<B>Elektrische</B> Messeinrichtung <B>mit aus einem mechanischen, durch einen</B> Synchronmotor <B>angetriebenen Druckkontakt.</B> Die Erfindung bezieht sich auf eine elek trische 3lesseinrichtung mit aus einem mecha nischen, durch einen Synchronmotor angetrie benen und als Gleichrichter vor ein Gleich strominstrument geschalteten Druckkontakt. Eine derartige Einrichtung ist bereits zur Ermittlung der Magnetisierungskennlinien von Ringkernen verwendet worden, wobei der Druckkontakt durch einen als Synchronschal ter ausgebildeten Schwinggleichrichter gebil det wird.
Gemäss der Erfindung wird diese bekannte Messeinrichtung zur vektoriellen Messung benutzt, indem der Kontakt gegenüber dem Stator des Synchronmotors verdrehbar ist, so dass der Schliess- und öffnungszeitpunkt bezüglich der Phasenlage des Rotors des Synchronmotors verstellbar ist und damit der Phasenwinkel der Messgrösse in bezug auf diejenige des Rotors feststellbar ist und aus dem Ausschlag des Gleichstrominstrumentes die Amplitude der Messgrösse ermittelt werden kann.
Dadurch wird ein Vektormesser ge schaffen, mit, dem es unmittelbar möglich ist, Phasenwinkel zu messen. Die genaue vekto- rielle Messung ist aber nur mit einem Kon taktgerät möglich, bei dem die Skala der Kontaktverdrehung genau winkeltreu mit der Verdrehung der Kontaktschliesszeit ist.
In der Zeichnung sind Ausführungsbei spiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Dar- stellung des Gerätes, die in Verbindung mit den Kurvendarstellungen Fig. 2 und 3 zur Erläuterung des Messprinzips dient. Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Gerätes mit zwei Kontakten, Fig. 5 und 6 die konstruktive Ausbildung desselben Ge rätes. Die Fig. 7 bis 10 zeigen schematisch verschiedene andere Möglichkeiten der Kon taktausführung.
Ein weiteres Ausführungs beispiel ist schliesslich in den Fig. 11 und 12 dargestellt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist an ein Wechselstromnetz 1 ein lfessstromkreis angeschlossen. Dieser enthält einen Schutz widerstand 2, ein Gleichstrommessinstrument 3, vorzugsweise ein Drehspulinstrument, und einen Kontakt 4. Dieser Kontakt wird von einem Exzenter 5, der von einem Synchron motor 6 angetrieben wird, in regelmässigen Abständen geschlossen und durch eine Feder wieder geöffnet. Der Synchronmotor läuft beispielsweise bei 50 Perioden mit 3000 Um drehungen in der Minute und schliesst den Kontakt entsprechend häufig.
Durch die Ausbildung des Exzenters 5 kann man dafür sorgen, dass der Kontakt 4 innerhalb jeder >Umdrehung für eine bestimmte Zeit (Kon taktzeit) geschlossen bleibt. Für die folgen den Ausführungen wird angenommen, dass diese Kontaktzeit gleich einer halben Periode der Wechselspannung des Netzes 1 ist. Der Exzenter soll zunächst einmal so eingestellt sein, dass die Kontaktschliessung gerade im Maximalwert der positiven Halbwelle und die Kontaktöffnung im Maximalwert der negativen Halbwelle erfolgt (Fig. 2).
Dies bedeutet, dass dem Messinstrument 3 die schraffierten Teile der positiven und nega tiven Halbwelle zugeführt werden, die unter einander flächengleich sind, aber entgegenge setzte Richtung haben, so dass sich ihr Ein fluss auf das Messinstrument 3 aufhebt. Das Messinstrument zeigt infolgedessen keinen Ausschlag.
Es wird weiter angenommen, dass es durch irgendwelche später erläuterte kon struktive Einrichtungen möglich ist, den Exzenter 5 auf der Welle des Motors 6 zu verdrehen, derart, dass der Kontakt 4 zu einer andern Zeit innerhalb jeder Umdrehung ge schlossen wird. Wenn man auf diese Weise die Kontaktzeit beispielsweise derart ver schiebt, dass sie vollständig mit der positiven Halbwelle der Netzwechselspannung zusam menfällt (Fig. 3), so gelangt diese ganze Halbwelle auf das Messinstrument 3, das infolgedessen den maximalen Ausschlag an zeigt. Durch andere Einstellung des Exzen ters ist es möglich, jeden beliebigen Teil aus der Wechselspannungskurve herauszuschnei den und dem Messinstrument 3 zuzuführen.
