<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.
<B> Electrical </B> measuring device <B> with a mechanical pressure contact driven by </B> a synchronous motor <B>. </B> The invention relates to an electrical 3less device with a mechanical pressure contact a synchronous motor driven and connected as a rectifier in front of a direct current instrument pressure contact. Such a device has already been used to determine the magnetization characteristics of toroidal cores, the pressure contact being gebil det by a synchronous switch designed as a vibration rectifier.
According to the invention, this known measuring device is used for vectorial measurement in that the contact can be rotated with respect to the stator of the synchronous motor so that the closing and opening times can be adjusted with respect to the phase position of the rotor of the synchronous motor and thus the phase angle of the measured variable with respect to that of the Rotor can be determined and the amplitude of the measured variable can be determined from the deflection of the direct current instrument.
This creates a vector meter with which it is immediately possible to measure phase angles. However, the exact vector measurement is only possible with a contact device in which the scale of the contact rotation is exactly the same angle as the rotation of the contact closing time.
In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown, namely FIG. 1 shows a schematic representation of the device which, in conjunction with the graphs in FIGS. 2 and 3, serves to explain the measuring principle. Fig. 4 shows schematically an embodiment of the device with two contacts, Fig. 5 and 6 the structural design of the same Ge advises. 7 to 10 schematically show various other ways of con tact design.
A further embodiment example is finally shown in FIGS. 11 and 12.
In the exemplary embodiment according to FIG. 1, a measuring circuit is connected to an alternating current network 1. This contains a protective resistor 2, a direct current measuring instrument 3, preferably a moving coil instrument, and a contact 4. This contact is closed at regular intervals by an eccentric 5, which is driven by a synchronous motor 6, and opened again by a spring. The synchronous motor runs, for example, at 50 periods with 3000 revolutions per minute and closes the contact accordingly frequently.
The design of the eccentric 5 can ensure that the contact 4 remains closed within each> rotation for a certain time (contact time). For the following explanations, it is assumed that this contact time is equal to half a period of the alternating voltage of the network 1. First of all, the eccentric should be set so that the contact closes at the maximum value of the positive half-wave and the contact opens at the maximum value of the negative half-wave (FIG. 2).
This means that the hatched parts of the positive and negative half-wave are fed to the measuring instrument 3, which have the same area as one another, but have opposite directions, so that their influence on the measuring instrument 3 is canceled. As a result, the measuring instrument shows no rash.
It is further assumed that it is possible by any constructive means explained later to rotate the eccentric 5 on the shaft of the motor 6 in such a way that the contact 4 is closed at a different time within each revolution. If one shifts the contact time in this way, for example, so that it completely coincides with the positive half-wave of the AC mains voltage (Fig. 3), this whole half-wave reaches the measuring instrument 3, which consequently shows the maximum deflection. By setting the eccentric differently, it is possible to cut out any part from the AC voltage curve and to feed it to the measuring instrument 3.
By shifting the contact time, you can change the phase position of the contact closure in comparison to the AC mains voltage. If you now attach a C wheel graduation to the device for adjusting the eccentric, you can immediately see the phase position between the mains voltage and the closing time of the Read contact 4 directly.
In Fig. 4, a contact device with two contacts is now shown in perspective view. For the sake of clarity, the items are pulled apart in the axial direction. In reality, all parts are assembled in a very compact manner, as can be seen in the construction drawing FIGS. 5 and 6 of the same device. As already mentioned, the device has two contacts that are occasionally required for special measurements. With reference to these three related figures, the following is done:
This device. is essentially symmetrical to the motor shaft and hen with two eccentric pressure contacts 37, 38 verses. The synchronous motor 29 is located in the lower part of the device. The shaft 31 of the motor is supported at 32, 33 and 34. Two eccentrics 35, 36 rotate on this shaft. This move the eccentric to the central axis contact leaf springs 37, 38, which are only visible in abbreviated form in Fig. 5, since their longitudinal extent is perpendicular to the plane. They correspond to the movable contact part designated by 4 in FIG.
The fixed mating contacts can also be adjusted during operation with the aid of the adjusting screws 39, 40, so that the contact time can thereby be set.
The leaf springs 37 and 38 with their adjusting screws 39 and 40 are attached to the rotatable parts 41 and 42, of which the part 41 has a 360 scale 43 and the part 4. \ 2 a mark 44. At their edge, the parts 41 and 42 are designed as rotary handles, as shown in FIG. Another rotatable part 45, which in turn has a mark 46, is placed around part 41. The contacts 37, 38 are connected via slip rings and brushes, which, however, are not shown in FIG. 4 for the sake of clarity.
