. nicht benutzt werden.
Gerade in diesem Zusammenhang :aber ist heute die Verwendung eines kom plexen Kompensators besonders erwünscht.
Aufgabe der Erfindung war es. die oben genannten u'echselstrominessschaltungen mit Hilfe einfacher und betriebes-icherer Elemente so auszugestalten, dass sie zu zuverlässigen und robusten Betriebsinessanordnungen wer den. insbesondere einen sich selbsttätig ab gleichenden Kompen@sator zu schaffen, d@@r ohne weiteres auch von nicht. geschultem Personal. z. B. in der )Verksta.tt. benutzt. werden kann.
Gemäss der Erfindung wird diese Auf gabe in der Weise gelöst, dass als N ul.linstru- ment ein gleichzeitig. als Umkehrmotor wir kendes wattmetrisches Messgerät benutzt wird, das unter Vorschaltung eines Verstär kers niit dem Nullzweig der Abgle.ichschal- tung verbunden: ist.
Mit Hilfe eines solchen Gerätes kann die Schaltung selbsttätig abge glichen werden. so dass der idealen Forderung nach vollkommenem Abgleich der Abgleich- schaltung Genüge geleistet werden kann. ohne da.ss es dazu einer Mithilfe der mensch lichen Hand bedarf.
Infolge der Verwen dung eines Verstärkers, der an sich, wie sich aus der Radiopraxis ergeben hat. ein robu- stes Betriebselement bildet, kann ein robustes wattmetrisches Messgerät Anwendung finden, so dass auf empfindliche Messinstilimente überhaupt verzichtet werden kann.
Der ab zulesende oder aufzuzeichnende Wert schliess lich wird wiedergegeben durch die Stellung desjenigen Organes, vorzugsweise eines Gleit- kontaktes, das zum Abgleich der Schaltung dient. Dieses Organ kann wahlweise einen auf einer Skala spielenden Zeiger oder aaich einen Schreibstift tragen.
Von besonderer Bedeutung für die prak tische Durchführung der Erfindung ist. dass geeignete wattmetrische Messgeräte nicht erst g.nschaffen zu werden brauchen, sondern als wattmetrische Zähler in bewährten Kon struktionen zu billigen Preisen zur Verfii- tuiig stehen. Besonders zweckmässig ist.
die Anwendung von Induktionszählermesswer- ken, deren Betriebssicherheit und Lebens- dauer auch den höchsten Anforderungen ge- niigt. Bei Verwendung von Zählermesswerken als Nullinstrument und Umkehrmotor können alle Eigenschaften dieser Zählermesswerke vorteilhaft ausgenutzt werden.
Zunächst macht sie ihre grosse Ansprechempfindlich- keit unter Berücksichtigung ,der Tatsache, dass sie im Ausgangskreis eines Verstärkers arbeiten, als Nullinstrumente geeignet.
Fer ner können sie an sich beliebig grosse Arbeit abgeben, wenn man die Einstellzeit entspre- chend bemisst. Weiterhin haben sie den Vor teil, dass das Drehmoment bei Annäherung < in den Nullwert ständig abnimmt, so dass Pendelungen auch bei kurzen Einstellzeiten noch leicht vermieden werden können.
Schliesslich kann man in besonderen Fällen die ohnedies vorhandene Dämpfung noch zum ITnterdriicken von Pendelungen benutzen.
Handelt es sich um einen komplexen Wechselstromkompensator, so wird den bei den Abgleichricht.ungen, die der reellen und imaginären Komponente entsprechen. je ein fremderregtes, gleichzeitig als pha.sena.bhän- giger Nullindikator und Umkehrmotor wir- kendes Induktionszählermesswerk zugeordnet, das zur Beeinflussung der als Abgleiehmittel verwendeten,
stetig regelbaren Widerstände. Kapazitäten oder Induktivitäten dient. Da bei einer das: Erreichen eines möglichst schnellen Abgleiches passend gewählten Pha seneinstellung der die beiden Richtvektoren darstellenden Erregerfelder der Induktions- zählerm,eBwerke ein eindeutiger Zusammen hang zwischen der Drehrichtung des Ankers und der zum konvergenten, Ab.gleich notwen digen A.b:
gleichrichtung vorhanden, ist, so, er folgt die Beeinflussung der Ab@gleichmittel stets im Sinne: der angestrebten Kampensa- tionse instellung. Die Zählermesswerke können somit in fester Schaltung mit der Kompen- sationsanordnung verbunden sein, :so dass Schaltkontakte vollständig enrbbehrlich wer den.
