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Verfahren zur Messung von Wechselstromgrössen mit Hilfe der Kompensierung.
Messung oder Abgleichung nach der Kompensationsmethode begegnen bei der Anwendung in Wechselstromkreisen der Schwierigkeit, dass der Phasenunterschied der beiden zu vergleichenden Grössen störend wirkt. In den verschiedenen Schaltungen, die für Wechselstromkompensation angegeben sind, ist daher immer eine Kompensation der Phase für sich allein vor der Kompensation der zu prüfenden
Grössen vorgesehen. Die zweimalige Kompensation bedeutet nicht nur eine Vergrösserung des erforderlichen Apparatesatzes, sondern besonders auch einen erhöhten Arbeitsaufwand.
Durch die Erfindung wird es ermöglicht, das wichtige Kompensationsverfahren in Wechselstromkreisen mit einer einzigen Einstellung durchzuführen. Der Einfluss der Phasenverschiebung der beiden Vergleichsgrössen gegeneinander wird dadurch ausgemerzt, dass als Anzeigegerät ein solches nach Art der Leistungsmesser benutzt wird, in dem die geometrische Differenz der Vergleichsgrössen, deren arithmetische Differenz = 0 werden soll, auf die geometrische Summe wirkt. Die Erfindung benutzt dabei den Umstand, dass, wenn die Grössen zweier Ströme gleich sind, wenn also die arithmetische Differenz der Ströme = 0 ist, die Phasenverschiebung der geometrischen Differenz gegen die geometrische Summe 900 beträgt, die Wirkung der geometrischen Differenz auf die geometrische Summe in einem
Gerät nach Art eines Leistungszeigers, also = 0 ist.
Die Fig. 1 zeigt die Phasenverschiebung der geometrischen Summe Ji + J2 und der geometrischen Differenz J1#J2 mit dem Betrage von 90 bei der Annahme, dass Ji und Js gleich gross sind. Es wird also, wie gewünscht, sobald die Grössen der zu vergleichenden Ströme oder Spannungen gleich sind, das Messgerät auf 0 stehen, obwohl es unter dem Einfluss der im allgemeinen nicht verschwindenden geometrischen Differenz der Vergleichsgrössen steht.
Die Worte #geometrische Summe" und #Differenz" bedenten im vorstehenden natürlich nur, dass bei der einen Zusammensetzung der beiden Grössen die Richtung von einer derselben umgekehrt sein soll als bei der andern ; denn es ist ja von vornherein beliebig, in welchem Sinne man einen gegebenen Wechselstrom rechnen und ob man demnach die Resultierende zweier Ströme als ihre Summe oder Differenz bezeichnen will.
Als Messgerät kann grundsätzlich jede der Leistungsmessung dienende Art von Wechselstromgeräten benutzt werden. In erster Linie kommen dynamometrische Geräte ohne und mit Eisen in Frage, doch sind andere Leistungsmesser darunter auch elektrometische, nicht ausgeschlossen. Es kann dabei, je nach Art der Schaltung, auch angebracht sein, Messwandler zu verwenden, um die Vergleichsgrössen in dem einen oder andern Sinne zusammenzusetzen.
Die in den Messgeräten vorhandenen Phasenverschiebungen zwischen einem Strom und der ihn erzeugenden Spannung einerseits oder zwischen einem Feld und dem ihn erzeugenden Strom anderseits sind in vielen Geräten praktisch zu vernachlässigen, können aber auch erforderlichenfalls mit bekannten Mitteln ausgeglichen werden, so dass der Zweck der Erfindung, die Einstellung der Phase bei der Einzelmessung zu vermeiden, völlig gewahrt bleibt. Der Einfluss der Phasenverschiebung zwischen den beiden Vergleichsgrössen auf die Empfindlichkeit der Anzeige ist nur ein geringer. Am ungünstigsten ist eine Phasenverschiebung von 900. Bei dieser wird das Parallelogramm der Ströme J1, J2 ein Quadrat. Denkt man sich nun eine Seite des Quadrates, z. B.