Durch Verschiebung der Kontaktzeit kann man also die Phasenlage des Köntaktschlusse" im Vergleich zur Netzwechselspannung will kürlich ändern. Wenn man nun an der Ein richtung zur Verstellung des Exzenters eine CTradeinteilung anbringt, so kann man daran sofort die Phasenlage zwischen der Netz spannung und der Schliessungszeit des Kon taktes 4 direkt ablesen.
In Fig. 4 ist nun in perspektivischer An sicht ein Kontaktgerät mit zwei Kontakten dargestellt. Die Einzelteile sind der besseren Übersicht halber in axialer Richtung weit aus einandergezogen. In Wirklichkeit sind alle Teile sehr gedrängt zusammengebaut, wie dies die Konstruktionszeichnung Fig. 5 und 6 des selben Gerätes erkennen lässt. Das Gerät be sitzt, wie schon erwähnt, zwei Kontakte, die gelegentlich für besondere Messungen benö- tigt werden. Unter Bezugnahme auf diese drei zusammengehörigen Abbildungen wird nun folgendes ausgeführt:
Dieses Gerät. ist im wesentlichen symme trisch zur Motorwelle aufgebaut und mit zwei exzentrischen Druckkontakten 37, 38 verse hen. Im untern Teil des Gerätes befindet sich der Synchronmotor 29. Die Welle 31 des Motors ist bei 32, 33 und 34 gelagert. Auf dieser Welle laufen zwei Exzenter 35, 36 um. Diese bewegen die exzentrisch zur Mittelachse liegenden Kontaktblattfedern 37, 38, welche in Fig. 5 nur verkürzt sichtbar sind, da sie in ihrer Längsausdehnung senkrecht zur Bild ebene liegen. Sie entsprechen dem in Fig. 1 mit 4 bezeichneten beweglichen Kontaktteil.
Die festen Gegenkontakte sind mit Hilfe der Stellschrauben 39, 40 auch während des Betriebes verstellbar, so dass dadurch die Kontaktzeit eingestellt werden kann.
Die Blattfedern 37 bzw. 38 mit ihren Stellschrauben 39 bzw. 40 sind an den dreh baren Teilen 41 bzw. 42 befestigt, von denen der Teil 41 eine 360 -Skala 43 und der Teil 4.\2 eine Marke 44 trägt. An ihrem Rande sind die Teile 41 bzw. 42 als Drehgriffe ausgebil- det, wie dies Fig. 6 zeigt. Um den Teil 41 legt sieh ein weiterer drehbarer Teil 45, der seinerseits eine Marke 46 besitzt. Der An schluss der Kontakte 37. 38 erfolgt über Schleifringe und Bürsten, die aber in Fig. 4, der besseren Übersicht halber, nicht einge zeichnet sind.
Zwei Arretierungen 48, 49 ermöglichen es, je einen der Gehäuseteile 41, 45 festzustellen, so dass nur der andere ge dreht werden kann.
Es soll nun beispielsweise mit Kontakt 37 die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom eines Wechselstromnetzes gemes- sen werden. Dies geschieht in folgender Weise: Zunächst ist der Kontakt 37 und das Gleich strominstrument 20 mit dem Umschalter 21 an die Sekundärwicklung eines Spannungs wandlers angeschlossen. Teil 41 mit der Skala 43 und der Kontaktfeder 37 wird in eine solche Lage gebracht, dass das Gleichstrom instrument 20 den Ausschlag Null zeigt. Die Nullstelle der Skala 43 wird mit der in diese Lage gedrehten Marke 46 festgehalten.
So dann wird die Phasenvergleichsgrösse an das Instrument gelegt, das heisst mittels des Um schalters 21 wird der Messstromkreis an die Sekundärseite eines Stromwandlers ange schlossen und Teil 41 wird wieder so weit gedreht, bis das Instrument Nullausschlag zeigt. Der Winkelbetrag von der Nullstelle der Skala bis zur Marke 46 entsprechend der ersten Nullstelle der Skala ergibt den gemes senen Phasenwinkel, in Fig. 6 z. B. 71,5 .
