<Desc/Clms Page number 1>
Vorriehtung zur punktweisen Aufnahme der Kurven von Weehselstromwerten.
Zur punktweisen Aufnahme von Wechselstromkurven, z. B. einer Wechselspannung, bedient man sich in der Regel einer Joubert'sehen Scheibe. Dabei muss man eine Reihe von Nachteilen mit in Kauf nehmen, die zum Teil in den erheblichen Kosten und dem grossen Umfang der Messapparatur begründet sind, zum Teil auch auf einer ungenügenden Messgenauigkeit beruhen. In bezug auf diesen zuletzt genannten Punkt macht besonders die geringe Stromausbeute, z. B. beim Messen einer hohen Spannung, Schwierigkeiten, weil der Kontakt der Joubert'schen Scheibe ja nur während eines kleinen Bruchteiles einer Periodendauer geschlossen ist.
Weitere Schwierigkeiten bereitet der auf der Scheibe gleitende Kontakt, insbesondere werden durch die Reibung unkontrollierbare Störspannungen erzeugt, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
EMI1.1
weisen Aufnahme von Wechselstromkurven zu schaffen, das vor allem die Verwendung besonders empfindlicher Messgeräte gestattet. Erfindungsgemäss werden zu diesem Zweck vor ein Gleichstrommessinstrument zwei Synehronsehalter mit oszillierenden Schaltkontakten geschaltet und diese Synchronschalter derartig erregt, dass sie um möglichst genau 180 in der Phase gegeneinander verschoben sind. Ausserdem werden Mittel, z. B. ein geeigneter Phasenschieber vorgesehen, der es ermöglicht, die Erregerphase der Gleichrichter konphas zueinander stetig oder in kleinen Sprüngen gegenüber der zu messenden Phase zu verschieben.
Der Erfindungsgedanke ist in seiner Anwendung zur punktweisen Ermittlung einer sehr hohen Spannung in einem Ausführungsbeispiel in der Fig. 1 dargestellt. Für diesen Sonderfall ist die Erfindung insofern von besonderem Wert, weil infolge der Ausnutzung der vollen Strom-bzw. Spannungskurve zur Erregung des Messinstrumentes die für besonders hohe Spannungen zweckmässig benutzte Kapazität sehr klein bemessen werden kann. Auf einem gemeinsamen Grundbrett oder in einem gemeinsamen Behälter 1 sind die für die Messung erforderlichen Teile vereinigt. Mit 2 ist ein empfindliches Gleichstrommessgerät bezeichnet, das über die Kontakte zweier Synehronschalter 3 und 4, die zweckmässig als Zungengleichrichter ausgebildet sind, und Widerstände 5 und 6 zwischen die beiden Klemmen 7 und 8 geschaltet ist.
Die Klemme 8 wird im Betrieb mit der Erde verbunden, während die Klemme 7 in leitender Verbindung mit der Kalotte 9 eines Kugel-Messkondensators steht. Der restliche Teil der zur Kalotte 9 gehörigen Kugel ist ebenfalls geerdet. Die Erregerwicklungen der Synchronsehalter 3 und 4 sind an einen normalen Phasenschieber 10 mit drei Erregerphasen angeschlossen. Da vielfach Drehstrom nicht zur Verfügung steht, dient zur Erregung des Phasenschiebers 10 eine Kunstschaltung, die in der Zeichnung in einem besonderen Behälter 11 untergebracht dargestellt ist. Dieser Kunstschaltung wird über die Klemmen 12 und 13 bzw. 14 eine Einphasenspannung zugeführt.
Die Klemmen 12 und 13 bzw. 14 werden mit Rücksicht auf den erforderlichen Synchronismus zweckmässig an dasselbe Netz geschaltet, aus dem die Erregung des Hochspannungstransformators 15 entnommen wird. Vielfach ist aber für diesen ein besonderes Erregeraggregat mit einem Einphasengenerator vorhanden, dessen Spannung durch Erregungsänderung geregelt wird. Mit diesem Generator ist im allgemeinen für Messzwecke ein kleiner Hilfsgenerator gekuppelt. Ein solcher Fall ist in der Zeichnung
EMI1.2
<Desc/Clms Page number 2>
des Hilfsgenerators 17 ist dabei proportional der Frequenz, da seine Erregung im allgemeinen nicht geregelt wird.
