Vorrichtung zur Ermittlung beliebiger Augenblickswerte der Kurven von Wechselstromgrössen. Zur Aufnahme von Momentanwerten von Wechselstromkurven, zum Beispiel einer Wechselspannung, bedient man sich in der Regel einer Joubert'schen Scheibe.
Dabei muss man eine Reihe von Nachteilen mit in Kauf nehmen, die zum Teil in den er- he#blichen Kosten und dem grossen Umfang der Messapparatur begründet sind, zum Teil auch auf einer ungenügenden Messgenauig- keit beruhen. Besondere Schwierigkeiten be reitet der auf der Scheibe .gleitende Kontakt. Durch die Reibung werden auch unkontrol lierbare Störspannungen erzeugt, die die Mess- gena)uigkeit beeinträchtigen.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung zur Ermittlung beliebiger Augenblickswerte der Kurven von Wechselstromgrössen be sitzt die oben angeführten Nachteile der Joubert'schen Scheibe nicht. Erfindungsge mäss sind zu diesem Zweck vor ein Gleich- strominstrument zwei Synchronschalter ge- schaltet und diese Synchronschalter sind der artig erregt, dass sie um 180 in der Phase gegeneinander verschoben arbeiten. Die Er regerkreise der Synchronschalter sind an einen Phasenschieber angeschlossen.
Die Zeichnung zeigt Ausführungsbei spiele der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur punkt weisen Ermittlung der Kurve einer sehr hohen Wechselspannung dargestellt. Auf einem gemeinsamen Grundbrett oder in einem gemeinsamen Behälter 1 sind die für die Messung erforderlichen Teile vereinigt. Mit 2 ist ein empfindliches GleicUstrommess- gerät bezeichnet, das über die Kontakte zweier Synchronschalter 3 und 4, die ähn lich wie Zungengleichrichter ausgebildet sind, und Widerstände 5 und 6 zwischen die beiden Klemmen 7 und 8 geschaltet ist.
Die Klemme 8 ist ini Betrieb mit der Erde ver bunden, während die Klemme 7 in leitender Verbindung mit der Kalotte 9 eines Kugel- Mess'konden.sators steht. Der restliche Teil der zur Kalotte 9 gehörigen Kugel ist aben@ falls geerdet. Die Erregerwicklungen der Synchronschalter 3 und 4 sind an einen nor malen Phasenschieber 10 mit drei Erreger phasen angeschlossen.
Da vielfach Dreh strom nicht zur Verfügung steht, dient zur Erregung des Phasenschiebers 10 eine Pha- senuinformungseinrichtung mit einer Kunst schaltung, die in der Zeichnung in einem besonderen Behälter 11 untergebracht dar- gestellt ist. Dieser Einrichtung wird über die Klemmen 12 und 1,3 bezw. 14 eine Ein phasenspannung zugeführt.
Die Klemmen 12 und 13 bezw. 14 sind mit Rücksicht auf Iden erforderlichen Syn chronismus zweckmässig an dasselbe Netz ge schaltet, aus dem die Erregung des Hoeh- spannungstransformators 15 entnommen wird. Für diesen kann aber ein besonderes Erregeraggregat mit einem Einphaseugene- rator vorhanden sein, dessen Spannung durch Erregungsänderung geregelt wird. Aus dem Einphasengenerator kann unmittelbar die Erregerspannung für die Synchronschalter entnommen werden.
Man kann Über ebenso gut mit ihm einen kleinen Hilfsgenerator fest kuppeln, so,dass ,die Phasenlage beider Gene ratoren gegeneinander eindeutig bestimmt ist. Ein solcher Fall ist in -der Zeichnung vor ausgesetzt, und zwar ist mit 16 der Haupt- generator und mit 17 der be zeichnet. Die iSpannung des Hilfsgenerators 17 ist dabei proportional der Frequenz, da seine Erregung nicht geregelt wird.
