Verfahren zur Bestimmung der Grösse und Phase eines Wechselstromes durch Kompensation. Bei der Untersuchung von Wechselstrom widerständen (z. B. mit dielektrischen Ener gieverlusten behafteten Kondensatoren) han delt es sich um die Aufgabe, den im zu un tersuchenden Wechselstromwiderstand flie ssenden, von einer Wechselspannung erzeug ten Strom und seine Phasenverschiebung gegen diese Spannung zu messen.
In man chen Fällen ist es weiterhin erwünscht, die Wirk- und Blindkomponente des von den Eigenschaften des zu untersuchenden Wech- selstromwiderstandes abhängigen Stromes un mittelbar zu ermitteln, um zusätzliche Zwi schenrechnungen und Auswertungsarbeiten zu vermeiden.
Dies lässt sich beispielsweise mit der bekannten, in Bild 1 dargestellten Messanordnung erreichen, bei welcher der im zu untersuchenden Wechselstromwiderstand (Messobjekt M) fliessende, gegen die Span nung<I>U</I> um den Phasenwinkel (p verschobene Strom<B>im</B> einem induktions- und kapazitäts- freien Vorwiderstand Rv zugeführt und der an RV auftretende, dem Strom im verhältnis- und phasengleiche Spannungsabfall Um -<B>im</B> .
Rv mit Hilfe eines komplexen Wechselstrom- kompensators K und eines Nullinstrumentes (Vibrationsgalvanometer VG) ausgemessen wird. Der gompensator K besteht hier aus zwei über einen Widerstand R bezw. Kon densator C an den Spannungswandler T an geschlossenen Schleifdrähten R', R", in denen die gegen die Spannung U um 0 bezw. 90 phasenverschobenen Ströme J', J" flie ssen.
Die Mittelpunkte der Schleifdrähte R', R" sind miteinander leitend verbunden, und es können an den vier Schleifdrahthälften die (zwischen Null und einem positiven oder negativen Höchstwert) stetig regelbaren Spannungen <I>J' . r'</I> und<I>J" . r"</I> abgenommen werden, die durch wechselweises Verstellen der beiden Schleifkontakte von<I>R', R"</I> so eingestellt werden, dass (las Vibrationsgal- vanometer YG stromlos wird.
Das Vektordiagramm in Bild 2 zeigt, dass der nach einem derartigen Verfahren ge znessene Strom
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sich bezüglich seiner Grösse und Phase von dem Strom (J) unterscheidet, der bei Nicht vorhandensein des -\'orwiderstandes Rv (das heisst bei RN = t1,) vorhanden wäre. Diese Tatsache kann dadurch berücksichtigt wer den, dass man die durch den Vorwiderstand R% hervorgerufenen Änderungen der Grösse und Phase von JM berechnet und die Mess- ergebnisse entsprechend korrigiert.
Ein sol ches Vorgehen ist aber recht unbequem, weil dadurch der von vornherein angestrebte Vor teil, die Wirk- und Blindkomponente von JM an den Schleifdrähten R', R" unmittelbar ab lesen zu können, verloren geht.
Um die durch den Einfluss des Vorwider- standes R@. grundsätzlich erforderlichen Kor rekturen zu vermeiden, wird nun im allge meinen Rv- möglichst klein und die Empfind lichkeit der Messanordnung bezw. des Null instrumentes möglichst gross gewählt.
Aber auch dieses Vorgehen bringt in vielen Fällen keinen praktischen Nutzen, insbesondere wenn es sich um eine sehr genaue Messung grosser Phasenverschiebungen von annähernd <B>90'</B> handelt, wie sie bei kondensatorartigen Messobjekten vorliegen, deren Verlustfaktor bezw. Ableitung gemessen werden soll.
Ausserdem bringt die damit verknüpfte Er höhung der Empfindlichkeit des Nullinstru mentes eine entsprechend erhöhte Empfind lichkeit der Messanordnung gegenüber kapa- zitiven und induktiven Störeinflüssen, also andere Unsicherheiten, die sich auf die Ge nauigkeit der Messergebnisse ungünstig aus wirken.