Durch eine Drossel 18, die zwischen die Klemmen 13 und 14 geschaltet ist, können die Änderungen der Klemmspannung des Generators 17 nahezu vollkommen kompensiert werden, so dass der Kunstschaltung ein praktisch konstanter Erregerstrom zufliesst. Die Drossel muss dabei derart bemessen sein, dass die Spannung an der Drossel etwa doppelt so hoch ist wie die Spannung zwischen den Klemmen 12 und 13.
In Fällen, wo die Erregerspannung für die Kunstschaltung unmittelbar aus dem Netz entnommen wird, werden zum Anschluss zweckmässig die Klemmen 12 und 13 benutzt.
EMI2.1
geordnet. Die Glimmstrecke 20 dient zum Schutze des Messgerätes bei einem Überschlag der Funkenstrecke und der Widerstand 19 soll unzulässige Funkenbildung an den Gleichriehterkontakten 3 und 4 verhindern.
Die Arbeitsweise des Gerätes geht aus folgenden Überlegungen hervor. Über das Messgerät 2 fliesst der Ladestrom des von der Kugelkalotte 9 und der gegenüberliegenden Kugel gebildeten Kondensators.
Es sei i der Augenblickswert des Ladestromes in Ampere, e der Augenblickswert der Spannung am Kondensator in Volt, a die Kapazität des Kondensators in Farad, t die Zeit in Sekunden, T die Periodendauer. Dann gilt die Gleichung
EMI2.2
Man kann nun das Integral zwischen und t2 bilden, indem man das Gleiehstromgerät in t, zwischen die
EMI2.3
EMI2.4
EMI2.5
EMI2.6
Bleibt während der Messung die Spannungsfrequenz und die Phasenlage des das Gleichstromgerät schal- tenden Synchronschalters konstant, dann erhält man einen konstanten ablesbaren Ausschlag, aus dem unmittelbar der Spannungswert entnommen werden kann.
Der Ausschlag ist proportional dem zeitlichen Mittelwert des über T, also
EMI2.7
Der bei Verstellung des Phasenschiebers 10 ermittelte Höchstwert entspricht dem Scheitelwert. Von dort ausgehend bzw. von einem Nullwert ausgehend kann die Spannungskurve punktweise aufgenommen werden, indem man den Phasenschieber um gleich grosse Winkel schrittweise verstellt und jeweils den von dem Messinstrument abgelesenen Wert aufträgt.
Die oben beschriebene Messung setzt an sich die Verwendung nur eines Synchronsehalters voraus, der während einer Halbperiode entsprechenden Zeitdauer periodich geöffnet bzw. geschlossen ist. Durch die in der Zeichnung dargestellten zwei Synchronschalter wird an dem Grundprinzip der Messung nichts geändert, da diese Synehronschalter um 1800 gegeneinander in der Phase verschoben sind. Durch die Zusammenwirkung mit den beiden Widerständen 5 und 6 = r entsteht in diesem Fall ein Anschlag
EMI2.8
wenn 1', der Instrumentenwiderstand ist und die Wirkung von 19 vernachlässigt wird. Die Schaltung
EMI2.9
<Desc/Clms Page number 3>
EMK induziert wird, dann wird in dem oben angegebenen Kreis ein Wechselstrom fliessen, der periodisch von dem Synchronschalter 4 unterbrochen wird.