Two locks 48, 49 make it possible to determine one of the housing parts 41, 45 so that only the other can be rotated.
For example, the phase shift between voltage and current of an alternating current network is to be measured with contact 37. This is done in the following way: First, the contact 37 and the direct current instrument 20 is connected to the switch 21 to the secondary winding of a voltage converter. Part 41 with the scale 43 and the contact spring 37 is brought into such a position that the direct current instrument 20 shows the deflection zero. The zero point of the scale 43 is recorded with the mark 46 rotated into this position.
The phase comparison variable is then applied to the instrument, that is, by means of switch 21, the measuring circuit is connected to the secondary side of a current transformer and part 41 is rotated again until the instrument shows zero deflection. The angular amount from the zero point of the scale to mark 46 corresponding to the first zero point of the scale gives the measured phase angle, in FIG. 6 z. B. 71.5.
The measurement with the contact 38 connected to part 42 and the mark 44 goes ahead accordingly. First, when the instrument deflects zero, the zero point of the scale 43 is brought to coincide with the mark 44, then during the second measurement part 42 is rotated with the mark 44 and the angular value of the current position of the mark 44 is read on the scale 43, in Fig 6 z. B. 6. When measuring the size of the vectors, the contacts are turned to the greatest possible deflection of the instrument. The instrument then displays the arithmetic mean of the measured variable.
All rotatable parts in Fig. 5 and 6 are secured by elastic Fede ments against unwanted rotations ge. All contacts are of course isolated from the rest of the parts.
In FIGS. 7 to 10 various details and modifications of the device are now shown schematically.
In Fig. 7, a leaf spring 11 is shown in side view, which can have approximately trapezoidal shape perpendicular to the plane of the picture. At one end it carries the moving contact. 1.2, and its other end is at that. Support frame 13 attached. Below it is a damping spring 14, which slides back and forth on it somewhat when the leaf spring 11 moves. A second leaf spring 15 carries the stationary through. the adjusting screw 16 adjustable mating contact. The shaft 17 of the only indicated by a winding 18 synchronous motor, for.
B. in the order of magnitude of the motor of the known electrical synchronous clocks, has a crank pin 19 directly at its end, which rotates at 3000 revolutions with a 50-period mains connection - and causes the periodic opening and closing of the contact by lifting the leaf spring 11. If the crank pin continues to move counterclockwise, it presses the leaf spring down and opens the contact. If he moves away from the spring, the contact closes. The shaft 17 is moved as close as possible, please include to the contact in order to achieve bounce-free opening and closing of the contact.
For the same reason, the leaf spring 11 must have as high a natural frequency as possible, that is, have the smallest possible mass for a given suspension. The support frame 13 is exactly centered around the axis of the shaft 17 and free of play rotatable bar, whereby the phase position of the contact closing time is adjustable. The eccentricity of the crank pin 19 is about 0.5 to 1 mm, the diameter of the contacts only a few tenths of a millimeter. The contact pressure is about 5 to 10 grams. The torque of the driving motor must be around 1 g / em.
So that the fluctuation in the contact resistance does not have a greater influence than 0.1% on the measurement result, the resistance of the measuring circuit must be at least 20 ohms. If the spring is made of silver or silver-plated steel and the crank pin is made of polished steel, the coefficient of friction is particularly low. The leaf spring can then also be used directly as a contact, and any metal abrasion by the crank pin means no risk of worsening the contact.
By means of the adjusting screw 16, the contact closing time can be set to the desired value, that is to say to 180, with an accuracy of 0.1% before each measurement. This setting can be made in that a DC auxiliary voltage of a few volts stood over a large counter and is applied to the moving-coil instrument via the pressure contact.
If the resistance is regulated in such a way that the instrument shows full deflection when the contact is permanently closed, the fraction of the full deflection of the instrument is equal to the fraction of the contact time when the contact is working. For example, the instrument shows half deflection at 180 contact time.
So that the phase of the contact closing time is exactly the same as the angle of rotation when the carrier frame is rotated, the synchronous motor must be strong enough and have a sufficient flywheel on the shaft.
If you want to determine the phase angle between the current and voltage of the alternating current network dargestell th in Fig. 7, you first calibrate the contact closing time with the direct current circuit described. The support frame 13 is then rotated with the synchronous motor running until the instrument 20 reaches the zero position and marks the position of the support frame 13. Then the switch is made to the other comparison alternating current quantity, that is to say on a current transformer, and the same is repeated Process. Fig. 7 shows only the circuit for .the voltage measurement.