Zwecks Erzielung einer ausreichend hohen Messempfindlichkeit werden die beiden 7,äh- lermesswerke über einen zweckmässig gemein samen Röhrenverstärker mit dem Nullzweig der Kompens:ations- oder Brückenschaltung verbunden. Die von dem Zähleranker ge steuerten Glieder der Abgleichmittel, z. B.
Sohleifkontakte, sind mit den Zeigern von Anzeigeinstrumenten oder mit Schreibvor richtungen von Tintenschreibern mechanisch gekuppelt, so dass eine fortlaufende Anzeige oder Aufzeichnung der Messwerte ermöglicht ist.
In der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei ist Fig. 1 ein Schaltschema eines selbsttä;
fii- gen komplexen. Kompensators zum Messen der beiden Komponenten einer beliebigen Wechselspannung und Fig. 2 das. zugehörige V ektordiagramm. Die Fig. 3 und 4 zeigen in zwei Ausfüh rungsbeispielen die Anwendung der Erfin dung zur Bestimmung des ZTerlustwinkels und der Kapazität von Kondensatoren oder dergl.
In Fig. 1 ist mit 3l das Messobjekt be zeichnet. UX ist die zu bestimmende Mess- spannung. Pl, ist ein Phasenschieber. R, und R. sind zwei Schleifdrahtwiderstände, AI und AI die Anker zweier Zähler.
S', und S', sind die :Spannungswicklungen und S", und S"I sind die Stromwicklungen der Zähler. Mit V ist ein Verstärker mit der Eingangsspannung <I>U</I> bezeichnet. R und R, sind feste Ohmsche Widerstände. C ist eine Kapazität.
T ist ein Transformator und KI und KZ sind Kontakt arme, !die von :den Zählerankern gesteuert werden. Die Enden der Schleifdrähte R, und R2 sind mit I und III bezw. II und IV be zeichnet. BI und BI sind Bremsmagnete. TI ist ein Isoliertransformator.
Die Wirkungsweise der Anordnung geht aus folgendem hervor. Zur Kompensation der zu messenden Wechselspannung UZ dienen zwei auf den :
Schleifdrähten BI bezw. BI abgegriffene um 90 gegeneinander phasen verschobene Vergleichsspannungen UN, und UNI.
Dia. R, an den induktions- und kapazi tätsfreien Ohmschen Widerstand R ange schlossen und R, mit einem Vorwiderstand R, nebst Parallelkondensator C in den Sekun därkreis der Induktivität TI eingefügt ist, haben die in BI und BI fliessenden Ströme,
die mit JRI und JRI bezeichnet werden sollen, eine Phasenverschiebung von<B>90'</B> :gegenein ander. Infolgedessen kann an den vier Schleifdrahthälften OII, OIII, O,III und OIIV, die den Achsen eines rechtwinkligen Koordinatensystems entsprechen,
eine in Be zug auf Grösse und Phase stetig regelbare Vergleichsspannung entnommen werden
EMI0003.0151
Es können somit Spannungsvektoren in allen vier Quadranten. kompensiert werden.
Die Phasenlage .des. oben erwähnten Achsenkreu zes ist ,durch den über .den Widerstand R und die Primärwicklung der Induktivität TI flie- ssenden-Strom JK bestimmt.
Zur selbsttätigen Einstellung .der 'Ver- gleiahssp-annung6n UNI Und UNI dienen die Zäahleranker AI und AI, die über Getriebe GI und GI mit den Kontaktarmen KI und KI gekuppelt sind. Die Spannungswicklungen S', und s',
.dieser Messwerke werden von dem Phasenschieber Ph mit sinusförmig verlaufen den, um<B>90,'</B> gegeneinander phasenverschobe- nen Strömen erregt, während die Stromwick- lungen S", und S"_ hintereinander geschaltet und über den wechselstromgespeisten Röh renverstärker I' mit.
dem zweckmässig geerde ten Kompensationskreis verbunden sind, so dass sie von einem der Eingangsspannung U des Verstärkers I' proportionalen Ausgangs strom durchflossen werden.