Bei günstiger Phasenlage dieses Wechselstromes gegen, über der Phase des Synchronschalters würden sich auf das Instrument entgegengesetzt gerichtete gleiche Halbwellen des Wechselstromes auswirken und so ein Ausschlag nicht zustande kommen. Bei ungünstiger Phasenlage würde sich dagegen unter Umständen stets nur die eine Halbwelle auswirken, so dass das
Instrument, einen Ausschlag zeigt, auch wenn die Kugelfunkenstreeke gar nicht unter Spannung steht. Durch die Hinzufügung des zweiten Synehronschalters, der um 1800 phasenverschoben arbeitet, wird eine Unterbrechung des in der Spule des Messgerätes induzierten Wechselstromes verhindert. Es können sich also beide Halbwellen dieses Wechselstromes gleich ausbilden. so dass sie eine Rückwirkung auf das Messinstrument nicht ausüben können.
Mit Rücksicht auf die oben bereits erwähnte Gefahr des Auftretens von Funkenüberschlägen zwischen den Kugeln des Kondensators ist es zweckmässig, das Gerät während der Messung in ausreichender Entfernung hinter einem Schutzgitter aufzustellen und sieh zur Bedienung des Phasenschiebers einer
Kuppelstange aus isolierendem Material zu bedienen, die an ihrem Ende eine Vorrichtung, z. B. eine Metallhülse mit zwei Einschnitten trägt, die eine Kupplung mit der Achse des Phasenschiebers z. B. mittels eines diese Achse durchsetzenden Stiftes ermöglichen.
Die oben beschriebene Vorrichtung ermöglicht die Aufnahme von Wechselstromkurven unter Anwendung einer sehr einfachen Apparatur. Sie hat allerdings z. B. gegenüber dem Oszillographen noch den Nachteil, dass ein verhältnismässig grosser Zeitaufwand für eine Aufnahme erforderlich ist, dass die einzelnen Kurvenpunkte von Hand in ein vorbereitetes Liniennetz eingetragen werden müssen und dass insbesondere auch während der längeren Aufnahmezeit vielfach die Messgrösse nicht hinreichend konstant bleibt.
Diese Nachteile werden erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass an Stelle des anzeigenden Messinstrumentes ein schreibendes Messinstrument benutzt wird und die Registrierfläche entsprechend der Phasenänderung des Phasenschiebers verschoben wird. Zweckmässig geht man von der bei der Ablesung vorteilhaften absatzweisen Verschiebung der Erregerphase ab und verschiebt diese mögliehst kontinuierlich.
Ein Ausführungsbeispiel für einen solchen Kurvenzeichner ist in Fig. 2 dargestellt. In einem Behälter Gl sind die vor das Messgerät M geschalteten Gleichrichter angeordnet. An den Klemmen Ks wird die aufzuzeichnende Spannung bzw. der aufzuzeichnende Strom zugeführt. Die Klemmen Kl dienen zur Zuführung der Erregerleistung für den Gleichrichter. Diese wird aus einem Phasenschieber Ph von den Klemmen K entnommen. R, S und T sind die Primäranschlüsse des Phasenschiebers. Dieser Phasenschieber ist in der üblichen Weise etwa wie ein Drebstrommotor ausgebildet, so dass die an den Klemmen K entnommene Phase entsprechend dem Drehwinkel des Motors wandert. Auf eine Verlängerung der Rotoraehse ist eine Schreibtrommel St aufgesetzt, die mit lichtempfindlichem Papier bezogen ist. Die Schreibtrommel liegt innerhalb eines lichtdichten Behälters B.
Durch einen Deckel D kann die Trommel herausgenommen und mit neuem Papier versehen werden. An Stelle des Deckels können natürlich auch geeignete Anordnungen zum Auswechseln des Papieres bei Tageslicht treten. In dem Behälter B liegt auch das Messinstrument M, das an die Klemmen K3 angeschlossen ist. Das Messinstrument trägt einen Spiegel Sp, auf den von einer Lichtquelle L ein Lichtbüsehel geworden wird, das sich auf der Sehreibfläche zu einem Punkt konzentriert.
