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Einrichtung zur Erfassung von Augenblickswerten bestimmter Phasenlage von periodisch veränder- lichen Spannungen oder Strömen, insbesondere zur Aufzeichnung der Kurvenform.
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Phasenlage, z. B. zum Zwecke der punktweise Ermittlung der Kurvenform, herauszugreifen, bedient man sich bisher im allgemeinen der bekannten, mittels eines Synchronmotor od. dgl. angetriebenen
Joubertschen Kontaktscheibe. Diese Anordnung besitzt insofern gewisse Nachteile, als durch die Reibung der Kontakte auf der Scheibe, besonders bei Messung kleiner Spannungen oder Ströme, leicht Störungen entstehen. Ferner ist die grosse Masse des Motors und der Scheibe unbequem bei raschen Frequenzschwankungen.
Es sind auch dem gleichen Zweck dienende Einrichtungen bekanntgeworden, bei welchen eine von einem Synchronmotor angetriebene und Schlitze aufweisende Scheibe im Strahlengang eines Oszillographen derart rotiert, dass dem auf eine Skala fallenden Lichtstrahl während jeder Periode des Wechselstromes nur kurzzeitig in einem bestimmten Zeitpunkt der Durchtritt ermöglicht wird. Da diese Anordnung ausser andern Teilen eine Oszillographenmessschleife und eine besondere Lichtquelle benötigen,
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der grossen Masse des Motors und der Scheibe raschen Frequenzschwankungen nicht zu folgen.
Endlich ist auch eine Ausführung bekannt, die dadurch aus der Joubertschen Kontaktscheibe entstanden ist, dass das auf der Scheibe befindliche Kontaktsegment in der Drehrichtung der Scheibe verlängert ist und diesem Kontaktsegment zwei Bürsten zugeordnet sind, in solcher Stellung, dass die Bürsten jeweils elektrisch miteinander in dem Zeitpunkt verbunden werden, in welchem die eine Bürste das Segment zu berühren beginnt und der Kontaktschluss mit der andern BÜrste sich seinem Ende nähert.
Infolge der Einstellbarkeit der einen Bürste kann man bei dieser Anordnung die Dauer des Stromschlusses in gewissen Grenzen ändern ; im übrigen weist die Anordnung aber die gleichen Nachteile auf wie die obenerwähnte Joubertsche Scheibe der ursprünglichen Ausführung.
Eine Einrichtung, die zu den gleichen Zwecken wie die obenerwähnten bekannten Anordnungen benutzt werden kann, aber deren Nachteile vermeidet, ist erfindungsgemäss durch die Verwendung zweier halbperiodisch umschaltender Synchronschalter geschaffen, die in Reihe an der Wechselspannung, von der z. B.
Augenblickswerte bestimmter Phasenlage abgeleitet werden sollen, liegen und deren Um- schaltung infolge entsprechender Wahl der gegenseitigen Phasenlage der Erregerströme mit einer gegen- seitigen Phasenverschiebung erfolgt, die kleiner als 1800 ist.
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An die Klemmen einer Stromquelle 1, von der beispielsweise die Kurvenform der Klemmenspannung ermittelt werden soll, sind in Reihe zwei Synchronschalter 2 und 3 und ein Galvanometer 4, las unter Vorschaltung eines ohmschen Widerstandes 5 in Nebenschluss zu einem Kondensator 6 liegt,
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ingeschlossen, der primär von einem Wechselstrom gespeist wird,
der die gleiche Frequenz besitzt wie die an den Klemmen der Wechselstromquelle 1 herrschende Wechselspannung und zu dieser in fester
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Phasenbeziehung steht. Es ist zweckmässig, im gegebenen Falle den Phasenschieber 9, dessen Verstellbereich zweckmässig 360 elektrische Grade umfasst, aus der Stromquelle 1 zu speisen. Durch entsprechende Einstellung des Phasenschiebers 9 können die über die Erregerwicklungen der Synehronschalter 2 und 3 fliessenden Ströme in eine beliebige Phasenbeziehung zu der an der Stromquelle 1 herrschenden Spannung gebracht werden.