The difference between the first and the second position of the support frame gives the phase angle between the two alternating current values.
In Figs. 8 to 10 further designs of the contact device just described are shown schematically. According to Fig. 8 is between the bracket of the bearing of the rotor 21 of the synchronous motor and the bracket 22 of the contact spring 11 and the non-visible contact spring 15, which form the contact actuated by the crankshaft 23, a sliding seat 24, which is always an inevitable - Game entails. The embodiments according to FIGS. 9 and 10 avoid this in that the bearings of the rotor 21 are arranged in the same housing part 25 in which the holder for the contact springs 11 and 15 is attached.
The sliding fit of the Ge housing part 25 on its support arms 26 with its inevitable game has no influence on the mutual position of the cure belwelle 23 to contact. The contact time cannot be influenced here when the housing part 25 is rotated, because the housing part rigidly connects these two parts to one another. On the holding arms 26 of the housing part 25, the scale for the contact rotation and on the housing part itself, the mark for reading the Pha senlage can be attached.
According to FIG. 9, the holding parts of one bearing of the motor shaft grasp through the air gap of the Synehron motor while after. Fig. 10, the rotor 21 of the synchronous motor is on the fly. In all the cases presented. the drive of the pressure contact directly via the motor shaft 23, which is designed as a crank. The drive can, however, especially when several pressure contacts are used, also take place by an eccentric shaft.
The embodiments according to FIGS. 5 and 8 to 10 show that it is advantageous for the construction of the contact device to attach the contact arrangement above half of the synchronous motor.
The contact device can be built into the DC instrument as a unit or it can be assembled with other measuring devices. The measuring device described can be used to examine alternating current resistors, transformers, measuring transformers and alternating current or three-phase machines in circuits that are otherwise known per se.
No-load current, fundamental wave and harmonics, iron losses, number of turns, short circuit voltage, efficiency, transmission ratio, voltage drop during operation, increase in resistance of the windings due to eddy currents and the errors of voltage and current transformers can be measured with this device without the aid of ammeters and voltmeters , Watt meters,
Oscillographs and vibratory galvanometers. The vector meter according to the invention creates a measuring device of the highest accuracy and general usability for alternating current measurement technology.
The contact device described so far can be further improved in that the rotor of the synchronous motor controlling the measuring contact has such a large moment of inertia that the fluctuations in the angular speed of the rotor are almost equalized despite the pulsating, driving torque. Oscillations of the rotary motion of the rotor are suppressed by a damping attached to the rotor. The other improvements will be. in the fol lowing on the basis of the embodiment shown in FIGS. 11 and 12 described ben.
In the contact device, two working on the same shaft 11, superimposed synchronous motors 12, 13 are provided according to FIG. 11, which are connected to a network in one phase. The upper 3Iotor 12 is switched on only briefly to start, while the lower motor 13 has an invariable phase position of its rotor 14 with respect to the driving voltage in synchronous operation.
The rotor 15 of the upper starting motor be available from three steel disks, but the rotor 14 of the lower working motor is made of soft iron, which results in a safe phase position of the rotor. To start the engine, the entire excitation voltage is applied to the coil of the starter motor with a starter push button. After releasing the push button, the voltage is applied to the coil of the working motor. As a result of the large flywheel mass, the shaft 11 needs a few seconds to achieve synchronism.
So that no errors occur when measuring phase angles, it is necessary that the shaft 11 rotates at a constant angular speed. This is not the case without further ado because its exciter system 16 does not have a temporally constant torque on the rotor 14 of the working motor, but rather a strongly fluctuating torque that sometimes even brakes. is exercised. A large centrifugal mass 17 is required so that the shaft 11 rotates completely uniformly despite this pulsating drive. This flywheel is designed so that its moment of inertia is as large as possible, but its weight is as small as possible. This is achieved by a relatively large diameter of the flywheel.
Moreover. the rotating mass is arranged in such a way that its center of gravity approximately coincides with the bearing point 18 of the shaft 11 formed by a glass plate below. In order to avoid the oscillation of the shaft 11 during operation, the centrifugal mass is provided with liquid damping (mercury, water, oil or petroleum in the cavity 19), which quickly dampens any oscillations of the shaft caused by internal friction.
In order not to have to change the angular position of the shaft 11 with respect to the stationary excitation system 16 when rotating the contact head 20 carrying the measuring contact, which would result in errors in the phase angle measurement, the position of the axis about which the shaft 11 rotates may be seen when rotating of the contact head 20 not in space, that is to say not. move sideways against the exciter poles. This can be achieved in that the bearing of the rotary contact head 20 in the support ring is exactly centered with the axis of the shaft 11.