Bei Inbetriebnahme des Gerätes wird wie folgt vorgegangen. Zunächst wird auf die Schreibtrommel St lichtempfindliches Papier aufgezogen. Dabei wird die Befestigung zweckmässig so gewählt, dass der ganze Umfang der Trommel ausgenutzt werden kann. Sodann wird das Messgerät über die Gleichrichteranordnung an die zu messende Strom-oder Spannungsquelle angeschlossen und der Phasenschieber erregt. Nunmehr wird die Lichtquelle eingeschaltet und der Phasenschieber z. B. an einem auf den freien Achsstummel aufgesetzten Handrad langsam um 3600 gedreht. Dabei nimmt auch die Schreibtrommel St an dieser Drehung teil. Gleichzeitig verschiebt sich während dieser einen Umdrehung die Phase der beiden Gleichrichter um 3600, so dass stetig aufeinanderfolgende Punkte der Strom-bzw.
Spannungskurve auf die Sehreibfläehe aufgezeichnet werden.
Die Geschwindigkeit, mit welcher der Phasenschieber und die Schreibtrommel gedreht werden dürfen, hängt ab von der Einstellgeschwindigkeit des Messinstrumentes und muss so gewählt werden, dass das Instrument bequem den Veränderungen der auf es einwirkenden Richtkräfte folgen kann. Man kann unter Umständen durch ein geeignetes Gesperre, z. B. einen Windfang, eine übermässig schnelle Drehung verhindern. Man kann auch die Drehung nicht von Hand, sondern durch maschinellen Antrieb vornehmen, indem man z. B. ein Schneckenrad auf den Achsstummel des Phasenschiebers setzt und die Schnecke unmittelbar oder mittelbar durch einen kleinen Motor in Drehung versetzt.
Um ein nochmaliges Überfahren der schon aufgezeichneten Kurve zu verhindern, ist es vorteilhaft, Anschläge oder automatische Abschaltungen vorzusehen, die nach einem Wege von 360 wirksam werden.
Die beschriebene Vorrichtung ist besonders geeignet zur Aufnahme sehr schwacher Ströme oder Spannungen, da das Messinstrument M beliebig empfindlich gewählt werden kann.
Handelt es sieh um die Aufnahme stärkerer Spannungen oder Ströme, dann kann man unter Umständen auf die Komplikation der Verwendung lichtempfindlichen Papieres ganz verzichten und ein
<Desc/Clms Page number 4>
EMI4.1
auch Registriereinrichtungen benutzen, die für längere Betriebszeiten ungeeignet sind, z.. B. kann man von der infolge der fehlenden Reibung besonders zweckmässigen Funkenregistrierung Gebrauch machen, die sich bei kürzeren Betriebszeiten sehr gut bewährt hat.
Ein zweites Ausführungsbeispiel des Kurvenzeichners ist in der Fig. 3 dargestellt. Für dieses Gerät ist ein schreibendes Messinstrument benutzt, das mit M bezeichnet ist. Unterhalb dieses Gerätes sitzt in einem Gehäuse G die Registriertrommel St, die nach Abnehmen eines Deckels D herausgezogen werden kann. Unterhalb der Registriertrommel sind die mechanischen Gleichrichter mit ihren Zusatzgeräten angeordnet. Ein besonderer, seitlich an das Gehäuse G angebauter Kasten enthält den Phasenschieber Ph, dessen Achsen mit Schleifringen Sch zur Abnahme der phasenversehobenen Ströme versehen ist und ausserdem die zur Aufnahme der Trommel St dienende Achse trägt. Über einen Doppelschneckentrieb Tr wird der Phasenschieber mit Schreibtrommel von einem Motor M bewegt.
Mit Rücksicht auf die Verwendung eines schreibenden Messgerätes ist die Übersetzung so gewählt, dass für einen Umlauf des Phasenschiebers etwa eine Minute benötigt wird. Durch einen besonderen Druckknopfschalter Dk kann der Motor angelassen werden. Ein mit N bezeichnetes Nockenrad auf der Phasenschieberwelle sorgt dafür, dass der durch den Druckknopf geschlossene Motorstromkreis während einer Umdrehung des Phasenschiebers aufrecht erhalten bleibt und nach Vollendung dieser Umdrehung selbsttätig geöffnet wird.