Die beiden Synehronschalter 2 und 3 sind in den von der Stromquelle gespeisten Kreis derart eingefügt, dass bei Phasengleichheit der über die Erregerwicklungen 2a und 3a fliessenden Ströme der eine Synchronschalter seinen Kontakt stets öffnet, wenn der andere Synchronschalter den zugehörigen Kontakt schliesst. Infolgedessen ist in diesem Falle, bei dem also die Umschaltung der beiden Synehronschalter 2 und 3 mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 1800 erfolgt, der über die Synchronschalter und das Galvanometer 4 geleitete Stromkreis stets geöffnet, also stromlos.
Macht man jedoch die zwischen der Umschaltung des Synchronschalters 2 und der des Synehronsehalters 3 herrschende Phasenverschiebung etwas kleiner als 180 , wozu man z. B.-wie in Fig. 1 veranschaulicht-der einen Erregerspule eine Induktivität JM vorsehalten kann, so hat das zur Folge, dass die Dauer des jeweiligen Kontaktschlusses des Synchronschalters 2 die des jeweiligen Kontaktschlusses des Synchronschalters 3 zeitlich teilweise überdeckt und daher der betrachtete Stromkreis für eine kurze Zeitdauer geschlossen wird, in der ein Augenblickswert bzw. ein kleiner Bereich von Augenblickswerten bestimmter Phasenlage der an der Stromquelle 1 herrschenden Wechselspannung wirksam wird.
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den Verlauf der Wechselspannung der Stromquelle 1 dar. :
Mit t2 sind die periodisch wiederkehrenden Zeitlängen bezeichnet, während der Kontakt des Synchronschalters 2 jeweils für eine halbe Periode geschlossen ist. t3 stellen die entsprechenden Zeitlängen dar, während der Kontakt des Synchronschalters 3 geschlossen ist. Ist nun, wie in dem Schaubild angenommen, die Umschaltung des Synchronschalters 3 weniger als 1800 gegen die des Synchronschalters 2 verschoben, so überdecken sieh die Zeitlängen, während der die beiden Synchronschalter geschlossen sind, um den in der Zeichnung mit < , bezeichneten Betrag.
Dadurch wird aus der Spannungs1. 11rve ein schmaler Streifen herausgeschnitten, durch dessen Wirkung der Kondensator 6 auf einen Wert aufgeladen wird, der dem Mittelwert des betreffenden Streifens der Spannungs1. îlrve proportional ist. Bleiben die Einstellung des Phasenschiebers 9 und die übrigen Verhältnisse der Einrichtung unverändert, so wird während jeder Periode der gleiche
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Die Einfügung des Kondensators 6 und des Widerstandes 4 hat den Zweck, eine ruhige Einstellung des Galvanometers 4 trotz der periodischen Spannungsstösse zu bewirken. Der von dem Galvanometer 4 angezeigte Wert entspricht um so mehr einem bestimmten Augenblickswert der Spannung, je kleiner der Bereich tu gewählt wird.
Die Grösse dieses Bereiches lässt sich leicht durch Änderung der Induk-
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schieber od. dgl. gewählt wird.
Wie aus obiger Erläuterung hervorgeht, kann man durch Änderung der Phasenlage der Erregerströme der Synchronschalter zu der Klemmenspannung an der Stromquelle 1 vermittels des Phasen-
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Spannungskurve beliebig einstellen, so dass die Anordnung einmal zur punktweise Aufnahme der Spannungskurve wie auch beispielsweise zur dauernden Messung der Scheitelspannung oder eines andern bestimmten Augenblickswertes Verwendung finden kann. Soll die Kurvenform oder die Scheitelspannuns ; eines periodisch veränderlichen Stromes bestimmt werden, so kann dies mittels der neuen Anordnung geschehen, indem der über die Synchronschalter geführte Kreis beispielsweise an die Klemmen eines Widerstandes gelegt wird, der von dem zu untersuchenden Strom durchflossen wird.