You can eliminate the requirements for the accuracy of this centric storage that the He regersystem 16 not, as shown in Fig. 11 net, with bolts 22 on the housing, but on the bearing of the shaft 11 and replace in the Kontaktdrelikopf 20 tubular housing 23 used in bar is fastened, so that it participates in lateral movements of the housing, but is prevented from rotating, for example, by a long lever with a stop against a stationary housing part.
In order to avoid changes in the contact time when the contact head 20 is rotated, the bearings 24 and 25 of the shaft 11 are rotated by the tubular housing 23 seated in the contact head. The tubular housing 23 itself carries the bearings 24, 25 and 18 of the rotor shaft 11 on both sides and is passed through the air gap of the two synchronous motors. Also is. it is still necessary that the bearing play in the z. B. from hard tissue panels consist of bearings 24, 25 is small, z. B. not larger than 1 / 10o mm.
These bearing plates are soaked in oil for lubrication. Moreover. an oil-soaked cotton or felt pad is arranged below them.
In order to ensure that the angular position of the shaft 11 with respect to the voltage or the current of the coil of the motor 13 is fixed and unchanged, the mechanical losses during the rotation of the shaft 11 must be as small as possible and the excitation system 16 as strong as possible. Nevertheless, the heating of the coils at a given excitation voltage causes a shift in the excitation current by increasing the ohmic resistance of the coils and accordingly a change in the angular position of the shaft 11 relative to the excitation voltage. This influence, as well as the influence of fluctuations in the excitation voltage or
of the excitation current, one can compensate in a well-known manner by upstream and parallel connected voltage-dependent and current-dependent resistance elements. A further strengthening of the angular position is achieved by giving the excitation current in the coils a pointed, curved shape instead of the sinusoidal one, for example by connecting saturated iron chokes in front of it. The indicated means make it possible to carry out phase angle measurements with an accuracy of 0.1 electrical degrees.
The support ring 21 is screwed onto a base plate 26. The support ring forms with its upper part the guide for the contact rotary head 20, into which the tubular housing 23 of the shaft 11 is inserted. The rotary head can be rotated by hand through the corrugation 27 seen on its circumference. A scale 28 is attached to its top. Another ring 30, which can be rotated four-way with the aid of a corrugation 29, runs on the support ring 21, from which a piece 32 carrying a pointer 31 projects up to the scale 28. The pointer 31 consists of Fig. 12 seen from above from a line mark (zero mark) on which the rotation of the contact head 20 or the scale 28 can be read abge.
The mark 31 can be matched with the one in the piece 32. Cord screw 33, which presses the rotating ring 30 against the support ring 21, determine.
In the contact rotary head 20, a hollow space or an outwardly closed chamber 34 is provided, which is closed upwards by a glass plate 35 dust-tight. In this chamber, which can be seen from above, is the: Vless contact (see Fig. 12) and can be observed in it. It consists of a gold tip 36 which is attached to a lever 38 four-turn around the pivot pin 37 ble. The latter is pressed against the face of the adjusting screw 40 by the helical spring 39. The adjusting screw 40 is led out to the outside and can be turned here, which means that the contact closing time can be set within the limits between 0 and 360.
The contact spring 41 is made of sheet steel. clamped tightly in a block 42 by a wedge, in such a way that yours with. a gold plate-coated tip against the contact tip 36 with a pressure of about 5 g. On the shaft 11 is a crank pin 43 made of polished steel. attached, which the spring 41 periodically lifts from the tip 36 during the rotation of the shaft 1.1.
In order that the measurements can be carried out with the great accuracy of good moving-coil instruments, it is necessary that the opening and closing of the -LNIesskontakt be done with great accuracy and regularity and without bruises. To avoid bruises when making contact, the contact spring 41 is provided with a dampening coating 44 made of rubber or the like. The fluctuations in the contact resistance must be around 100 to 1000 times smaller than the effective internal resistance of the measuring circuit.
This can be done with small contact pressures of about 5 g by using precious metals at the contact points, e.g. B. silver, silver alloys, gold, platinum, platinum-iridium. This prevents the contact resistance from becoming unacceptably high due to oxidation or other influences. The connections to the contact tip 36 and contact spring 41 are led out through bores in the rotary head 20 and lead to two slip rings 45 and 46 (see FIG. 11). The current is drawn from these with silver blocks 47 and 48, which are pressed against the slip rings with great pressure (about 200 g).
