Einrichtung zur Erfassung von Augenblickswerten bestimmter Phasenlage von periodisch veränderlichen Spannungen oder Strömen, insbesondere zur Aufzeichnung der Nurvenform. Um aus periodisch veränderlichen Span nungen Augenblickswerte bestimmter und einstellbarer Phasenlage, zum Beispiel zum Zwecke der punktweisen Ermittlung der Kurvenform, herauszugreifen, bedient man sich bisher im allgemeinen der bekannten, mittelst eines Synchronmotors oder derglei chen angetriebenen Joubert'schen Kontakt scheibe.
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 un bequem bei raschen Frequenzschwankungen.
Eine Einrichtung, die zu den gleichen Zwecken wie die oben erwähnte bekannte Anordnung benutzt werden kann, aber deren Nachteile vermeidet, ist erfindungsgemäss dadurch geschaffen, dass zur Ableitung der Augenblickswerte zwei in Reihe geschaltete, halbperiodisch umschaltende Synchronschal ter dienen, deren Umschaltung infolge ent sprechender Wahl der gegenseitigen Phasen lage der Erregerströme mit einer gegen seitigen Phasenverschiebung erfolgt, die klei ner als<B>180</B> ist.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs gegenstandes ist in Fig. 1 schematisch dar gestellt.
An die Klemmen einer Stromquelle 1, von der beispielsweise die Kurvenform der Klemmenspannung ermittelt werden soll, sind in Reihe zwei Synchronschalter ? und 3 und ein Galvanometer 4, das unter Vor schaltung eines Ohmschen Widerstandes 5 in Nebenschluss zu einem Kondensator G liegt, angeschlossen. Die Synchronschalter 2 und 3 können in gleicher Weise ausgeführt sein wie die mechanischen Einwegpendel- bezw. Zungengleichrichter.
Die Erreger- wicklungen 2a und 3a der Synchronschalter 2 und 3 sind über je einen Vorschaltwider- stand 7 und 8 an die Sekundärklemmen eines Phasenschiebers 9 angeschlossen, der primär von einem Wechselstrom gespeist wird, der die gleiche Frequenz besitzt wie die an den Klemmen der Wechselstromquelle 1 herr schende Wechselspannung und zu dieser in fester Phasenbeziehung steht. Es ist zweck mässig, im gegebenen Falle den Phasen schieber 9, dessen Verstellbereich zweck mässig 360 elektrische Grade umfasst, aus der Stromquelle 1 'zu speisen.
Durch entspre chende Einstellung des Phasenschiebers 9 können die über die Erregerwicklungen der Synchronschalter 2 und 3 fliessenden Ströme in eine beliebige Phasenbeziehung zu der an der Stromquelle 1 herrschenden Spannung gebracht werden.
Die beiden Synchronschalter 2 und 3 sind in den von der Stromquelle gespeisten greis 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 Synchronschalter 2 und 3 mit einer gegen seitigen Phasenverschiebung von 180 er folgt, der ül)er die Synchronschalter und das Galvanometer 4 geleitete Stromkreis stets geöffnet, also stromlos. Macht man jedoch die zwischen der Umschaltung des Synchron schalters 2 und der des Synchronschalters 3 herrschende Phasenverschiebung etwas klei ner als 180 , wozu man zum Beispiel - wie in Fig. 1 veranschaulicht - der einen Er regerspule eine Induktivität 10 vorschalten kann, so hat das zur Folge,
dass die Dauer des jeweiligen Kontaktschlusses des Syn- ehronschalters 2 die des jeweiligen Kontakt schlusses des Synchronschalters 3 zeitlich teilweise überdeckt und daher der betrach tete Stromkreis für eine kurze Zeitdauer ge schlossen wird, in der ein Augenblickswert bezw. ein kleiner Bereich von Augenblicks- werten bestimmter Phasenlage der an der Stromquelle 1 herrschenden Wechselspan nung wirksam wird.
Die Verhältnisse gehen aus dem Dia gramm der Fig. 2 übersichtlich hervor. Die Kurve e stelle den Verlauf der Wechselspan nung der Stromquelle 1 dar. Mit t2 sind die periodisch wiederkehrenden Zeitlängen be zeichnet, während der der Kontakt des Syn chronschalters 2 jeweils für eine halbe Periode geschlossen ist. t3 stellen die entspre chenden Zeitlängen dar, während der der Kontakt des Synchronschalters 3 geschlossen ist. Ist nun, wie in dem Schaubild ange nommen, die Umschaltung des Synchron schalters 3 weniger als 180 gegen die des Synchronschalters 2 verschoben, so über decken sich die Zeitlängen, während der die beiden Synchronschalter geschlossen sind, um den in der Zeichnung mit tw bezeichneten Betrag.