In der Fig. ? ist: zum besseren Verständ nis das Vektordiagra.mm der im Nullzweig wirksamen Kompensationsspannungen und der in den beiden Zählermesswerken auftre tenden Triebflüsse 0',, o",, 0', und dargestellt, -,wobei die Flüsse zu denjenigen Kreisen gehören,
die von den mit dem glei chen Index versehenen @Ä'icklungen S umge ben sind. Wenn die Messanordnung noch nicht abgeglichen ist, liegt am Verstärker V die Eingangsspannung U, die durch die geometrische Differenz der zu prüfenden Spannung
EMI0004.0027
und der Vergleie.hsspannung
EMI0004.0029
gebildet wird und in die Komponenten und U._ <I>=</I> U_;
@ Ux, zerlegt -ire. Bei dem in Bild 2 als Beispiel ange nommenen Sonderfall sind die Phasen der Triebflüsse für die beiden Zählermesswerke so gewählt. da.ss (U (PI") _ f U (h2") - 180 und ist.
Bezeichnet rh, und (p, die Phasenwinkel zwischen 0', und 0", bezw. 0', und so ergeben sich die auf die Ankerscheiben A" <I>A,</I> einwirkenden Drehmomente Dl, <I>D,</I> aus den Gleichungen D, = sonst.<B>0,.</B> (P", . sin 9P" D., = const. 0'z . 0"2 .
sin T2. Hieraus folgt, dass D, der reellen Kompo- nente U, und Dz der imaginären Komponente t1;
in bezug auf Grösse und Richtung ent spricht. Die Drehrichtungen der beiden An kerscheiben A1, A2 wenden nun so gewählt, dass A, den Schleifkontakt K, und -1, den Schleifkontakt K.= im Sinn der angestrebten Kompensationseinstellung (U, = 0, d. 1i. Us, = Ux, und UZ = O, d. h.
UN, = I"1, ) bewegt. Dabei ist die jeweilige Drehge schwindigkeit von 211 bezw. A, der Jeweili gen Grösse von I7, bezw. L7,, also der Jewei- ligen Abweichung vom Kompensationszu- stand, proportional.
Je näher K, bezw. K, an die Kompensationseinstellung heran kommt, desto langsamer läuft A, bezw.
ein Überschwingen oder ein Pendeln der mit <I>K,</I> und<I>K,</I> gekuppelten Anzeige- oder Schreibvorrichtungen ist daher ausgeschlos sen. Die Anordnung kann so bemessen wer den, dass die Einstellzeit dieser Vorrichtun- gen nur etwa ? sec beträgt.
Der beschriebene Kompensator kann über all dort verwendet werden, wo eine Kompen sation komplexer N,#'echselstromgrössen zweck mässig angewendet wird. So kann man zum Beispiel den Kompensator in Brückenschal- tungen verwenden, indem man.
statt die Brücke abzugleichen, die an der Messdiago- nale der Brücke liegende Spannung bezw. den über die Messdiagonale fliessenden Aus- g1eiohstrom kompensiert. Die Anordnung gemäss der Erfindung kann zum Beispiel zum Messen des Wirk- und Blindwiderstandes von Spulenanordnungen oder
dergl. verwen det werden. Von besonderer Bedeutung ist aber die Anwendung für die Prüfung von kondensatorartigen Messobjektenzur vollauto matischen Aufzeichnung der Kapazität und des Verlustfaktors von Kondensatoren, Ka beln, Hochspannungsgeräten und dergl. durch schreibende Messgeräte mit Tintenschrift und grosser Einstellgeschwindigkeit.
In den Fig. 3 und 4 sind zwei Ausfüb- rungsbeispiele für Einrichtungen zum Be stimmen der Kapazität und des Verlu@stfa.k- tors von kondensatorartigen Objekten sche matisch dargestellt. In beiden Figuren ist mit Th ein Hochspannungstransformator be- zeichnet, der die S#pei,sespannung U,1 für die Brücke liefert.
Zur Einstellung einer ge- wünsehten Brückenspemespannung kann ein zwischen das Netz und den Transformator geschalteter Regeltransformator benutzt wer den. Es kann aber auch der Transformator Tli. als Regeltransformator ausgebildet sein. Cx ist die zu messende Kapazität und Cri eine Normalkapazität.
