Wechselstromkompensator mit selbsttätiger Abgleichung. Es ist ein Wechselstromkompensator be kannt, bei welchem die beiden Komponenten der zu messenden Spannung unmittelbar durch den Ausschlag zweier Dynamometer dargestellt werden, deren Feldspulen von Strömen durchflossen sind, die gegeneinander um 90 phasenverschoben, aus derjenigen Wechselstromquelle entnommen werden, wel che auch die zu messende Spannung liefert. Die Drehspulen beider Dynamometer sind in Reihenschaltung an die zu messende Wechsel spannung angelegt.
Diese bekannte An ordnung hat den Nachteil, dass die Energie zur Einstellung der Systeme aus dem Mess- kreis entnommen werden muss. Selbst bei weitgehend reibungsfreier Lagerung der Drehsysteme wird demnach ein wenn auch nur geringer Bruchteil der Messspannung nicht kompensiert, und zwar ist dieser Bruch teil um so grösser, je niedriger die Mess- spannung ist bezw. je stärker die Energie entnahme aus dem Messkreis beschränkt ist.
Die Anordnung ist demgemäss nur für solche Fälle brauchbar, wo es sich um die Messung verhältnismässig hoher Spannungen (etwa 10 Volt) handelt und wo ferner die Messspannung nicht bei der geringsten Energieentnahme be reits zusammenbricht. Die Verwendung der Dynamometer zur unmittelbaren Aufzeich nung der kompensierten Werte kommt in folgedessen überhaupt nicht in Frage.
Die oben angeführten Nachteile der bekannten Anordnung lassen sich erfin- dungsgemäss vermeiden, wenn an Stelle der Dynamometer nach Art der Doppelspul- instrumente gebaute Drehtransformatoren treten, deren eine Spule (Kompensations spule) die Kompensationsspannung liefert, während die zweite Spule (Richtspule) von dem Ausgangsstrom eines Verstärkers be- einflusst wird, dessen Eingang im Kompen sationskreis liegt.
Diese Anordnung ermög licht es, von einem Verstärker Gebrauch zu machen, ohne dass an diesen Verstärker be- sondere Anforderungen hinsichtlich Phasen treue, Unveränderlichkeit des Verstärkungs- grades usw. gestellt zu werden brauchen, und die die Kompensationsspannung liefernden Spulen von der Abgabe mechanischer Ver- stellenergie vollkommen zu entlasten. Infolge dessen ist der erfindungsgemässe Kompensa- tor auch für sehr niedrige Spannugen, z. B.
0,01 Volt, ohne weiteres zu verwenden, und ferner kann der drehbare Teil der beiden Kompensationstransformatoren auch mecha nisch belastet sein, so dass die jeweilige Stel lung beispielsweise mit Hilfe üblicher Schreibfedern auf einem Streifen aufgezeich net werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Fig. 1 zeigt ein Schaltungsbild, während in der Fig. 2 an einem Diagramm die elektrischen Vor gänge innerhalb des Kompensators erläutert sind.
Mit K,' und K," sind zwei Eisenkörper bezeichnet, in deren Nuten Erregerwicklun gen SF' und SF" angeordnet sind. Konzen trisch innerhalb der mittleren kreisförmigen Aussparungen der Eisenkörper befinden sich zwei zylinderförmige Eisenkörper KI' und K2" und innerhalb des von den beiden Eisen körpern gebildeten Ringspaltes ist drehbar jeweils ein Doppelspulenpaar S,', S. und S," und 8a" angeordnet.
Die Erregerwicklungen SF und SF" sind über Isoliertransformatoren <I>T'</I> und T" an das Netz<I>U</I> angeschlossen, aus welchem ebenfalls das Messobjekt gespeist wird.
In den einen Erregerkreis ist eine Selbstinduktion L, in den andern eine Par allelschaltung eines ohmschen Widerstandes R und einer Kapazität C geschaltet, und diese Elemente sind so bemessen, dass die Erregerströme beider Systeme um praktisch 90 gegeneinander verschoben sind. S,' bezw. S," sind die die Kompensationsspannungen liefernden Kompensationsspulen. Aus ihnen werden über Isoliertransformatoren TK' und TK" zwei feste Widerstände RK' und RK" gespeist, an denen die Kompensationsspan nungen UK' bezw. UK" abgegriffen werden.