Durch eine Drossel 1-8, die zwischen die Klemmen 13 und 14 geschaltet ist, können die Ände rungen der Klemmenspannung des Generators 17 nahezu vollkommen kompensiert werden, so dass der Phasennmformungseinrichtung ein praktisch konstanter Erregerstrom zufliesst. Die Drossel muss dabei derart bemessen sein, dass die Spannung an der Drossel etwa dop pelt -so hoch ist wie die Spannung zwischen den Klemmen 12 und 13.
In Fällen, wo die Erregerspannung für :die Einrichtung 11 unmittelbar aus dem Netz entnommen wird, werden zum Anschluss zweckmässig die Klemmen 12 und 13 benutzt.
An weiteren Teilen sind auf,der Platte 1 noch ein Widerstand 19 und eine Glimm strecke 20 angeordnet. Die Glimmstrecke 20 dient zum .Schutz des Messgerätes bei einem Überschlag .der Funkenstrecke und der Wi- ,derstand 19 soll unzulässige Funkenbildung an den .Schaltern 3 und 4 verhindern.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende. Über das Mess@gerät 2 fliesst ein Teil des Ladestromes des von der Kugel kalotte 9 und der gegenüberliegenden Kugel gebildeten Ko-ndensators.
Es sei -z :der Auen#blickswert des Lade stromes in Ampere, e der Augenblickswert der Spannung am Kondensator in Volt, C die Kapazität des Kondensators in Farad, t die Zeit in Sekunden, T die Periodendauer.
Dann gilt .die Gleichung
EMI0002.0051
Man kann nun ;las Integral zwischen t, und t2 bilden, indem man das Gleichstromgerät in t1 zwischen die Kapazität und Erde schal tet und in t., wieder abschaltet. Dann er gibt sich
EMI0002.0058
Liegt nun die Kapazität an einer Wecbsel- spannung und man macht
EMI0002.0061
das heisst gleich der halben Periodendauer, dann wird <I>1</I> e(t2) <I>-</I> e(t1) <I>} . C = 2 .</I> e(t2) <I>.
C,</I> also der Gleichstrommittelwert bezogen auf
EMI0002.0066
wird gleich
EMI0002.0068
Bleibt während der Messungdie Spannungs frequenz und die Phasenlage des das Gleich stromgerät schaltenden Synchronschalters konstant, dann erhält man einen konstanten ablesbaren Ausschlag, aus dem unmittelbar der Spannungswert entnommen werden kann.
Der Ausschlag ist proportional dem zeit lichen Mittelwert über T, also
EMI0003.0003
Der bei Verstellung des Phasenschiebers 10 ermittelte Höchstwert entspricht dem Schei- telwert. Von dort ausgehend bezw. von einem Nullwert ausgehend kann die Spannungs kurve punktweise aufgenommen werden, in dem man den Phasenschieber um gleich grosse Winkel schrittweise verstellt und jeweils den von dem M essinstrument abgelesenen Wert aufträgt.
Die oben beschriebene Messung setzt an sich die Verwendung nur eines Synchron schalters voraus, der während der einer Halb periode entsprechenden Zeitdauer periodisch geöffnet bezw. geschlossen ist. Durch die in der Zeichnung dargestellten zwei Syn chronschalter wird an dem Grundprinzip der Messung nichts geändert, da die Bewegungen dieser Synchronschalter um 18<B>0</B> gegeneinan der in der Phase verschoben sind.
Durch die Zusammenwirkung mit den beiden Wider ständen 5 und 6 :. = r entsteht in diesem Fall ein Ausschlag
EMI0003.0019
wenn r; der Instrumentenwiderstand ist und die Wirkung von 19 vernachlässigt wird. Die Schaltung hat .den Zweck, Störungen auszu schliessen.
Denkt man sich einen der Syn chronschalter, zum Beispiel den Schalter 3 und den .diametral gegenüberliegenden Wi derstand 6 fortgenommen, dann würde über den Kontakt des Synchronschalters 4 ein Stromkreis periodisch geschlossen sein, der das Messinstrument 2, den Widerstand 5 und den Widerstand 19 enthält.