Gegenstand der Erfindung ist ein ein faches, von den genannten Nachteilen freies Kompensationsverfahren zur Bestimmung der Grösse und Phase eines Wechselstromes, das die Wirk- und Blindkomponente des von den Eigenschaften des zu untersuchenden Wech- selstromwiderstandes abhängigen Stromes unmittelbar zu messen gestattet und das An bringen von Korrekturen grundsätzlich nicht erforderlich macht. Dieses Verfahren ist da durch gekennzeichnet, dass der zu messende Strom und mehrere veränderbare, gegenein ander phasenverschobene Hilfsströme gleicher Frequenz in einem Nullinstrument unmittel bar überlagert werden, und dass diese Hilfs ströme so lange geändert werden, bis das Nullinstrument stromlos ist.
Bei diesem Ver fahren ist es besonders zweckmässig, mit zwei veränderbaren, um 90 gegeneinander ver schobenen Hilfsströmen zu arbeiten, die um 0 bis 90 gegen eine an der Messanordnung wirksame Bezugsspannung oder gegen einen in der Messanordnung wirksamen Bezugs strom phasenverschoben sind. Die im folgen den erläuterten Anwendungsbeispiele lassen der der Erfindung zugrunde liegenden Messvorgang erkennen und veranschaulichen weitere messtechnische Einzelheiten.
Bild ä zeigt als erstes An wend.ungsbei- spiel eine Messanordnung, bei der die Wirk und Blindkomponente des im Messobjekt <B>31</B> (z. B. Drosselspule mit Eisenkern) fliessenden Stromes JM unter Vermeidung von Korrek turen gemessen wird.
Der Strom J.#L und zwei stetig regelbare, um 90 gegeneinander ver schobene Hilfsströme JR, Jc werden in dem als Nullinstrument dienenden Vibra,tionsgal- vanometer YG unmittelbar überlagert. Die Ströme JR, JC, die gegen die Bezugsspan nung U um 0 bezw. 90 " verschoben sind, werden einem Spannungswandler T entnom men, der die Schleifdrähte R', R" mit den (mit F gleichphasigen) Strömen J', J" speist.
Die jeweilige Grösse der veränderbaren Hilfs ströme JR, J,.. ergibt sieh aus den an R' und R" jeweils abgegriffenen Spannungsabfällen <I>J'. r', J" .</I> r" und aus dem Obmwiderstand R bezw. kapazitiven Widerstand (1/(o C) des praktisch verlustfreien Kondensators C:
JR=J'.r'.1/R, JC-J",r".()C. Die Teile<I>T, R', R", R,</I> C stellen eine besondere Ausführungsform eines komplexen Wechselstromkompensators dar, die - im Gegensatz zu dem bekannten komplexen Wechselstromkompensator nach Bild 1 zwei (zwischen Null und einem positiven oder negativen Höchstwert) stetig regelbare, um 90 gegeneinander verschobene Ströme (JR und Je) erzeugt.
Diese Ströme werden erfindungsgemäss dem zu messenden Strom Jm im Vibrationsgalvanometer VG unmittel bar überlagert und durch wechselweises Ver stellen der Schleifkontakte von R', R" so lange geändert, bis das Vibrationsgalvano- meter VG stromlos ist.
Wenn die Messanordnung nach Bild 3 noch nicht vollständig abgeglichen ist, fliesst in dem Vibrationsgalvanometer VG ein Strom Jo, der durch die geometrische Dif ferenz der Ströme JM, JR und<B>Je</B> gegeben ist (Bild 4). Bei abgeglichener Anordnung (Jo = 0) ergibt sich das Diagramm nach Bild 5, dem die Beziehungen
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zu entnehmen sind.
Das Anbringen einer Korrektur ist hier - im Gegensatz zu der bekannten Messanordnung nach Bild 1 grundsätzlich nicht erforderlich, weil nach der Abgleichung (Jo = 0) der Spannungs abfall an dem mit dem Messobjekt M in Reihe geschalteten Vibrationsgalvanometer VG ebenfalls gleich Null ist.