Das zuletzt beschriebene Gerät bedarf infolge der Verwendung einer Schreibanordnung verhältnismässig starker Richtkräfte. Um auch in solchen Fällen, wo diese nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen, das Gerät verwenden zu können, kann man beliebige bekannte Verstärkeranordnungen vorschalten. Insbesondere kann man ein empfindliches Messgerät verwenden und mit dessen Hilfe eine NachlaufVorrichtung steuern, von welcher der Schreibhebel in Bewegung gesetzt wird. Geeignete Anordnungen dafür sind bekannt. Man hat z. B. vorgeschlagen, mit Hilfe der Zeigerfahne eines empfindlichen Messinstrumentes ein oder mehrere auf ein Bolometer gerichtete Luftstrahlen zu beeinflussen. Dieses Bolo-
EMI4.2
anordnung, von welcher ein das Bolometer tragender Arm entsprechend der vorangegangenen Bewegung des Messgerätzeigers verstellt wird.
Mit der Bewegung des Bolometers ist auch diejenige der Schreibfeder gekuppelt. Es ist nicht erforderlich, für jede neue Aufzeichnung einen neuen Registrierstreifen auf die Trommel zu spannen, wenn man an der Trommel Vorrichtungen zur Mitnahme eines fortlaufenden Streifens vorsieht. Dabei kann man entweder in der üblichen Weise einen fortlaufenden Streifen von einer Vorratstrommel abwickeln und die beschriebenen Teile auf eine zweite Trommel aufwickeln oder noch besser naeh erfolgter Aufnahme abschneiden. Man kann aber auch ein in sich geschlossenes Papierband benutzen, das lose über die Trommel gehängt und von dieser mitgenommen wird. Mit Rücksickt darauf, dass nach jedem Umlauf der Schreibtrommel ein Messvorgang beendet ist, kann man von der üblichen Perforierung der Papierränder auch absehen und den Papierstreifen z.
B. durch Gummiwalzen gegen die Schreibtrommel andrücken und so mitnehmen lassen. Die geringen auf diese Weise möglichen Fehler stören bei der kurzen für eine Messung in Betracht kommenden Streifenlänge nicht.
Es ist nicht erforderlich, dass zur Aufzeichnung der Kurve die Sehreibfläche bewegt wird, man kann vielmehr ebensogut die Schreibfläche ruhen lassen und das Messgerät bewegen. In besonderen Fällen kann man auch vorteilhaft mit ruhender Sohreibfläehe und ruhendem Messgerät arbeiten, wenn nämlich ein Lichtstrahl zur Aufzeichnung der Kurve dient. In diesem Fall kann man in dem Gang des Lichtstrahles eine Ablenkungsvorriehtung (z. B. Spiegel oder Prisma) anordnen, von welcher der Lichtstrahl senkrecht zur Ausschlagrichtung bewegt wird. Diese Ablenkungsvorriehtung muss dann mit dem Phasenschieber so gekoppelt sein, dass gleichen Winkelbewegungen des Phasenschiebers gleiche von der Ablenkungsvorrichtung herrührende Wege des Lichtstrahles entsprechen.
Um an allen Stellen gleiche Aufzeichnungsschärfe zu haben, empfiehlt es sich, das lichtempfindliche Papier auf der Innenseite einer Zylinderfläche anzuordnen, in deren Achse sich die Ablenkungsvorrichtung befindet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur punktweisen Aufnahme der Kurven von Wechselstromgrössen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Messkreis vor ein Gleichstrominstrument zwei Synchronschalter geschaltet sind, deren Erregerkreise an einen Phasenschieber so angeschlossen sind, dass ihre Erregung um 1800 gegen- einander verschoben ist.