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Vorrichtung zum Messen von Gleichstrom Bei Wechselstrom ist es möglich,
die Höhe der Spannungen und Ströme durch sog. Wandler mit Hilfe des Transformatorprinzips
in einfachster Weise zu verändern. Etwas Derartiges läßt sich aber bei den bekannten
Meßmethoden für Gleichstrom nicht durchführen, weil Gleichstrom sich bekanntlich
nicht transformieren läßt. Es sind zwar schon Vorrichtungen zum Messen von Gleichstrom
b@ekanntgeworden, die den Wechselstromwandlern in a wisser Weise ähneln. Diese bekannten
Vorrichtungen besitzen einen Primärkreis, einen Sekundärkreis und ,eine zusätzliche,
in dem Magnetkreis der Sekundärwicklung beNvegte Hilfswicklung. Die ,auf einem Eisenkern,
dem Erregereisen, angebrachte Sekundärwicklung liegt in Reihe mit einem regelbaren
Widerstand an einer Gleichstromquelle, während die im Erregerkreis bewegte Hilfswicklung
ein Müßinstrument speist. Der Strom in der auf dem Erregereisen befindlichen Sekundärwicklung
wird nun so durch den regelbaren Widerstand verstellt, daß der durch den primären
Gleichstrom hervorgerufene Magnetfluß im Erregereisen völlig beseitigt wird, so
daß im ausgeglichenen Zustand in der im Erregerkreis bewegten Hilfswicklung kein
Strom mehr fließt, d. h., daß das an sie angeschlossene M@eßinstrument keinen Ausschlag
mehr zeigt. Aus der Größe des in der auf dem Erregereisen befindlichen Sekundärwicklung
fließenden Stromes kann, dann auf die Höhe des primären Gleichstromes geschlossen
werden. Um die umständliche Regulierung von Hand zu vermeiden, ist es auch bereits
bekanntgeworden, von dem Strom, welcher in der im Erregereisen bewegten Hilfswicklung
hießt, einen Servomotor steuern zu lassen, der den im Stromkreis der auf dem Erregereisen
befindlichen Sekundärwicklung liegenden regelbaren Widerstand in der einen oder
anderen Richtung verstellt. Diese bekannten Einrichtungen benötigen, wenn sie, ähnlich
wie die Wechselstromwandler, ohne Bedienung von Hand arbeiten sollen, verwickelte
mechanische Hilfsmittel und können aus diesem Grunde kaum sehr genrau arbeiten.
Es kann bei ihnen sowohl eine Über- wie eine Unterkompensation stattfinden, so daß
der Fehler bei einem bestimmten Primärstrom sowohl positiv wie negativ sein kann..
Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Einrichtungen besteht dariai, daß sie eine
besondere Gleichstromquelle zur Speisung der auf dem Erregereisen befindlichen Sekundärwicklung
benötigen.
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Eine andere bekannte Vorrichtung zum Messen von Gleichstrom, welche
diese Nachteile vermeidet, besteht aus einem um den Gleichstrom führenden Leiter
herumgelegten Eisenkern ohne besondere Sekundärwicklung
und einem
in dem Magnetkreis dieses Eisenkernes bewegten Läufer, an dessen Klemmen ein Spannungsmesser
angeschlossen ist. Wenn der Läufer mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird,
kann man an dem Mef3= gerät direkt eine dem zu messenden Gleichstrom proportionale
Spannung ablesen. Diese Anordnung hat aber den Nachteil, daß nur bei stets genau
gleich großer Drehzahl des Läufers eine richtige Messung möglich ist; zum anderen
ist bei der bekannten Anordnung auch bei konstanter Drehzahl die an den Läuferklemmen
gemessene Spannung nicht proportional dem zu messenden Gleichstrom, weil bekanntlich
die Magnetisierung des Eisens nicht proportional den erregenden Amperewi.ndungenentspricht,
sondern je nach der Sättigung verschieden stark anwächst. Es würde demnach die an
den Läuferklemmen gemessene Spannung entsprechend der Magnetisierungskurve verlaufen.