Wenn nun durch Fremdfelder in der Spule des 1Vlessinstrumen- tes 2 eine EMK induziert wird, dann wird in dem oben angegebenen Kreis ein Wechsel- strom fliessen, der periodisch von dem Syn- chronschalter 4 unterbrochen wird. Bei gün stiger Phasenlage dieses Wechselstromes ge genüber der Phase des Synchronschalters würden sich auf das Instrument entgegenge setzt gerichtete bleiche Halbwellen des Wech selstromes auswirken und so ein Ausschlag nicht zustande kommen.
Bei ungünstiger Phasenlage würde sich dagegen unter Um ständen stets nur die .eine Halbwelle aus wirken, so dass das Instrument einen Aus schlag zeigt, auch wenn die Kugelfunken strecke gar nicht unter Spannung steht. Durch die Hinzuftigung des zweiten Syn chronschalter, der um 180 phasenverscho ben arbeitet, wird eine Unterbrechung des in der ,Spule .des Mess:gerätes induzierten Wech selstromes verhindert. Es können sich also beide Halbwellen dieses Wechselstromes gleich aus'bi'lden, so dass sie eine Rückwirkung auf das Messinstrument nicht. ausüben können.
Mit Rücksicht auf die oben 'bereits er wähnte Gefahr des Auftretens von Funken überschlägen zwischen den Kugeln des Kon- densators ist es zweckmässig, .das Gerät wäh rend der Messung in ausreichender Entfer nung hinter einem Schutzgitter aufzustellen und sich zur Bedienung des Phasenschiebers einer Kuppelstange aus isolierendem Ma terial zu ibedienen, die an ihrem Ende eine Vorrichtung, zum Beispiel eine Metallhülse mit zwei Einschnitten trägt,
die eine Kupp lung mit der Achse des Phasenschiobers zum Beispiel mittelst eines diese Achse durch setzenden Stiftes ermöglichen.
Die oben beschriebene Vorrichtung er möglicht die Aufnahme von Wechselstrom kurven unter Anwendung einer sehr ein fachen Apparatur. Sie hat allerdings zum Beispiel gegenüber dem Oszillographen den Nachteil, dass ein verhältnismässig grosser Zeitaufwand für eine Aufnahme erforderlich ist, dass die einzelnen Kurvenpunkte von Hand in ein vorbereitetes Liniennetz einge tragen werden müssen und dass insbesondere auch während der längeren Aufnahmezeit vielfach die M essgrösse nicht hinreichend kon stant bleibt.
An Stelle des anzeigenden Mess- instrumentes kann ein schreibendes Mess- instrument benutzt werden und durch einen 360 umfassenden Phasenschieber kann die senkrecht zum Ausschlag .des Messinstrumen- tes gerichtete Relativbewegung der Schreib fläche derart beeinflusst werden, dass gleichen Phasenverschiebungen gleiche Relativbewe gungen der Schreibfläche entsprechen.
Zweckmässig geht man von der für eine Ablesung vorteilhaften albsatzweisen Ver schiebung der Erregerphase ab und ver schiebt diese möglichst kontinuierlich.
Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt. In einem Behälter Gl sind -die vor .das Gleich strommessgerät 111 geschalteten Synchron schalter angeordnet. An den Klemmen g2 wird die aufzuzeichnende Spannung bezw. der aufzuzeichnende Strom zugeführt.
Die Klemmen il, dienen zur Zuführung der Er regerleistung für die !Synchronschalter. Diese wird aus einem Phasenschieber Ph von den Klemmen K entnommen. B, S und T sind die Primäranschlüsse des -Phasenschiebers. Dieser Phasenschieber ist in der üblichen Weise etwa wie ein Drehstrommotor ausge bildet, so dass die an den Klemmen K ent nommene Phase entsprechend dem Drehwin kel des Motors wandert.
Auf eine Verlän gerung der Rotorachse ist eine Schreibtrom mel 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 ver sehen werden. An Stelle,des Deckels können natürlich auch geeignete Anordnungen zum Auswechseln des Papiers bei Tageslicht treten. In dem Behälter B liegt auch das Messinstrument M, das an die Klemmen Kg angeschlossen ist.