By loosening the screws 49 and after removing the mounting ring 50 of the glass disc 35, the chamber 34 and thus the measuring contact 36, 41 are accessible. In addition, the tubular housing 23 with shaft 11 and the crank pin 43 protruding only from the housing can be pulled downward out of the device after loosening the screw 51 of the clamping ring 52 attached to the rotary contact head 20. This means that the rotatable part of the contact device is easily exchangeable and the movable part of the measuring contact is easily accessible for examination. The drive mechanism of the measuring contact also has a closed housing.
With the help of the adjusting screw 40, as already mentioned, the contact time between 0 and 360 electrical degrees can be changed. So you can precisely set a desired contact time before each measurement. In most cases you will work with 180 contact time. However, you can also measure with different contact times, especially to eliminate individual harmonics; so z. B. with a contact time of 120 or 240 electrical degrees the sensitivity for the 3rd, 6th, 9th, 12th, 15th harmonic is zero.
In general, the sensitivity F for the nth harmonic depends on the contact time Tk
EMI0007.0010
Then for 144 or 216 the sensitivity for the 5th, 10th, 15th at 154.3 or 205.7 the sensitivity for the 7th, 14th harmonic is zero. Since, according to the above equation, the sensitivity for the harmonics, apart from the sine function, decreases with 1 / n, in many practical cases there is the possibility of measuring the fundamental wave with sufficient accuracy even with distorted curves. If you set the contact time to small values, for example 10 to 20 electrical degrees, you can measure instantaneous values in a known manner.
If the contact head 20 is rotated (at 180 contact time) to the maximum of the instrument deflection, only the positive half-waves of the measured variable flow through the instrument; it therefore shows half the arithmetic mean, which is proportional to the effective value in the case of a sinusoidal shape. If you turn the contact head to the instrument deflection = 0 (zero position), alternating half a positive and half a negative half-wave, i.e. a voltage of 0 on average, acts on the instrument.
With shorter or longer contact times than 180, correspondingly smaller or larger sections of the alternating current curve act on the instrument, which among other things has an influence on the harmonic sensitivity.
You can, for. B. to determine the phase position of a voltage, turn the contact head so that the instrument shows the maximum deflection. It is much more accurate to turn to 0 of the deflection.
The deflection of the instrument is zero for sinusoidal measured values for two positions of the contact head 20 180 apart. Of these two positions, one is selected as the zero position and the zero mark 31 (FIG. 12) in this position with the zero of the scale 28 is brought to cover ge. The other measurements are then related to this position. If you want to measure the phase position of a second measured variable with respect to the first, you turn the contact head 20 back to zero of the instrument deflection.
The phase shift angle is then indicated by the zero mark on the scale, namely one measured variable hurries behind another when its zero position is shifted in the direction of rotation of the drive motor of the contacts in the direction of rotation of the drive motor: Stray fields (e.g. the stray field of the excitation coils of the synchronous motor or the stray field of a measurement object) voltages are induced, which result in fault currents directed in the same way by the contact and corresponding false displays of the instrument.
In order to eliminate such errors, the drive motor for the measuring contact or the instrument can be shielded by a magnetic armor. It is also useful to have all test leads well. twist and set up the instrument far enough from transformers, chokes, machines, power lines, etc. If these sources of error are carefully avoided, the vector knife can also be used in conjunction with highly sensitive mirror galvanometers. So that the angular accuracy of the rotary scale of 0.1 can be used, the phase position of the rotating shaft 11 must be sufficiently fixed with respect to the driving voltage.
The angle by which the rotor of the synchronous motor lags behind the exciting field depends on various factors (size, frequency and harmonics of the excitation voltage, heating of the excitation coil, fluctuations in bearing friction, etc.). The influence of these factors is so great that the zero setting of the scale is often checked during the measurements. and if necessary readjusted. For example, the phase position of the wave shifts by about 3 in the course of 1/2 hour due to the heating of the He regspulen. So the synchronous motor is switched on some time before the start of the measurement.
One of the voltages to be measured is expediently selected as the excitation voltage or a voltage that has an angular relationship as fixed as possible to the measured variables. The basic frequency of the measured variable must match the drive frequency of the contact. The synchronous motor only works in the frequency range 10 ... 100 Hertz. It is therefore only possible to measure alternating currents with a fundamental frequency of 10 ... 100 Hertz and - with certain restrictions - their harmonics.
In addition to the ideal characteristic of a mechanical rectifier, such a contact device offers the possibility of making the phase position of the contact closing time rotatable with respect to the phase position of the measured variable and, through the phase angle, of measuring alternating currents directly, which results in a large area of alternating current measurements taps into what was previously not or only indirectly accessible for measurement.