Die Messung mit dem mit Teil 42 und der Marke 44 verbundenen Kontakt 38 geht ent sprechend vor sieh. Zunächst wird bei Null ausschlag des Instrumentes der Nullpunkt der Skala 43 mit der Marke 44 zur Deckung gebracht, sodann bei der zweiten Messung Teil 42 mit der Marke 44 gedreht und an der Skala 43 der Winkelbetrag der jetzigen Stel lung der Marke 44 abgelesen, in Fig. 6 z. B. 6 . Bei der Messung der Grösse der Vektoren werden die Kontakte auf grössten Instrumen tenausschlag gedreht. Das Instrument zeigt dann den arithmetischen Mittelwert der Messgrösse an.
Sämtliche verdrehbaren Teile in Fig. 5 bzw. 6 sind durch elastische Fede rungen gegen ungewollte Verdrehungen ge sichert. Alle Kontakte sind natürlich von den übrigen Teilen isoliert.
In den Fig. 7 bis 10 sind nun schematisch verschiedene Einzelheiten und Modifikationen des Gerätes gezeigt.
In Fig. 7 ist eine Blattfeder 11 in Seiten ansicht gezeigt, die senkrecht zur Bildebene etwa trapezförmige Gestalt haben kann. An einem Ende trägt sie den beweglichen Kon takt. 1.2, und ihr anderes Ende ist an dem. Trägergestell 13 befestigt. Unter ihr befindet sich eine Dämpfungsfeder 14, welche bei der Bewegung der Blattfeder 11 auf ihr etwas hin und her gleitet. Eine zweite Blattfeder 15 trägt den feststehenden, durch. die Stell schraube 16 einstellbaren Gegenkontakt. Die Welle 17 des nur durch eine Wicklung 18 angedeuteten Synchronmotors, z.
B. in der Grössenordnung des Motors der bekannten elektrischen Synchronuhren, trägt unmittelbar an ihrem Ende einen Kurbelzapfen 19, wel- eher bei einem 50periodigen Netzanschluss mit 3000 Touren umläuft - und die periodi sche Öffnung und Schliessung des Kontaktes durch Abheben der Blattfeder 11 bewirkt. Läuft der Kurbelzapfen entgegen dem Uhr zeigersinne weiter, so drückt er die Blattfeder herunter und öffnet den Kontakt. Entfernt er sich von der Feder, so schliesst sich der Kontakt. Die Welle 17 ist so nahe wie mög lich an den Kontakt herangerückt, um prell freies Öffnen und Schliessen des Kontaktes zu erzielen.
Aus dem gleichen Grunde muss die Blattfeder 11 eine möglichst hohe Eigen frequenz aufweisen, das heisst, bei gegebener Federung eine mögliehst kleine Masse haben. Das Trägergestell 13 ist um die Achse der Welle 17 genau zentrisch und spielfrei dreh bar, wodurch die Phasenlage der Kontakt schliesszeit einstellbar ist. Die Exzentrizität des Kurbelzapfens 19 beträgt etwa 0,5 bis 1 mm, der Durchmesser der Kontakte nur wenige Zehntelsmillimeter. Der Kontaktdruck ist etwa 5 bis 10 Gramm. Das Drehmoment des antreibenden Motors muss dabei etwa 1 g/em sein.
Damit die Schwankung des Kontaktwiderstandes keinen grösseren Ein- fiuss als 0,1% auf das Messergebnis hat, muss der Widerstand des Messkreises mindestens 20 Ohm sein. Wird die Feder aus Silber oder silberplattiertem Stahl angefertigt und der Kurbelzapfen aus poliertem Stahl, so ist der Reibungskoeffizient besonders gering. Die Blattfeder kann dann auch unmittelbar als Kontakt benutzt werden, und ein eventueller Metallabrieb durch den Kurbelzapfen bedeu tet keine Gefahr der Verschlechterung der Kontaktgabe.
Durch die Stellschraube 16 lässt sich die Kontaktschliesszeit -vor jeder Messung mit einer Genauigkeit von 0,1% auf den gewünschten Wert, das heisst auf 180 , einstellen. Diese Einstellung kann dadurch erfolgen, dass eine Gleichstrom-Hilfsspannung von einigen Volt über einen grossen Wider stand und über den Druckkontakt an das Drehspulinstrument gelegt wird.
Regelt man den Widerstand so, dass bei dauernd geschlos senem Kontakt das Instrument Vollausschlag zeigt, so ist bei arbeitendem Kontakt der Bruchteil des Vollausschlages des Instrumen tes gleich dem Bruchteil der Kontaktzeit. Zum Beispiel zeigt das Instrument bei 180 Kontaktzeit halben Ausschlag.