Außerdem würden beim auf- und absteigenden Ast der Magnetisierungskurve durch die
Resonanz des Eisens, namentlich bei kleineren Stromwerten, erhebliche Differenzen
entstehen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zum Messen
von Gleichstrom zu schaffen, welche .die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.
Diese Vorrichtung weist einen Magnetkreis, dessen Magnetisierung sowohl von dem
zu messenden (primären) Gleichstrom als auch von dem Strom in einer Sekundärwicklung
abhängt, und eine im Magnetkreis bewegte Hilfswicklung auf. Erfindungsgemäß ist
nun die Sekundär«Zcklung von der Hilfswicklung derart abhängig geschaltet, daß der
durch die Hilfswicklung in der Sekundärwicklung verursachte Stromfluß eine Magnetisierung
hervorruft, die der Magnetisierung durch den Primärstrom entgegengesetzt gerichtet
ist und sie bis auf den Bruchteil aufhebt, der zur Erzeugung des Sekundärstromes
notwendig ist. Jedem im Primärkreis fließenden Strom ist daher außer einer bestimmten
Stromgröße in der Sekundärwicklung auch die gleiche oder eine ihr entsprechende
Stromgröße in der im Erregerkreis bewegten Hilfswicklung zugeordnet. Die Vorrichtung
.arbeitet ähnlich wie -ein Wechselstromwändler. Vorzugsweise wird ein über ein Meßinstrument
geschlossener Hauptschlußgenerator verwendet, dessen Erregereisen von der Differenz
,aus dem zu messenden Gleichstrom und dem Generatorstrom magnetisiert wird. Während
die erwähnten bekannten Meßvorrichtungen magnetische Kompensatotoren sind, ist die
Meßv orrichtung gemäß der Erfindung sozusagen ein Gleichstromwandler. Ohne daß eine
besondere Gleichstromquelle und irgendwelche selbsttätigarbeitende Regelvorrichtungen
benötigt werden, arbeitet die Einrichtung gemäß der Erfindung wie ein Wechselstroinwandler
völlig selbsttätig, hat dabei aber nicht die Nachteile @id-er bekannten direkt anzeigenden
Gleich-Denn bei der Meßexnrichtung der Erfindung braucht die Hilfswicklung nicht
mit konstanter Drehzahl bewegt zu werden. Auch wird bei der Erfindung infolge der
besonderen Anordnung und Schaltung der Sekundärwicklung auf dem Eisenkein erreicht,
daß die Magnetisierungskurve praktisch auf die Messung keinen Einiluß hat, "weil
durch die :enterregende Wirkung dieser Wicklung im Eisen nur noch ein schwaches
magnetisches Restfeld bestehen bleibt, das nur noch die Verluste deckt. Die Fehlergröße
ist bei einer Einrichtung gemäß der Erfindung eine Funktion des Primärstromes und
proportional den aufzuwendenden Magnetisierungsamperewindungen. Da diese im wesentlichen
durch die Magnetisierungsampere«zndungen des Luftspaltes gebildet werden, kann der
Fehler durch eine L berhöhung der Sekundärwicklung beseitigt werden. Die Erregerwicklung
ist so gewickelt und angeschlossen bzw. der Drelisiim des Antriebsmotors des Hauptschlußgenerators
ist so gewählt, daß die - Erregerwicklung das vom Primärstrom erzeugte Feld zu beseitigen
sucht.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung dargestelli.