Dadurch wird aus der Spannungskurve ein schmaler Streifen herausgeschnitten, durch dessen Wirkung der Kondensator 6 auf einen Wert aufgeladen wird, der dem Mittel wert des betreffenden Streifens der Span nungskurve proportional ist. Bleiben die Ein stellung des Phasenschiebers 9 und die übrigen Verhältnisse der Einrichtung unver ändert, so wird während jeder Periode der gleiche Abschnitt aus der Wechselspannung herausgeschnitten, so dass periodisch dem Galvanometer 4 eine Gleichspannung zuge leitet wird, deren Intensität durch den Mittel wert des herausgeschnittenen Spannungsab schnittes bedingt ist. Der Ausschlag des Galvanometers 4 gibt daher ein Mass für diesen Mittelwert.
Die Einfügung- des Kon- densators 6 und des Widerstandes 4 hat den Zweck, eine ruhige Einstellung des Galvano meters 4 trotz der periodischen Spannungs stösse zu bewirken. Der von dem Galvano meter 4 angezeigte Wert entspricht umso- mehr einem bestimmten Augenblickswert der Spannung, je kleiner der Bereich tw gewählt wird. Die Grösse dieses Bereiches lässt sich leicht durch Anderung der Induktivität 10 einstellen, wozu gegebenenfalls zweckmässig eine veränderliche Induktivität, ein zweiter Phasenschieber oder dergleichen gewählt wird.
Wie aus obiger Erläuterung hervorgeht, kann man durch Änderung der Phasenlage der Erregerströme der Synchronschalter zu der Klemmenspannung an der Stromquelle 1 vermittelst des Phasenschiebers 9 die Pha senlage des aus der Spannungskurve heraus geschnittenen Abschnittes innerhalb der Spannungskurve beliebig einstellen, so dass die Anordnung einmal zur punktweisen Auf nahme .der Spannungskurve, wie auch bei spielsweise zur dauernden. Messung der Scheitelspannung oder eines andern bestimm ten Augenblickwertes Verwendung finden kann.
Soll die Kurvenform oder die Scheitel spannung eines periodisch veränderlichen Stromes bestimmt werden, so kann dies mit- telst der neuen Anordnung geschehen, indem der über die Synchronschalter geführte Kreis beispielsweise an die Klemmen eines Wider standes gelegt wird, der von dem zu unter suchenden Strom durchflossen wird.
Die neue Einrichtung ist nicht auf die Verwendung für Messzwecke beschränkt; sie kann auch für Regelvorrichtungen, zum Bei spiel zur Begrenzung oder Einstellung des Scheitelwertes einer Spannung Verwendung finden.
Statt wie in dem dargestellten Ausfüh rungsbeispiel als Synchronschalter Geräte zu verwenden, die mechanischen Gleichrichtern entsprechen, kann man auch Ventilgleich richterschaltungen, zum Beispiel Trocken gleichrichterschaltungen, benutzen, die eben falls als Synchronschalter wirken und bereits für andere Zwecke vorgeschlagen sind.
Die neue Einrichtung ist nicht nur ge eignet, in vielen Fällen zur Ermittlung der Kurvenform einer periodisch veränderlichen Spannung oder eines periodisch veränder lichen Stromes einen teureren 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 einen Oszillographen nicht mehr ohne weiteres aufnehmen könnte.
Der zur Aufnahme von Kurvenformen erforderliche Zeitaufwand wird wesentlich herabgesetzt, wenn gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die über die beiden Synchronschalter abgeleiteten Au genblickswerte auf das Messwerk eines Re- gistriergerätes zur Einwirkung gebracht und Mittel vorgesehen werden, die zwischen der gegenseitigen Verschiebung des Schreibmit tels und der Registrierfläche in Richtung der Diagrammabszisse und der Einstellung des Phasenschiebers Zwangläufigkeit herbei führen.
Es ist dadurch möglich, in bequemster Weise ebenso wie bei einem Oszillographen kontinuierliche Kurvenzüge aufzuzeichnen. Besonders einfach wird die genannte Ausfüh rungsform, wenn ein übliches Registriergerät mit beweglicher Registrierfläche verwendet und deren Vorschubeinrichtung mechanisch mit dem Rotor des Phasenschiebers gekup pelt wird, zum Beispiel, wenn die zur Lei tung oder Aufnahme des Registrierstreifens bezw. Registrierblattes bestimmte Trommel unmittelbar auf die Achse des Rotors des Phasenschiebers gesetzt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der letztgenann ten Art ist in seinem konstruktiven Zusam menbau, zum Teil im Schnitt, in Fig. 3 dar gestellt. Das Registriergerät 20, dessen Messwerk gegebenenfalls unmittelbar im Kreise der beiden Synchronschalter liegen kann, besitzt eine übliche Geradführung 20a für den Schreibstift, der auf der im Schnitt dargestellten Trommel 21 parallel zu deren Achse verschieblich ist. Die Trommel 21 ist mit den übrigen Teilen der Einrichtung von einem Gehäuse 22 umgeben und kann nach Abnahme eines Deckels 22a herausge nommen werden.