Die neue Einrichtung ist nicht auf die Verwendung für Messzwecke beschränkt ; sie kann auch für Regelvorrichtungen, z. B. zur Begrenzung oder Einstellung des Scheitelwertes einer Spannung, Verwendung finden.
Statt wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Synchronschalter Geräte zu verwenden, die mechanischen Gleichrichtern entsprechen, kann man auch Ventilgleiehrichterschaltungen. z. B.
Trockengleiehrichterschaltungen, benutzen, die ebenfalls als Synchronschalter wirken und bereits für andere Zwecke vorgeschlagen sind.
Diese Schaltungen wirken in gleicher Weise wie mechanische Synchronschalter, d. h. sie geben dem zugeleiteten Messstrom jeweils für die Dauer der positiven oder negativen Halbwelle des der Schaltung zugeleiteten Steuer-bzw. Erregerstromes den Durchtritt frei. Bei Verwendung dieser Schaltungen für den vorliegenden Zweck werden also zwei derartige Schaltungen mit Bezug auf den Messkreis in Reihe
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Oszillographen zu ersetzen, sondern kann wegen ihrer hohen Empfindlichkeit auch dann noch Anwendung finden, wenn die zur Verfügung stehenden Messspannungen oder Messströme so klein sind, dass man sie mit einem Oszillographen nicht mehr ohne weiteres aufnehmen könnte.
Der zur Aufnahme von Kurvenformen erforderliche Zeitaufwand wird wesentlich herabgesetzt, wenn gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung die über die beiden Synchronschalter abgeleiteten Augenblickswerte auf das Messwerk eines Registriergerätes zur Einwirkung gebracht und Mittel vorgesehen werden, die zwischen der gegenseitigen Verschiebung des Sehreibmittels und der Registrerfläche in Richtung der Diagrammabszisse und der Einstellung des Phasenschiebers Zwangläufigkeit herbeiführen. Es ist dadurch möglich, in bequemster Weise ebenso wie bei einem Oszillographen kontinuierliche Kurvenzüge aufzuzeichnen.
Besonders einfach wird die genannte Ausführungsform, wenn ein übliches Registriergerät mit beweglicher Registrierfläehe verwendet und deren Vorschubeinrichtung mechanisch
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streifens bzw. Registrierblattes bestimmte Trommel unmittelbar auf die Achse des Rotors des Phasenschiebers gesetzt wird.
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Teil im Schnitt, in Fig. 3 dargestellt. Das Registriergerät 20, dessen Messwerk gegebenenfalls unmittelbar im Kreise der beidenSynchronschalter liegen kann, besitzt eine übliche Geradführung 20 a für den Schreibstift, der auf der im Schnitt dargestellten Trommel 21 parallel zu deren Achse versehieblieh ist. Die Trommel 21 ist mit den übrigen Teilen der Einrichtung von einem Gehäuse 22 umgeben und kann nach Abnahme eines Deckels 22 a herausgenommen werden.
Unterhalb der Registriertrommel 21 sind die beiden, vorzugsweise nach Art von mechanischen Zungengleichrichtern ausgebildeten Synchronschalter 23, von Schutzgehäusen umgeben, angeordnet. Ein besonderer seitlich an das Gehäuse 22 angebauter Kasten 24 enthält den Phasenschieber 2. 5, dessen Achse die Schleifringe 2. 5 a zur Abnahme der bezüglich der Phase einstellbaren Erregerströme für die Synchronschalter und ausserdem den zur Aufnahme der Registriertrommel 21 dienenden Achsenteil trägt. Der Phasenschieber 25 und die Registriertrommel 21 werden gemeinsam über einen Doppelschneckentrieb 26 von einem Elektromotor oder Federmotor 27 angetrieben.