Damit bei der Verdrehung des Träger gestelles die Phase der Kontaktschliesszeit genau mit dem Verdrehungswinkel gleich laufend ist, muss der antreibende Synchron motor genügend stark sein und eine ausrei chende Schwungmasse auf der Welle haben.
Will man den Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung des in Fig. 7 dargestell ten Wechselstromnetzes feststellen, so eicht man- zunächst mit der beschriebenen Gleich stromschaltung die Kontaktschliesszeit. So dann dreht man das Trägergestell 13 bei laufendem Synchronmotor so lange, bis das Instrument 20 in die Nullstellung gelangt und markiert die Lage des Trägergestelles 13. Sodann nimmt man die Umschaltung auf die andere Vergleichswechselstromgrösse, das heisst an- einem Stromwandler vor und wiederholt den gleichen Vorgang. Fig. 7 zeigt nur die Schaltung für .die Spannungsmessung.
Die Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stellung des Trägergestelles ergibt den Pha senwinkel zwischen den beiden Wechselstrom- grössen.
In den Fig. 8 bis 10 sind weitere Ausge staltungen des soeben beschriebenen Kontakt gerätes schematisch dargestellt. Nach Fig. 8 befindet sich zwischen der Halterung der Lager des Rotors 21 des Synchronmotors und der Halterung 22 der Kontaktfeder 11 und der nicht sichtbaren Kontaktfeder 15, welche den von der Kurbelwelle 23 betätigten Kon takt bilden, ein Gleitsitz 24, welcher stets ein unvermeidliches -Spiel mit sich bringt. Dies vermeiden die Ausführungen nach Fig. 9 und 10, indem die Lager des Rotors 21 in dem gleichen Gehäuseteil 25 angeordnet sind, in dem die Halterung für die Kontaktfedern 11 und 15 befestigt ist.
Der Gleitsitz des Ge häuseteils 25 auf seinen Haltearmen 26 mit seinem unvermeidlichen Spiel hat hier keinen Einfluss auf die gegenseitige Lage der Kur belwelle 23 zum Kontakt. Es kann hier bei der Verdrehung des Gehäuseteils 25 die Kontaktzeit nicht beeinflusst werden, weil das Gehäuseteil diese beiden Teile starr miteinan der verbindet. Auf den Haltearmen 26 des Gehäuseteils 25 kann dann die Skala für die Kontaktverdrehung und an dem Gehäuseteil selbst die Marke für die Ablesung der Pha senlage angebracht werden.
Nach Fig. 9 grei fen die Halterungsteile des einen Lagers der Motorwelle durch den Luftspalt des Synehron- motors hindurch, während nach. Fig. 10 der Rotor 21 des Synchronmotors fliegend ange ordnet ist. In allen dargestellten Fällen erfolgt. der Antrieb des Druckkontaktes un mittelbar über die als Kurbel ausgebildete Motorwelle 23. Der Antrieb kann jedoch, ins besondere wenn mehrere Druckkontakte Ver wendung finden, auch durch eine Exzenter- welle erfolgen.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 5 und 8 bis 10 lassen erkennen, dass es für den Aufbau des Kontaktgerätes vorteilhaft ist, die Kontaktanordnung ober halb des Synchronmotors anzubringen.
Das Kontaktgerät kann als Einheit in das Gleichckrominstrument eingebaut werden oder mit sonstigen Messapparaten zusammengebaut werden. Die beschriebene Messeinriehtung kann zur Untersuchung von Wechselstrom widerständen, Umspannern, Messwandlern und Wechselstrom- bzw. Drehstrommaschinen in sonst an sich bekannten Schaltungen dienen.
Es lassen sich Leerlaufstrom, Grundwelle und Oberwellen, Eisenverluste, Windungs- zahl, Kurzschlussspannung, Wirkungsgrad, Übersetzungsverhältnis, Spannungsabfall im Betrieb, Widerstandserhöhung der Wicklun gen durch Wirbelströme und die Fehler von Spannungs- und Stromwandlern mit dieser Einrichtung messen ohne Zuhilfenahme von Strom- und Spannungsmessern, Wattmetern,
Oszillographen und Vibrationsgalvanometern. Durch den Vektormesser gemäss der Erfin dung wird für die Wechselstrommesstechnik ein Messgerät höchster Genauigkeit und allge meiner Verwendbarkeit geschaffen.