Nach Abb. i ist der Leiter, durch den der zu messende Strom fließt, mit i i bezeichnet
und stellt den Primärkreis des Gleichstromübersetzers dar. Umgeben ist dieser Leiter
i i von einem ringförmigen Eisenkern 12, der an einer Stelle zur Aufnahme eines
die Hilfswicklung tragenden Ankers 13 unterbrochen ist. Die Enden 14, 15 des Eisenkernes
12 sind polschuhartig ausgebildet. Am Kollektor 16 wird die Spannung der Hilfswicklung,
also die Ankerspannung, mit Hilfe von nvei Bürsten 17, 18 .abgenommen. An
die Bürste 17 ist das eine Ende der um den Eisenkern 12 herumgeschlungenen Erregerwicklung
i 9 angeschlossen, .deren ,anderes Ende über das Meßinstrument 2o :an die andere
Bürste 18 angeschlossen wird. Der somit über das Meßinstrument 20 geschlossene Hauptschl.ußgenerator
wird durch einen Hilfsmotor io angetrieben. Die Stromrichtung in der Wicklung i
9 ist so gewählt, daß sie den vom Leiter i i magnetisierten Kern 12 zu entmagnetisieren
sucht. Wird der Primärkreis durch einen einzigen Leiter i i gebildet und die Wicklung
19 aus it Windungen, so wird bei Antrieb des Ankers 13 in der Wicklung 19 und somit
in dem Meßinstrument ?o ein Strom fließen, der ein rt-tel des Primärstromes beträgt,
abgesehen von dem Magnetisierungsverlust, der jedoch ebenso wie in der Wechselstromtechnik
durch
eine überhöhung der Wicklung i g kompensiert werden kann.
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An Stelle des einen den Primärkreis darstellenden Leiters i i können
auch mehrere Windungen den Kern in bekannter Weise umschlingen.
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Auch :eine sog. Sparschaltung ist mit dem Gleichstromübersetzer, wie
dies Abb.2 zeigt, möglich. Der Primärkreis wird dabei durch den Wicklungsteil 2
i dargestellt und der Sekundärkreis durch den Wicklungsteil22 mit der :eingeschalteten
Ankerwicklung 23. Der Eisenkern 2¢ ist in diesem Falle durch einen offenen Eisenkern
dargestellt, wie überhaupt für das Erregereisen des Gleichstromübersetzers die von
dem Wechselstromwandler her bekannten Formen Verwendung finden können. Das übersetzungsverhältnis
läßt sich bei dem Gleichstromerzeuger gleichfalls durch verschiedene Wahl der primären
oder sekundären Windungszahlen einstellen. Er kann auch die in den Meßstromkreis
eingeschaltete Stromspule 25 eines Leistungsmessers (Wattmeter) speisen ebenso wie
die Stromspule von Arbeitsmessern, z. B. Zählern.
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Bei Fortbleiben des Primärstromes ist es möglich, daß durch reine
Zufälligkeiten, z. B. Vorbeiführen einer Eisenstange, eine Umkehrung des Generatorfeldeserfolgt,
so .daß ein dadurch sich hocharbeitender Kurzschlußstrom das Meßinstrument oder
den Stromübersetzer vernichten könnte. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, durch
einen Nullauslöser den Antriebsmotor abzuschalten, sobald der Primärstrom fortbleibt
oder, wenn der Meßstrom sich umkehrt, ein polarisiertes Relais den Motor abschaltet.
In gleicher Weise kann ein im Sekundärkreis angebrachter überstromauslöser den Motorstrom
.abschalten, damit sowohl primäre Überströme als auch sekundäre Kurzschlußströme
unwirksam werden. Als Motoren kann man alle solche zulassen, die keine allzu große
Drehzahlsch«ankungen aufzuweisen haben. An sich wird durch die Drehzahländerung
des Motors auch nur die Fehlergröße der übers.etzung geändert.
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Zweckmäßig wird die Ein- und Ausschaltung des Motors i o in Abhängigkeit
vom Schalter des Primärstromkreises oder demjenigen Teil vorgenommen, durch den
der Primärstromkreis aus- oder eingeschaltet oder geregelt wird.