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motor und Phasenschieber so gewählt, dass ein voller Umlauf des Phasenschiebers etwa eine Minute in Anspruch nimmt.
Die Einschaltung des Motors erfolgt über ein Relais 28, das bei Einschaltung mittels des Druckknopfschalters 29 seinen Kontakt schliesst und dabei gleichzeitig den mit seinem beweglichen Kontakt- stück verbundenen Sperrzahn JO aus einer Raste der mit der Achse des Phasenschiebers verbundenen Sperrscheibe 31 herauszieht. Der Motor 27 bleibt über den Kontakt des Relais 28 solange eingeschaltet, bis nach Vollendung einer vollen Umdrehung des Phasenschieberrotors und der mit ihm verbundenen Sperrscheibe 31 der Sperrzahn 30 in die Raste der Sperrscheibe 31 wieder einfällt und damit der Kontakt des Relais 28 selbsttätig geöffnet wird.
Die elektrische, in Fig. 3 nicht dargestellte Schaltung ist vorzugsweise die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1, in welchem Falle also das Messwerk des Registriergerätes 20 in Reihe mit den beiden Synchronschaltern 23 an einer der Messgrösse entsprechenden Spannung liegt, während die Erreger- wicklungen der beiden Synchronschalter über die Schleifringe 2. 5 a aus der Rotorwicklung des Phasenschiebers gespeist werden und dessen Ständerwicklung an einer mit der Messspannung gleichfrequenten Spannung liegt.
Zur Durchführung einer Kurvenaufnahme wird die Trommel 21 mit einem Registrierblatt bespannt und nach Einschaltung der Messspannung und der den Phasenschieber speisenden Spannung der Druckknopfschalter 29 betätigt.
Da bei dem in Fig. 3 dargestellten Registriergerät die Schreibeinrichtung zu ihrer Betätigung verhältnismässig grosse Richtkräfte erfordert, ist es in Fällen, in denen entsprechende Leistungen nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen, angebracht, an sich bekannte Verstärkeranordnungen vor-oder zwischenzuschalten. So kann man z. B. ein sehr empfindliches Messgerät unmittelbar in Reihe zu den beiden Synchronschaltern legen und in an sich bekannter Weise mit Hilfe dieses Messgerätes eine Nachlaufeinrichtung steuern, von welcher der Schreibhebel angetrieben wird. Derartige, z. B. sich eines Bolometers bedienende Anordnungen sind an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Beschreibung.
Die Zwangläufigkeit zwischen der gegenseitigen Verschiebung des Schreibmittels und der Registrier-
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ein mittels des Messwerkes gelenkter Lichtstrahl dient, in dessen Strahlengang Ablenkungsmittel, z. B. ein Prisma, so beweglich angeordnet und mit dem Phasenschieber gekuppelt werden, dass entsprechend der Verstellung des Phasenschiebers der Lichtzeiger in Richtung der Diagrammabszisse auf der licht-
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Schreibmittel in Richtung der Diagrammabszisse gehören.
Bei Verwendung eines Registrierinstrumentes mit Lichtzeiger kann man natürlich die übrige Anordnung auch so wählen, wie in Fig. 3 dargestellt, d. h. unter Vermeidung besonderer Ablenkung-
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Phasenschiebers kuppeln. Ebenso können auch sonst geeignete Registrierinstrumente Anwendung iinden. Desgleichen lässt sich in der bei Registrierinstrumenten bekannten Weise ein endloser Registrierstreifen verwenden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Erfassung von Augenbliekswerten bestimmter Phasenlage von periodisch veränderlichen Spannungen oder Strömen, insbesondere zur Aufzeichnung der Kurvenform, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ableitung der Augenblickswerte zwei in Reihe geschaltete, halbperiodisch um- schaltende Synchronschalter dienen, deren Umschaltung infolge entsprechender Wahl der gegenseitigen Phasenlage der Erregerströme mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung erfolgt, die kleiner als 180C ist.
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nischen Einweggleiehrichtern gebaut sind.