Das bisher beschriebene Kontaktgerät lässt sich noch dadurch verbessern, dass der den Messkontakt steuernde Rotor des Synchron motors ein so grosses Trägheitsmoment hat, dass trotz des pulsierenden, antreibenden Drehmomentes die Schwankungen der Win kelgeschwindigkeit des Rotors nahezu ausge glichen sind. Pendelungen der Drehbewegung des Rotors werden dabei durch eine auf dein Rotor angebrachte Dämpfung unterdrückt. Die weiteren Verbesserungen werden. im fol genden an Hand des in den Fig. 11 und 12 dargestellten Ausführungsbeispiels beschrie ben.
Bei dem Kontaktgerät sind nach Fig. 11 zwei auf dieselbe Welle 11 arbeitende, über einander angeordnete Synchronmotore 12, 13 vorgesehen, die einphasig an ein Netz ange schlossen sind. Der obere 3Iotor 12 wird nur kurzzeitig zum Anwerfen eingeschaltet, wäh rend der untere Motor 13 im synchronen Betrieb eine unveränderliche Phasenlage seines Rotors 14 gegenüber der antreibenden Spannung hat.
Der Rotor 15 des obern Anwurfmotors be steht aus drei Stahlscheiben, der Rotor 14 des untern Arbeitsmotors jedoch aus weichem Eisen, welches eine sichere Phasenlage des Rotors ergibt. Zum Anlassen wird mit einem Anlassdruekknopf die gesamte Erregerspan nung an die Spule des Anwurfmotors gelegt. Nach Loslassen des Druckknopfes liegt die Spannung an der Spule des Arbeitsmotors. Infolge der grossen Schwungmasse braucht die Welle 11 einige Sekunden, um auf Synchronismus zu kommen.
Damit bei der Messung von Phasenwinkeln keine Fehler auftreten, ist es erforderlich, dass die Welle 11 mit konstanter Winkel geschwindigkeit rotiert. Dies ist nicht ohne weiteres der Fall, weil auf den Rotor 14 des Arbeitsmotors von seinem Erregersystem 16 kein zeitlich konstantes, sondern ein stark schwankendes, zeitweise sogar bremsendes Drehmoment. ausgeübt wird. Damit trotz dieses pulsierenden Antriebes die Welle 11 vollkommen gleichmässig rotiert, ist eine grosse Schwungmasse 17 erforderlich. Diese Schwungmasse ist so konstruiert, dass ihr Trägheitsmoment möglichst gross, ihr Gewicht jedoch möglichst klein ist. Dies wird durch einen verhältnismässig grossen Durchmesser der Schwungmasse erzielt.
Ausserdem. ist die Sehwungmasse so angeordnet, da.ss ihr Schwer punkt angenähert mit der untern durch ein G lasplättehen gebildeten Lagerstelle 18 der Welle 11 zusammenfällt. Um das Pendeln der Welle 11 im Betriebe zu vermeiden, ist die Schwungmasse mit einer Flüssigkeitsdämp fung (Quecksilber, Wasser, Öl oder Petroleum in dem Hohlraum 19) versehen, welche durch innere Reibung etwaige entstehende Pende- lungen der Welle schnell abdämpft.
Um beim Drehen des den Messkontakt tragenden Kontaktkopfes 20 die Winkellage der Welle 11 gegenüber dem feststehenden Erregersystem 16 nicht ändern zu müssen, was Fehler bei der Phasenwinkelmessung zur Folge haben würde, darf sieh die Lage der Achse, um welche die Welle 11 rotiert, beim Drehen des Kontaktkopfes 20 nicht im Raum, das heisst nicht. gegen die Erregerpole, seitlich verschieben. Dies lässt sich dadurch erreichen, dass die Lagerung des Kontaktdrehkopfes 20 im Tragring genau zentrisch mit der Achse der Welle 11 ist.
Man kann die Anforderun gen an die Genauigkeit dieser zentrischen Lagerung dadurch beseitigen, dass das Er regersystem 16 nicht, wie in Fig. 11 gezeich net, mit Bolzen 22 am Gehäuse, sondern auf dein die Lagerung der Welle 11 tragenden und in dem Kontaktdrelikopf 20 auswechsel bar eingesetzten rohrförmigen Gehäuse 23 be festigt wird, so dass es seitliche Bewegungen des Gehäuses mitmacht, aber an der Drehung beispielsweise durch einen langen Hebel mit Anschlag gegen ein feststehendes Gehäuseteil gehindert wird.