Mit R@ bis Rzi sind feste Brückenwiderstände bezeichnet. D'1 und sind Schleifdrähte, auf denen Gleitkon- takte 1i'1 und K'2 versteilbar angeordnet sind.
Die Drähte Dl und D. sind kreisförmig gestaltet, so<B>dass</B> die Kontakte K'1 und K'2 durch eine Drehbewegung verstellt werden können. Die Drehbewegung wird auf sie übertragen mit Hilfe von schematisch darge stellten Schneckenantrieben von zwei Weeh- selstrominduktionszählern i111 und IN..
Die Wicklungen der Spannungseisen beider Zäh ler sind über einen Phasenschieber Pli' an das Netz angeschlossen. Dabei ist die Ver bindung der Wicklungen mit dem Phasen schieber so .gewählt, dass -die Spannungen bei der Wicklungen um 90 gegeneirnander in der Phase verschoben sind. Mit V' ist ein Ver stärker bezeichnet. In den Ausgangskreis des Verstärkers sind in Reihe die beiden Strom- wicklungen der Zähler 1'121 und 111 geschaltet.
Neben .den oben angegebenen Teilen ent hält die Anordnung gemäss Fig. 4 noch einen Spannungswandler Tja, der in bekannter Weise ermöglicht, den einen Teil der Brük- kensch.altung mit niederer Spannung Uaa <I>zu</I> betreiben, so dass eine billige Normalkapazi tät und niedrige Ohmsche Widerstände ver wendet werden können.
Die Wirkungsweise beider Schaltungen ergibt sieh aus folgender Überlegung: Die Kondensatoren Cx, Cn und die Ohm- sehen Widerstände R3 einerseits und R4, R-,
anderseits bilden die bekannte Kondensator- messbrücke. Der veränderliche Ohm2che Wi derstand D2 liegt in Reihe mit der Normal- kapazität Cn. Seine Grösse bil,d-et demnach bei abgeglichener Brücke ein Mass für den Ver lustwinkel des zu prüfenden Kondensators Cx, unter der Voraussetzung,
dass der Nor- malkondensator Cn verlustfrei ist. Der ver änderliche Widerstand Dl liegt parallel zu dem Brückenwiderstand R4. Er kann dem nach zum Abgleichen der Brücke bei der Kapazitätsmessung benutzt werden,
so dass seine Grösse ein Mass für die Abweichung des Kapazitätsweites des zu prüfenden Kon- denisators von dem Wert der Normalkapa.zi- tät bildet.
Der Widerstand Rii, der in Reihe mit dem veränderlichen Widerstand Dl ge zeichnet ist, hat lediglich den Zweck, die Empfindlichkeit der Anzeige zu erhöhen, wenn nämlich die Abweichungen der Kapa zitätswerte von einem vorgeschriebenen Nor malwert sich innerhalb sehr enger Grenzen halten und mit grosser Genauigkeit festge stellt werden sollen.
Durch Einstellung des Phasenschiebers PIz' kann erreicht werden, dassi -der Zähler 11T1 auf die Blindkomponente des in der Messdiagonale fliessenden Aus- gl,eichstro#m-es, der Zähler N2 dagegen, auf die Wirkkomponente des Ausgleiehstromes anspricht.
Die richtige Einstellung ist in einfacher Weise daran zu erkennen, dass bei abgeglichener Brücke und richtiger Stellung des Phasenschiebers der Zähler 1'11l nicht an sprechen darf bei einer Änderung des Wider standes D2, und dass umgekehrt der Zähler IVIz nicht ansprechen :darf bei einer Änderung !des Widerstandes Dl.
Auf Grund ,der obenstehenden Überlegun gen dürfte ohne weiteres klar sein, dass man den Weg des Kontaktes g'1 auf dem Wider- standsdraht Dl nach Weiten von iC, d. h.
nach Abweichungen der zu messenden Kapa zität von der Normalkapazität und den Weg des Kontaktes K'.. auf ,dem Widerstandsdraht D. unmittelbar nach Wertendes tg 8 eichen kann,
wenn 8 der Verlustwinkel ist. Es kann entweder eine Ableseskala vorgesehen sein oder man kann die Bewegung des Kontaktes unmittelbar auf einen Schreibstift übertragen und so von der Beobachtung des. das Gerät bedienenden Personals unabhängig werden.