Den die beiden Widerstände RK' bezw. RK" enthaltenden Kreisen ist jeweils noch eine Parallelschaltung von ohmschen Widerstän- den Rv' bezw. BV" und Kapazität Cv' bezw. Cv" zugeordnet,
um die Kompensationsspan nungen UK' bezw. UK" auf eine der jeweiligen Aufgabe entsprechende Grösse zu bringen, das heisst mit andern Worten, den Mess- bereich des Kompensators in gewünschter Weise einstellen zu können..
Die beiden andern Drehspulen Sa' und $z" sind hintereinander in den Ausgangskreis eines Verstärkers Y geschaltet, für den die Energie unmittelbar aus dem Netz U entnommen wird, und dessen Eingang in Reihe mit den Kompensations- widerständen RK' bezw. RK" an der dem Mess- objekt M entnommenen Messspannung Ux liegt.
In Reihe mit den Spulen S..' und S2" liegt noch ein Kondensator CA, dessen Bedeu tung späterhin noch erläutert wird.
Die Wirkungsweise der vorbeschriebenen Anordnung erklärt sich wie folgt: Wenn die beiden Doppelspulenpaare S,', z' und S,", S," in ihrer Mittellage stehen, das heisst derart, dass die von den Erreger wicklungen SF' und SF" im Luftspalt des Eisenkörpers erzeugten Wechselfelder keine Spannung induzieren, so sind auch die Ströme J', J" und die diesen Strömen verhältnis gleichen Kompensationsspannungen UK' und UK" gleich null.
Sobald aber die beiden Doppelspulenpaare aus der oben gekennzeich neten Mittellage um einen bestimmten Win kel @ä bezw. a" abgelenkt sind, werden in den Teilspulen S,' und S," die Ströme J', J" und demzufolge die diesen Strömen ver hältnisgleichen Spannungen UK', UK" er zeugt, die zur Kompensation der am Mess- objekt M wirksamen Spannung Ux dienen.
Die Isoliertransformatoren TK', TK" haben den Zweck, die Spannungsteilerschaltungen RK', Rv', Cv' und RK", RV", Cv", von den Teilspulen S,' und S," zu isolieren.
Wenn die Spannung Ux durch die aus den Spannungen UK' und UK" zusammen gesetzte Gegenspannung kompensiert ist, dann ist der Eingang des Verstärkers Y span- nungslos (Ua = 0). Dann ist auch der Aus- gangsstrom JA des Verstärkers V gleich null und die Teilspulen S.' und S2" erzeugen kein Drehmoment.
Wenn aber dieser Kompensa tionszustand nicht erfüllt ist, dann wirkt am Eingang des Verstärkers eine der jeweiligen Abweichung vom Gleichgewichtszustand ent sprechende Spannung Uo, die im Ausgangs stromkreis des Verstärkers einen der Span nung U, in bezug auf Grösse und Phase ent sprechenden Ausgangsstrom JA und dem zufolge auch Drehmomente der Teilspulen S-' und S2' hervorruft.
Die Richtung dieser Drehmomente wird nun durch entsprechende Anordnung des Wicklungssinnes von SZ' und S-," so gewählt, dass sowohl die Teilspule 8Z die mit ihr verbundeneSpule S,', als auch die Spule ,S-," die mit ihr verbundene ,Spule S," so lange verdrehen, bis die Spannungen' UI"' und Ux" eine solche Grösse haben, dass,
UA kompensiert wird. In diesem Falle tritt ein stabiler Gleichgewichtszustand bei beiden Instrumenten auf.