Zur Vermeidung von Änderungen der Kontaktzeit beim Drehen des Kontaktkopfes 20 werden die Lager 24 und 25 der Welle 11 durch das in dem Kontaktkopf sitzende rohr- förmige Gehäuse 23 mitgedreht. Das rohr- förmige Gehäuse 23 selbst trägt dazu beider seitig die Lager 24, 25 und 18 der Rotorwelle 11 und ist durch den Luftspalt der beiden Synchronmotoren hindurchgeführt. Ausserdem ist. es noch erforderlich, dass das Lagerspiel in den z. B. aus Hartgewebeplatten bestehen den Lagern 24, 25 klein ist, z. B. nicht grösser als 1/10o mm.
Zur Schmierung sind diese Lagerplatten mit öl getränkt. Ausserdem. ist unter ihnen ein ölgetränktes Watte- oder Filzpolster angeordnet.
Um zu erreichen, dass die Winkellage der Welle 11 gegenüber der Spannung bzw. dem Strom der Spule des Motors 13 fest und unverändert ist, müssen die mechanischen Verluste bei der Rotation der Welle 11 mÖg- lichst klein und das Erregersystem 16 mög lichst stark sein. Trotzdem tritt durch die Erwärmung der Spulen bei gegebener Erre gerspannung eine Verschiebung des Erreger stromes durch die Erhöhung des Ohmschen Widerstandes der Spulen ein und dement sprechend eine Änderung der Winkellage der Welle 11 gegenüber der Erregerspannung auf. Diesen Einfluss, wie auch den Einfluss von Schwankungen der Erregerspannung bzw.
des Erregerstromes, kann man in bekann ter Weise durch vor- und parallel geschal tete spannungsabhängige und stromabhängige Widerstandselemente kompensieren. Eine wei tere Festigung der Winkellage erzielt man dadurch, dass man dem Erregerstrom in den Spulen statt der sinusförmigen eine spitze l.,',urvenform gibt, beispielsweise durch Vor schalten gesättigter Eisendrosseln. Durch die angedeuteten Mittel ist es möglich, Phasen winkelmessungen mit einer Genauigkeit von 0,1 elektrischen Graden auszuführen.
An eine Grundplatte 26 ist der Tragring 21 angeschraubt. Der Tragring bildet mit sei nem obern Teil die Führung für den Kontakt drehkopf 20, in den das rohrförmige Gehäuse 23 der Welle 11 eingesetzt ist. Der Dreh kopf kann durch die an seinem Umfang vor gesehene Riffelung 27 mit der Hand gedreht werden. Auf seiner Oberseite ist eine Skala 28 angebracht. Auf dem Tragring 21 läuft ein weiterer, mit Hilfe einer Riffelung 29 vierdrehbarer Ring 30, von welchem ein einen Zeiger 31 tragendes Stück 32 bis zur Skala 28 hinaufragt. Der Zeiger 31 besteht nach Fig. 12 von oben gesehen aus einer Strich marke ( Nullmarke ), an der die Verdrehung des Kontaktkopfes 20 bzw. der Skala 28 abge lesen werden kann.
Die Marke 31 lässt sich mit der im Stück 32 sitzenden. Kordelschraube 33, welche den Drehring 30 gegen den Trag ring 21 presst, feststellen.
In dem Kontaktdrehkopf 20 ist ein Hohl raum bzw. eine nach aussen hin abgeschlos sene Kammer 34 vorgesehen, die nach oben durch eine Glasplatte 35 staubdicht abgeschlos sen ist. In dieser von oben einzusehenden Kammer befindet sieh der :Vlesskontakt (vgl. Fig. 12) und kann darin beobachtet werden. Er besteht aus einer Goldspitze 36, welche an einem um den Drehzapfen 37 vierdreh baren Hebel 38 befestigt ist. Letzterer wird durch die Schraubenfeder 39 gegen die Stirn fläclie der Stellschraube 40 gedrückt. Die Stellschraube 40 ist nach aussen herausge führt und kann hier gedreht werden, wodurch sieh die Kontaktschliesszeit in den Grenzen zwischen 0 und 360 einstellen lässt.
Die Kontaktfeder 41 aus Stahlblech ist. in einem Klötzchen 42 durch ein Keilstüek festge spannt, und zwar so, dass sich ihre mit. einem Goldplättchen belegte Spitze etwa mit einem Druck von 5 g gegen die Kontaktspitze 36 legt. Auf der Welle 11 ist ein Kurbelzapfen 43 aus poliertem Stahl. befestigt, welcher bei der Rotation der Welle 1.1 die Feder 41 peri odisch von der Spitze 36 abhebt.