Das Messinstrument trägt einen Spiegel Sp, auf den von einer Licht quelle L ein Lichtbüschel geworfen wird, ,das sich auf der Schreibfläche zu einem Punkt konzentriert.
Bei Inbetriebnahme der Vorrichtung wird wie folgt vorgegangen. Zunächst wird auf die Schreibtrommel St lichtempfindliches Papier aufgezogen. Dabei wird -die Befestigung zweckmässig so gewählt, @dass der ganze Um fang der Trommel ausgenutzt werden kann. Sodann wird das Messgerät über die Syn chronschalter an die zu messende Strom- oder Spannungsquelle angeschlossen und Üer Pha senschieber erregt.
Nunmehr wird die Licht quelle eingeschaltet und der Phasenschieber zum Beispiel an einem auf den freien Achs stummel aufgesetzten Handrad langsam um 360 gedreht. Dabei nimmt auch die Schreib trommel St an dieser Drehung teil. Gleich zeitig verschiebt sich während dieser einen Umdrehung die Phase,der beiden -Synchron- schalter um 360', so dass stetig aufeinander folgende Punkte der Strom- bezw. Span nungskurve auf die Schreibfläche aufgezeich net werden.
Die Geschwindigkeit, mit welcher der Phasenschieber und die Schreibtrommel ge dreht werden dürfen, hängt ab von der Ein stellgeschwindigkeit des Messinstrumentes und muss so gewählt werden, dass das Instru ment bequem den Veränderungen der auf es einwirkenden Richtkrä=fte folgen kann. Man kann unter Umständen durch ein geeignetes Gesperre, zum Beispiel einen Windfang, eine übermässig schnelle Drehung verhindern.
Man kann auch die Drehung nicht von Hand, son dern durch maschinellen Antrieb vornehmen, indem man zum Beispiel ein Schneckenrad auf den Achsstummel des Phasenschiebers setzt und die Schnecke unmittelbar oder mit telbar durch einen kleinen Motor in Drehung versetzt. Um ein nochmaliges Überfahren der schon aufgezeichneten Kurve zu verhin dern, ist es vorteilhaft, Anschläge oder auto matische Abschaltungen vorzusehen, die nach einem Wege von 360 wirksam werden.
Die beschriebene Vorrichtung ist beson ders geeignet zur Aufnahme sehr schwacher Ströme oder Spannungen, da das Messinstru- ment 1Y1 beliebig empfindlich gewählt wer den kann.
Handelt es sich um die Aufnahme stär kerer Spannungen oder Ströme, dann kann man unter Umständen auf die Komplika- tionder Verwendung lichtempfindlichen Pa- Piers ganz verzichten und ein schreibendes Mess;erät verwenden. Alle Arten von solchen Messgeräten sind für die Vorrichtung geeig net, zumal nur sehr kurze Betriebszeiton in Frage kommen.
Infolgedessen kann man unter Umständen aueb Registriereinrich- tungen benutzen, die für längere Betriebs zeiten ungeeignet sind, zum Beispiel kann man von der infolge der fehlenden Reibung besonders zweckmässigen Funkenregistrie- rung Gebrauch machen, die sich bei kürzeren Betriebszeiten sehr gut bewährt hat.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist in der Fig. 3 dargestellt. Für diese ist ein schreibendes Gleichstrommess- instrument benutzt, das mit.<B>31</B> bezeichnet ist. Unterhalb dieses Gerätes sitzt in einem Ge häuse G die Registriertrommel St, die nach Abnehmen eines Deckels D Herausgezogen werden kann. Unterhalb der Registrier- trommel sind die Synchronschalter mit ihren Zusatzgeräten angeordnet.
Ein seitlich an das Gehäuse G angebauter Kasten enthält den Phasenschieber Ph, dessen Achse mit Schleifringen<I>Seit</I> zur Abnahme der phasen verschobenen Ströme versehen ist und ausser dem die zur Aufnahme der Trommel SG,die- nernde Achse trägt. Über einen Doppelschnek- kentrieb Tr wird der Phasenschieber mit Schreibtrommel von einem Motor ?6T be wegt.