Bild 6 zeigt als zweites Anwendungsbei spiel der Erfindung eine Einrichtung zur Messung der Kapazitätsänderung A C und des Verlustfaktors tg ö von kondensatorarti- gen Messobjekten. Der zu untersuchende, mit dielektrischen Verlusten behaftete Kondensa tor CX und der verlustfreie Normalkondensa tor CN liegen in an sich bekannter Weise an der mit einer Anzapfung A versehenen Hoch spannungswicklung W des Transformators T, dessen Primärwicklung an die Wechselspan nung U angeschlossen ist.
Dem für die Mes sung massgebenden Differenzstrom Ju=Jx-JN werden erfindungsgemäss zwei veränderbare, um 90 gegeneinander verschobene Hilfs- ströme JR, <B><I>Je</I></B> in dem als Nullinstrument die nenden Vibrationsgalvanometer YG unmittel- - bar überlagert, von denen der eine (JR,) mit der Bezugsspannung U phasengleich und der andere<B>(Je)</B> gegen U um<B>90'</B> verschoben ist.
Die Ströme JR, <B><I>Je</I></B> werden zwei Hilfswick lungen<I>W', W"</I> -des Transformators<I>T</I> ent nommen, welcher die Schleifdrähte R', R" mit den (mit U phasengleichen) Strömen J', J" speist. Die jeweilige Grösse der Ströme JR, <B><I>Je</I></B> ergibt sich auch hier aus den Glei chungen JR <I>=</I> J'.r'.1/R, JC <I>=</I> J".r".coC. Wenn das Vibrationsgalvanometer VG strom los ist (Jo = 0), ergibt sich das Diagramm nach Bild 7, und es gilt, wie leicht abzu leiten ist,
JR = const. <I>U . r'</I> = const. Verlustfaktor tg Ö, <B><I>Je</I></B> = const. <I>U . r"</I> = const. Kapazitätsände rung A C.
In Bild 8 ist als drittes Anwendungsbei spiel der Erfindung eine Einrichtung zum Prüfen von Messwandlern dargestellt, und zwar eine Stromwandler-Prüfeinrichtung, bei welcher der zu prüfende, durch die Bürde B belastete Wandler T$ in einer an sich bekann ten Differenzschaltung mit einem praktisch fehlerfreien Normalwandler TN verglichen wird,
und bei welcher die beiden aufeinander senkrecht stehenden Komponenten des Dif ferenzstromes JM <I>=</I> J$ <I>-</I> JN als Mass für die auszumessenden Fehlergrössen (Überset zungsfehler iä und Fehlwinkel d) benutzt werden.
Erfindungsgemäss werden hier einem (durch das Widerstandsverhältnis R,/R, ge gebenen) Teil des Differenzstromes Jn, näm lich dem mit JM verhältnis- und phasenglei chen Teilstrom J2 zwei stetig regelbare, um 90 gegeneinander verschobene Hilfsströme JR, <B><I>Je</I></B> in dem - Vibrationsgalvanometer VG unmittelbar überlagert.
Die Ströme JR, <B><I>Je,</I></B> die gegen den Bezugsstrom JN um 0 bezw. <B>90'</B> verschoben sind, werden einem Hilfs- stromwandler TH mit den-beiden Schleifdräh ten R, und Ra entnommen.
Die jeweilige Grösse von Ji; und Jc ergibt sich aus den Beziehungen JR <I>=</I> Ja # r,i # 1IR, <I>.7C = Ja .</I> ri # co Q, und es gilt nach der Abgleichung (Jo = 0), wie ohne weiteres zu erkennen ist, rü = tonst. ii, rd = tonst.
Bei der Messung werden die Teilwiderstände ra und rd in der üblichen Weise so einge stellt, dass das Vibrationsgalvanometer VG stromlos wird (Jo = 0). Dies tritt dann ein (Bild 9), wenn ist. Die Änderung des
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ü- und d-31eU Bereiches ge schieht hier durch Betätigen des Messbereich- wählers W, der das Verhältnis R,/R.. in ent sprechender Weise zu verändern ermöglicht.
Das die Erfindung bildende Messverfah- ren kann, um eine unmittelbare Anzeige oder Aufzeichnung der Messergebnisse zu errei chen, auch so ausgeübt werden, dass die Ab gleiclimittel, die aus zwei Schleifdrähten (R', R") bestehen können, in an sich bekannter Weise durch wattmetrische Geräte selbst tätig so eingestellt werden, dass das Null instrument stromlos wird.