Damit die Messungen mit der grossen Cxenauigkeit guter Drehspulinstrumente aus- geführt werden können, ist, es erforderlich, dass das öffnen und Schliessen des -LNIesskon- taktes mit grosser Genauigkeit und Regel mässigkeit und ohne Prellungen vor sich geht. Zur Vermeidung von Prellungen bei der Kontaktgabe ist die Kontaktfeder 41 mit einem dämpfenden Überzug 44 aus Gummi oder dergleichen versehen. Die Schwankungen des Kontaktwiderstandes müssen etwa 100- bis 1000mal kleiner als der wirksame Eigen widerstand des Messkreises sein.
Dies lässt sich bei kleinen Kontaktdrucken von etwa 5 g durch die Verwendung von Edelmetallen an den -Kontaktstellen, z. B. Silber, Silber legierungen, Gold, Platin, Platin-Iridium, erreichen. Es wird hierdurch verhindert, dass durch Oxydation oder andere Einflüsse der Kontaktwiderstand unerlaubt gross wird. Die Anschlüsse an die Kontaktspitze 36 und Kontaktfeder 41 sind durch Bohrungen im Drehkopf 20 herausgeführt und an .zwei Schleifringe 45 und 46 (vgl. Fig. 11) ge führt. Von diesen wird der Strom mit Silber klötzchen 47 und 48, welche mit grossem Druck (etwa 200 g) federnd gegen die Schleifringe gedrückt werden, abgenommen.
Durch Lösen der Schrauben 49 und nach Abnehmen des Fassungsringes 50 der Glas scheibe 35 werden die Kammer 34 und damit der Messkontakt 36, 41 zugänglich. Ausserdem lässt sich das rohrförmige Gehäuse 23 mit Welle 11 und dem lediglich aus dem Gehäuse herausragenden Kurbelzapfen 43 nach Lösen der Schraube 51 des an dem Kontaktdreh kopf 20 befestigten Klemmringes 52 nach unten aus dem Gerät herausziehen. Damit ist der drehbare Teil des Kontaktgerätes leicht auswechselbar und der bewegliche Teil des Messkontaktes zur Untersuchung leicht zu gänglich. Auch besitzt damit das Triebwerk des Messkontaktes ein geschlossenes Gehäuse.
Mit Hilfe der Stellschraube 40 kann, wie schon erwähnt, die Kontaktzeit zwischen 0 und 360 elektrischen Graden geändert wer den. Man kann also vor jeder Messung eine gewünschte Kontaktzeit genau einstellen. In den meisten Fällen wird man mit 180 Kon taktzeit arbeiten. Man kann jedoch, besonders zur Ausschaltung einzelner Oberwellen, auch mit andern Kontaktzeiten messen; so wird z. B. bei einer Kontaktzeit von 120 oder 240 elektrischen Graden die Empfindlichkeit für die 3., 6., 9., 12., 15. Oberwelle Null.
Allge mein ist die Empfindlichkeit F für die n-te Oberwelle abhängig von der Kontaktzeit Tk
EMI0007.0010
Danach wird für 144 oder 216 die Empfind lichkeit für die 5., 10., 15. bei 154,3 oder 205,7 die Empfindlichkeit für die 7., 14. Oberwelle Null. Da nach obiger Gleichung die Empfindlichkeit für die Oberwellen, ab gesehen von der Sinusfunktion, mit 1/n ab nimmt, so ergibt sich in vielen praktischen Fällen die Möglichkeit, auch bei verzerrten Kurven mit ausreichender Genauigkeit die Grundwelle zu messen. Stellt man die Kon taktzeit auf kleine Werte ein, beispielsweise 10 bis 20 elektrische Grade, kann man in bekannter Weise Augenblickswerte messen.
Dreht man den Kontaktkopf 20 (bei 180 Kontaktzeit) auf Maximum des Instrumenten ausschlages, so fliessen nur die positiven Halbwellen der Messgrösse durch das Instru ment; es zeigt daher den halben arithmeti schen Mittelwert, der bei Sinusform dem Effektivwert proportional ist. Dreht man den Kontaktkopf auf Instrumentenausschlag = 0 ( Nullstellung ), so wirkt abwechselnd eine halbe positive und eine halbe negative Halbwelle, im Mittel also eine Spannung 0 auf das Instrument ein.