Würde man nämlich bei spielsweise von Hand dasi @Spulenpaar Si, SZ aus der Gleichgewichtslage auslenken,dann würde infolge der Gleichgewichtsstörung im Kompensationskreis eine Eingangsspannung Uo und daher auch ein Ausgangsstrom J4 erzeugt worden, der @das-Spulenpaar S1',
8z' wieder in die dem Kompensationszustand entsprechende .Stellung zu bringen versucht. Diese Wirkung tritt immer auf, .gleichgültig, ob man das @Spulenpaar S',', S2' nach rechts oder links aus seiner dem Kompensations zustand entsprechenden ,
Stellung durch will- 'kürliehen Eingriff ablenkt. Bei entsprechen- .der Wahldes Verstärkungsgrades kann selbst bei erheblichen Reibungswiderständen der Doppeldrehspule eine praktisch vollkommene Kompensation herbeigeführt werden.
Der Kondensator CA hat für die oben erläuterte Wirkungsweise an sich keine Bedeutung. Er ist aber zweckmässig, weil man mit ihm die Drehmomente erheblich steigern kann. Die beiden hintereinander geschalteten Teil spulen S'.2' und b''2' besitzen nämlich ausser dem Ohmschen auch noch einen bestimmten induktiven Widerstand, der den Ausgangs strom J9 schwächt.
Durch Anordnung des Kondensators CA kann man den induktiven Widerstand von S'2' und 8'2" -durch .den ka- pazitiven Widerstand .des Kondensators CA nach bekannten Gesetzen (Resonanzschal tung)
ausgleichen und dadurch bei einer .ge gebenen Eingangsspannung U" den Aus gangsstrom JA und die von ihm hervor- gerufenen Drehmomente rS'z' und S'," auf einen Höchstwert bringen, wodurch sich na türlich eine besonders sichere Einstellung ergibt. , In der F'ig. 2 ist das Vektordiagramm ,
des beschriebenen Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegensta ndes dargestellt. Mit I bis IV ist das Achsenkreuz bezeichnet. 0' und 0" sind die von den,
Strömen Jr' bezw. Jr" .erzeugten Primärfelder in den Drehtransfor- matoren. Infolge der in den Eisenkörpern hervorgerufenen Hysterese und Wirbelstrom- verluste sind die magnetischen Flüsse um die Phasenwinkel e' b*w. E' nach <RTI
ID="0003.0134"> rückwärts verschoben, und, zwar erfahrungsgemäss um etwa 1/2 bis, 1 .Solange die Messanordnung noch, nicht abgeglichen ist, liegt am Ver stärker die Eingangsspannung Uo, -die durch ,
die geometrische Differenz der zu prüfenden Spannung
EMI0003.0146
und der Vergleichspannung
EMI0003.0148
gebildet wird und in. die beiden Komponenten Uo' <I>=</I> Ug <I>- U</I><B>2</B> und uo" - Ux' - UK' zerlegt werden kann.
Bei dem in der Fig. 2 als. Beispiel an genommenen Sonderfall ,sind die Phasen- verhältnisse zwischen:
den einzelnen Strömen und magnetischen Flüssen so gewählt, dass einerseits der Winkel zwischen U" und JA gleich<B>90'</B> wird, und dass, anderseits die Phasenverschiebung zwischen, den Strömen <B><I>JF',</I></B> JF' bezw. zwischen den von. däesenl Strö- men erzeugten: magnetischen Flüssen 0' und 0" gleich 90 o ist.
Bezeichnen (p' und (p" die Phasenwinkel zwischen JA und 0' bezw. JA und 0", so ergeben sich die Drehmomente, die auf die Drehspulen S,', 8a' und S,", SZ" einwirken aus den Gleichungen <I>D'</I> = const . 0' . JA . cos T' und D" = const. 0'. JA . cos p".
Die in den Spulen S,' und S," fliessenden Ströme sind gegenüber dem Strom JA<B>UM</B> so kleiner, je grösser der Verstärkungsgrad des Verstärkers ist. Sie können aber in keinem Fall ein Drehmoment ausüben, da die Trans formatoren TK' und TK" infolge der Aus gleichkondensatoren Cv' bezw. Cv" rein ohmisch belastet und die Ströme deshalb in der Phase um 90 gegen die Feldströme<B>JF',</B> bezw. JF" verschoben sind.