Unterhalb der Registrier- trommel 21 sind die beiden, vorzugsweise nach Art von mechanischen Zungengleich richtern ausgebildeten Synchronschalter 23. von Schutzgehäusen umgeben, angeordnet. Ein besonderer seitlich an das Gehäuse 22 angebauter Kasten 24 enthält den Phasen schieber 25, dessen Achse die Schleifringe 25a zur Abnahme der bezüglich der Phase einstellbaren Erregerströme für die Syn chronschalter und ausserdem den zur Auf nahme 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 an getrieben.
Mit Rücksicht auf die Trägheit des Re- gistrierinstrumentes 20 -ist die Übersetzung zwischen Antriebsmotor und Phasenschieber so gewählt, dass ein voller Umlauf des Pha senschiebers etwa eine Minute in Anspruch nimmt. Die Einschaltung des Motors erfolgt über ein Relais 28, das bei Einschaltung mit- telst des Druckknopfschalters 29 seinen Kon takt schliesst und dabei gleichzeitig den mit seinem beweglichen Kontaktstück verbun denen Sperrzahn 30 aus einer Raste der mit der Achse des Phasenschiebers verbun denen Sperrscheibe 31 herauszieht.
Der Mo tor 27 bleibt über den Kontakt des Relais 28 so lange eingeschaltet, bis nach Vollendung einer vollen Umdrehung des Phasenschieber rotors und der mit ihm verbundenen Sperr scheibe 31 der Sperrzahn 30 in die Raste der Sperrscheibe 31 wieder einfällt und damit der Kontakt des Relais 28 selbsttätig geöff net wird.
Die elektrische, in Fig. 3 nicht darge stellte Schaltung ist vorzugsweise die gleiche wie bei der Ausführung nach Fig. 1, in welchem Falle also das Messwerk des Regi- striergerätes 20 in Reihe mit den beiden Synchronschaltern 23 an einer der Messgrösse entsprechenden Spannung liegt,
während die Erregerwicklungen der beiden Synchron schalter über die Schleifringe 25a aus der Rotorwicklung des Phasenschiebers gespeist werden und dessen Ständerwicklung an einer mit der Messspannung gleichfrequenten Span nung liegt. .
Zur Durchführung einer Kurvenauf nahme wird die Trommel 21 mit einem Re- gistrierblatt bespannt, und nach Einschaltung der Messspannung und der den Phasenschie- ber speisenden Spannung der Druckknopf schalter 29 betätigt.
Da bei dem in Fig. 3 dargestellten Regi- striergerät die Schreibeinrichtung zu ihrer Betätigung verhältnismässig grosse Richt- kräfte 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 zum Bei spiel ein sehr empfindliches Messgerä.t unmit telbar in Reihe zu den beiden Synchron schaltern legen und in an sich bekannter Weise mit Hilfe dieses Messgerätes eine Nach laufeinrichtung steuern, von welcher der Schreibhebel angetrieben wird. Derartige, zum Beispiel sich eines Bolometers bedie nende Anordnungen sind an sich bekannt und bedürfen daher hier keiner näheren Beschrei bung.
Die Zwangläufigkeit zwischen der gegen seitigen Verschiebung des Schreibmittels und der Registrierfläche in Richtung der Dia grammabszisse und der Einstellung des Pha senschiebers kann auch abweichend von der Ausführung nach Fig. 3 beispielsweise da durch herbeigeführt werden, dass, sofern als Schreibmittel ein mittelst des Messwerkes ge lenkter Lichtstrahl dient, in dessen Strahlen gang Ablenkungsmittel, zum Beispiel ein Prisma, so beweglich angeordnet und mit dem Phasenschieber gekuppelt werden,
dass entsprechend der Verstellung des Phasen schiebers der Lichtzeiger in Richtung der Diagrammabszisse auf der @ lichtempfind lichen, während der Aufnahme ruhenden Re- gistrierfläche verschoben wird. Die Abhän gigkeit wird bei dieser wie auch bei den andern Ausführungsformen vorzugsweise so gewählt, dass zu gleichen Phasenverschiebun gen der Erregerströme gleiche Relativver schiebungen zwischen Registrierfläche und Schreibmittel in Richtung der Diagramm abszisse gehören.
Bei Verwendung eines Registrierinstru- mentes mit Lichtzeiger kann man natürlich die übrige Anordnung auch so wählen, wie in Fig. 3 dargestellt, das heisst unter Ver meidung besonderer Ablenkungsmittel eine bewegliche Registrierfläche verwenden und deren Vorsehubeinrichtung mit der Achse des Phasenschiebers kuppeln. Ebenso können auch sonst geeignete Registrierinstrumente Anwendung finden.
Desgleichen lässt sich in der bei Registrierinstrumenten bekannten Weise ein endloser Registrierstreifen verwen den.