Bei kleineren oder grösseren Kontaktzeiten als 180 wirken entsprechend kleinere oder grössere Ausschnitte aus der Wechselstrom- kurve auf das Instrument, was unter anderem Einfluss auf die Oberwellenempfindlichkeit bat.
Man kann, um z. B. die Phasenlage einer Spannung festzustellen, den Kontaktkopf so drehen, dass das Instrument Maximum des Ausschlages zeigt. Viel genauer ist es, auf 0 des Ausschlages zu drehen.
Der Ausschlag des Instrumentes wird bei sinusförmigen Messgrössen für zwei um 180 auseinanderliegende Stellungen des Kontakt kopfes 20 Null. Von diesen beiden Stellungen wird eine als Nullstellung gewählt und die Nullmarke 31 (Fig. 12) in dieser Stellung mit der Null der Skala 28 zur Deckung ge bracht. Auf diese Stellung werden dann die übrigen Messungen bezogen. Will man die Phasenlage einer zweiten Messgrösse gegen über der ersten messen, so dreht man -bei ihr den Kontaktkopf 20 wieder auf Null des Instrumentenausschlages.
Der Phasenver- schiebungswinkel wird dann von der Null marke auf der Skala angezeigt, und zwar ist eine Messgrösse gegenüber einer andern nach eilend, wenn ihre Nullstellung gegenüber der Nullstellung der andern im Umdrehungssinn des Antriebsmotors der Kontakte verschoben ist: In dem Messkreis können durch magne tische Streufelder (z. B. das Streufeld der Erregerspulen des Synchronmotors oder das Streufeld eines Messobjektes) Spannungen induziert werden, welche vom Kontakt gleich gerichtete Fehlströme und dementsprechende Fehlanzeigen des Instrumentes zur Folge haben.
Um solche Fehler auszuschalten, kann man den Antriebsmotor für den Messkontakt oder auch das Instrument, durch eine magne tische Panzerung abschirmen. Ausserdem ist es zweckmässig, alle Messleitungen gut. zu ver drillen und das Instrument genügend weit von Umspannern, Drosseln, Maschinen, Hoch stromleitungen usw. aufzustellen. Bei sorg fältiger Vermeidung dieser Fehlerquellen kann der Vektormesser auch in Verbindung mit hochempfindlichen Spiegelgalvanometern verwendet werden. Damit die Winkelgenauig keit der Drehskala von 0,1 ausgenutzt werden kann, muss die Phasenlage der rotie renden Welle 11 gegenüber der antreibenden Spannung genügend fest sein.
Der Winkel, um den das Polrad des Synchronmotors gegenüber dem erregenden Feld zurückbleibt, hängt von verschiedenen Faktoren ab (Grösse, Frequenz und Oberwellen der Erregerspan nung, Erwärmung der Erregerspule, Schwan kungen der Lagerreibung usw.). Der Einfluss dieser Faktoren ist immerhin so gross, dass die Nullstellung der Skala während der Mes sungen öfters kontrolliert. und gegebenenfalls nachgeregelt werden muss. Beispielsweise ver schiebt sich durch die Erwärmung der Er regerspulen die Phasenlage der Welle im Laufe von 1/2 Stunde um etwa 3 . Man schal tet also den Synchronmotor einige Zeit vor Beginn der Messung bereits ein.
Als Erreger spannung wählt man zweckmässig eine der zu messenden Spannungen selbst oder eine Span nung, welche in einem möglichst festen Win kelverhältnis zu den Messgrössen steht. Die Grundfrequenz der Messgrösse muss mit der Antriebsfrequenz des Kontaktes übereinstim men. Der Synchronmotor arbeitet nur im Frequenzbereich 10 ... 100 Hertz. Es können daher nur Wechselstromgrössen mit einer Grundfrequenz von 10 ... 100 Hertz und - unter gewissen Einschränkungen - ihre Oberwellen gemessen werden.
Ein solches Kontaktgerät bietet ausser der idealen Kennlinie eines meehanisehen Gleich richters die Möglichkeit., die Phasenlage der Kontaktsehliesszeit gegenüber der Phasenlage der Messgrösse verdrehbar zu machen und da durch Phasenwinkel zwischen Wechselst.rom grössen direkt zu messen, wodurch sich ein grosses Gebiet von Z\ echselstrommessungen erschliesst, welches bislang nicht oder nur auf Umwegen der Messung zugänglich war.