Hieraus folgt, dass D' der ersten Spannungskomponente Uo' und D" der zweiten Spannungskomponente U, J' in bezug auf Grösse und Richtung ent spricht. Die Drehrichtungen von S,', S2' und sind so gewählt, dass die Spannungen UK' bezw. UK" bezw. die Ablenkungswinkel a' und a" im Sinne der angestrebten Kompen sationseinstellung verändert werden.
Dabei ist das jeweilige Drehmoment D' oder D" der jeweiligen Grösse von Uo' bezw. Uo", also der jeweiligen Abweichung vom Kompensations- zustand proportional. Ein Überschwingen oder Pendeln des mit den Drehspulen ver bundenen Anzeige- oder Schreiborganes lässt sieh durch eine ausreichende, zweckmässig magnetische Dämpfung vermeiden. Trotzdem kann eine Einstellzeit von etwa 0,5 Sek. er reicht werden.
An Stelle der im Ausführungsbeispiel dar gestellten Kunstschaltungen zur Erzielung der um 90 gegeneinander phasenverscho benen Erregerströme JF bezw. JF" können auch andere geeignete Schaltungen benutzt werden; insbesondere kann man auch einen Drehfeldphasenschieber dazu verwenden. Wenn diese Erregerströme JF und JF" sinus- förmig verlaufen, dann werden die Grund wellen der in der Massanordnung wirksamen Ströme und Spannungen zur Messung heran gezogen, während die Oberwellen unberück sichtigt bleiben.
Wenn ein sinusförmiger Verlauf der Erregerströme nicht voraus- gesetzt werden kann, dann kann man die bei Wechselstromkompenoationsmemungen im all gemeinen erwünschte Grundwellenselektivi- tät dadurch erreichen, dass vor den Röhren verstärker Y eine mehrgliedrige Siebkette ge schaltet wird, welche die in den Spannungen UK' bezw. UK" enthaltenen Oberwellen von dem durch die Drehspulen und den Röhren verstärker gebildeten Nullindikator fernhält.
Spannungsschwankungen der Stromquelle U gehen in das Massergebnis deswegen nicht. ein, weil sie in gleicher Weise die Mass- spannung Ug und die Kompensationsspan- nungen UK' und UK" verändern.
Daneben ändert sich allerdings auch noch der Ver stärkungsgrad des Verstärkers Y. Da es sich aber um eine reine Nullmethode handelt, wird dadurch lediglich die Grösse der Dreh momente D' und D" und somit die Einstell zeit der drehbaren Instrumententeile be einflusst.
Wie oben bereits erwähnt, eignet sich der erfindungsgemässe Kompensator zur Ver stärkung auch sehr niedriger Spannungs werte oder ,gibt eine vollautomatische Auf zeichnung der beiden Komponenten der Massspannung.
Man kann den Kompensator gemäss der Erfindung zum Beispiel anwenden zur Auf zeichnung der Kapazität und des Verlust- faktors von Kondensatoren, Kabeln, Hoch spannungsapparaten in Abhängigkeit von der Zeit, Temperatur und dergl. ("Archiv für technisches blassen", Lieferung 67, Januar 1937;
J 94-7). Man kann ferner ,Spannung und Frequenz messen mit Hilfe von spannungs- bezw. frequenvempfindlichen Brückenschaltungen, die selbsttätig von dem Kompensator abgeglichen werden.
Man kann sehr kleine Widerstandsänderungen, zum Beispiel bei der Temperaturmessung mit Wechselstrom gereiste Widerstandsthermo- meter auch bei schnellem Verlauf aufzeichnen und auch Masswerte mit Hilfe stetig regel barer Gegeninduktivität, die von Massinstru- menten ,gesteuert werden,
fernübertragen.
Der an sich verhältnismässig einfache Aufbau des Kompensators kann in dem häufig vorkommenden Fall, dass die 1VXess,- spannung UX eine bestimmte unveränderliche Phasenlage hat, noch wesentlich vereinfacht werden,
weil dann nur eine Abgleichrich- tung zu berücksichtigen ist und nur ein ein ziges Doppelspulgerät vorgesehen zu werden braucht.