J1 um ein
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EMI2.1
Die Fig. 2-4 zeigen Ausführungsbeispiele von Schaltungen gemäss der Erfindung, bei denen als
Anzeigegerät ein Dynamometer angenommen ist.
Fig. 2 zeigt das Schema einer Strommessung durch Kompensation gemäss der Erfindung. Der bekannte regelbare Strom Je wired den Klemmen 1, 2 entnommen, der unbekannte zu messende J2 den
Klemmen 11, 12. Die Stärke des regelbaren bekannten Stromes wird angegeben durch den Stromzeiger 3, der zur Regelung dienende Widerstand ist mit 4 bezeichnet. Das Dynamometer enthält unter sich gleiche
Feldspulen 5 und 15, deren jede von einem der beiden Vergleichsströme in demselben Sinne durchflossen wird, so dass das Feld von der Summe beider Ströme erregt wird.
In dem Felde ist beweglich eine Doppel- spule angeordnet, deren beide Hälften 6 und 16 von den Vergleichsströmen in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden, so dass die Doppelspule wirkt wie eine einzige Spule, die von der Differenz beider
Ströme durchflossen wird. In der Fig. 2 hängen die beiden Stromkreise in der als widerstandslos an- zunehmenden Verbindungsleitung 7, die zu einem gemeinsamen Pol der beiden Spulen 6 und 16 führt, zusammen. Die Wirkung bleibt dabei dieselbe, als ob die beiden Stromkreise getrennt wären.
In Fig. 3 ist eine Spannungskompensation dargestellt. Mit der Spannung zwischen einem End- punkt 4'und den beweglichen Kontakten 4" eines Spannungsteilers 4, der an den Klemmen 1 und 2 liegt und dessen Gesamtspannung durch das Voltmeter 3 gemessen werden kann, wird die unbekannte
Spannung zwischen 12 und 11 verglichen. Zwischen dem einen Pol 4'desselben und dem beweglichen Kontakt 4" ist die eine Feldspule eines dynamometrischen Gerätes angeschlossen, während die andere
Feldspule 15 an der zu messenden Spannung liegt, die zwischen den Klemmen 11 und 12 herrscht.. Im
Feld ist eine bewegliche Spule 6 angeordnet, die von einem Strom durchflossen wird, der der Differenz der beiden Vergleichsspannungen entspricht.
Die Differenz der Vergleichsspannungen erhält man zwischen den beiden Spannungen, wenn man den einen Pol 4'der einen Spannung mit dem einen Pol 12 der andern
Spannung durch eine Leitung 7 kurzschliesst. An diese Pole wird die bewegliche Spule 6 angeschlossen.
In gleicher Weise, wie eine Spannung durch Kompensation gemessen wird, kann bekannterweise auch ein Strom gemessen werden, indem man zur Messung den Spannungsabfall benutzt, den der Prüfstrom in einem bekannten Widerstande hervorruft.
Mit den Kompensationsschaltungen eng verwandt ist ein grosser Teil der 0 Schaltungen, bei denen das Messgerät in einer Querverbindung zwischen zwei Stromzweigen liegt, wie z. B. in einer Wheatstoneschen
Brücke. Man kann sagen, dass bei der Brückeneinstellung der Spannungsabfall in dem einen Zweige gegen den am gleichen Batteriepol liegenden kompensiert wird.
Die Fig. 4 zeigt die Anwendung des Kompensationsverfahrens gemäss der Erfindung auf eine bekannte brückenähnliche Anordnung (D. R. P. 349099), die zur Messung von Erdungs-und Ausbreitungs- widerständen dient. Von dem Induktor 1 wird ein Strom Ji durch die Primärwicklung 2 eines Strom- wandlers über den Prüfwiderstand, in diesem Fall den Ausbreitungswiderstand einer Erdplatte 3 und zurück durch die Hilfserde 4 geschickt. An die Sekundärspule 5 des Stromwandlers ist ein Widerstand 6 angeschlossen mit einem Gleitkontakt 7 zur Abnahme einer regelbaren Spannung zwischen dem Gleit- kontakt und dem einen Ende 8 des Widerstandes 6, das mit der Erdplatte kurzgeschlossen ist.