Mit Rücksicht auf die Verwendung eines schreibenden Messgerätes ist die Über setzung so gewählt, dass für einen Umlauf des Phasenschiebers etwa 1 Minute benötigt wird. Durch einen Druckknopfschalter Dlc kann der Motor angelassen werden. Ein mit N bezeichnetes 'Nockenrad auf der Phasen schieberwelle sorgt -dafür, dass der durch den Druckknopf geschlossene Motorstromkreis während einer Umdrehung des Phasenschie bers :aufrecht erhalten bleibt und nach Vollen dung dieser Umdrehung selbsttätig geöffnet wird.
Die zuletzt beschriebene Vorrichtung be darf infolge der Verwendung eines Schreib instrumentes verhältnismässig starker Richt kräfte. Um auch in solchen Fällen, wo diese nicht ohne weiteres zur Verfügung stehen, die Vorrichtung verwenden zu können, kann man beliebige bel@annte Verstärker vor schalten. Insbesondere kann man ein emp findliches Messgerät verwenden und mitdes- sen Hilfe eine Naehlaufvorrichtung steuern, von welcher der Schreibhebel in Bewegung gesetzt wird, Cxeeignete Anordnungen dafür sind bekannt.
Man hat zum Beispiel vorge schlagen, mit Hilfe der Zeigerfahne eines empfindlichen Messinstrumentes ein oder mehrere auf temperaturempfindliche Wi derstände gerichtete Luftstrahlen zu beein flussen. Diese Widerstände sind nach Art einer Briicke geschaltet. Im Diagonalkreis der Brücke liegt ein empfindliches Relais, durch welches ein die Widerstände tragen der Arm entsprechend der vorangegangenen Bewegung des Messgerätzeigers verstellt wird. Mit diesem Arme ist die .Schreibfeder gekuppelt.
Es ist nicht erforderlich, für jede neue Aufzeichnung einen neuen Registrier streifen auf die Trommel zu spannen, wenn man an der Trommel Vorrichtungen zur klit- nahrne eines fortlaufenden ,Streifens vorsieht. Dabei kann man entweder in der üblichen Weise einen fortlaufenden .Streifen von einer Vorratstrommel abwickeln und die beschrie benen Teile auf eine zweite Trommel auf wickeln oder noch besser nach erfolgter Auf nahme abschneiden. Man kann aber auch ein in sich geschlossenes Papierband benutzen, das lose über die Trommel gehängt und von dieser mitgenommen wird.
Mit Rücksicht darauf, dass nach jedem Umlauf der Schreib trommel ein Messvorgang beendet ist, kann man von der üblichen Perforierung der Pa pierränder auch absehen und den Papier streifen zum Beispiel durch Gummiwalzen gegen die Schreibtrommel andrücken und so mitnehmen lassen. Die geringen auf diese Weise möglichen Fehler stören bei der kur zen für eine Messung in Betracht kommen den Streifenlänge nicht.
Es ist nicht erforderlich, dass zur Auf zeichnung der Kurve die Schreibfläche be wegt wird, man kann vielmehr ebensogut die Schreibnflä.che ruhen lassen und das. Mess'gerät bewegen. In besonderen Fällen kann man auch vorteilhaft .mit ruhender Schreibfläche und ruhendem Messgerät arbeiten, wenn näm lich ein Lichtstrahl zur Aufzeichnung der Kurve dient.
In diesem Fall kann man in dem Gang des Lichtstrahls eine Aiblenkungs- vGrrichtung (zum Beispiel Spiegel oder Prisma) anordnen, von welcher .der Licht strahl senkrecht zur Ausschlagrichtung be wegt wird. Diese Ablenkungsvorrichtung muss .dann mit dem Phasenschieber so gekop pelt sein, .dass gleichen Winkelbewegungen des Phasenschiebers gleiche von der Ablen- kungsvorrichtung herrührende Wege des Lichtstrahls entsprechen.
Um -an allen Stellen gleiche Aufzeichnungsschärfe zu haben, emp fiehlt es sich, das lichtempfindliche Papier auf der Innenseite einer Zylinderfläche an zuordnen, in deren Achse sich die Ablen kungsvorrichtung befindet.