Der Schleifkontakt 7 ist über das Anzeigegerät 9 mit einer in den Erdboden gesteckten Sonde 10 verbunden, und es soll der Schleifkontakt soweit verschoben werden, dass die Spannung zwischen den Punkten 8 und 7 gleich der zwischen den Punkten 3 und 10 ist, dass also das Anzeigegerät den Strom 0 zeigt. Diese
Absicht war bisher nicht völlig ausführbar, wenn man als Anzeigegerät ein empfindliches Wechselstrom- gerät in gebräuchlicher Weise, Telephon oder Vibrationsgalvanometer, von denen praktisch in dem vor- liegenden Fall nur das erstere in Frage kommt, verwendete. Dies rührt daher, dass infolge des Phasen- fehlers des Stromwandlers die Spannung zwischen den Punkten 8 und 7 nicht genau phasengleich ist mit der zwischen den Punkten 3 und 10.
Gemäss der Erfindung wird als Anzeigegerät ein Gerät nach
Art eines Leistungsmessers verwendet, dessen Feld der Summe der beiden Spannungen proportional ist. Dies braucht indessen nur für den Augenblick der Einstellung der Fall zu sein. Soll nun der Widerstand von 8-7 bei der Einstellung gleich dem gesuchten von 3-10 werden, so müssen die Ströme J1 und J2 an Stärke gleich sein, damit die Spannungen 8, 7 und 3, 10 gleich werden, d. h. der Stromwandler 2,
5 muss das Übersetzungsverhältnis 1 : 1 haben. Die Ströme sind mit den zugehörigen Spannungen phasengleich. Man kann daher das Feld statt der Summe der Spannungen der Summe der Ströme propor- tional machen, ohne etwas anderes zu ändern, als etwa die Empfindlichkeit.
Das dynamometrische Messgerät 9 der Fig. 4 ist daher mit zwei gleichen Feldspulen 9'und 9"versehen, von denen jede von einem der Ströme Jl, J2 durchflossen wird. Die Wirkung ist also dieselbe, als ob es von der Summe der Ströme erregt würde und das Feld ist für den Einstellungsfall der Summe der Spannungen proportional. Die bewegliche Spule liegt zwischen dem Gleitkontakt 7 und der Sonde 10, also an der Differenz der Span- 'nungen der Widerstände zwischen 8 und 7 und zwischen 3 und 10.
Da aber diese Widerstände als induktionsfrei angesehen werden können, so ist derStrom in der beweglichen Spule nicht nur der Differrenz der Spannungen an den Widerständen, sondern, wenn man im Messwandler ein Übersetzungsverhältnis 1 : 1 voraussetzt, auch der Differenz der Ströme in den beiden Widerständen, also der Differenz von Ji und J2
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proportional. Das Anzeigegerät reagiert also gemäss der Erfindung nicht auf die Phasenunterschiede in dem Messwiderstand 6 und dem Erdungswiderstand, sondern lediglich auf den Unterschied der Grösse der Spannungen an diesen Widerständen.
Die Verwendung eines Leistungszeigers, also eines Messgerätes mit doppelseitigem Ausschlag bietet in dieser Schaltung vor der Verwendung des Telephons oder Vibrationsgalvanometers einen weiteren Vorteil. Sobald die Schaltung zusammengebaut ist, ist jedem Regelungssinn ein bestimmter Drehungssinn des Zeigers zugeordnet, so dass man aus der Stellung des Zeigers auf den ersten Blick erkennen kann, in welchem Sinne die Regelung erfolgen muss, während man beim Telephon und Vibrationsgalvanometer die einzuschlagende Richtung erst ausprobieren muss.
In der praktischen Ausführung des Gerätes gemäss der Erfindung lässt sich unter Umständen noch insofern eine Vereinfachung herbeiführen, dass das Messgerät mit andern Geräten, die die beiden in ihm wirksamen Ströme führen, konstruktiv vereinigt wird.