DE1045534B - Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator - Google Patents

Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator

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DE1045534B
DE1045534B DEZ6551A DEZ0006551A DE1045534B DE 1045534 B DE1045534 B DE 1045534B DE Z6551 A DEZ6551 A DE Z6551A DE Z0006551 A DEZ0006551 A DE Z0006551A DE 1045534 B DE1045534 B DE 1045534B
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DE
Germany
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compensator
dynamometric
alternating current
current
direct current
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DEZ6551A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Hans-Juergen Schrader
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ZERA ELEK SCHE PRUEFGERAETE CR
Original Assignee
ZERA ELEK SCHE PRUEFGERAETE CR
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/28Provision in measuring instruments for reference values, e.g. standard voltage, standard waveform

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)

Description

  • Dynamometris cher Gleichstrom -Wechselstrom - Kompensator Für Wechselstrom gibt es kein Normal der Spannung.
  • Man hat daher verschiedene Verfahren entwickelt, den Effektivwert eines zu messenden Wechselstromes durch einen äquivalenten Gleichstrom darzustellen. Die Größe dieses Stromes wird dann im Anschluß an die Normale für Spannung und Widerstand mit dem Gleichstromkompensator bestimmt. Eine zusammenfassende übers sicht über diese Methoden hat Angersbach (F. Angersbach: Arch. techn. Messen V 3412-3 bis -5) gegeben.
  • Für die genaue Messung von Wechselspannungen, -strömen und Wechselstromleistungen hat man früher das Quadrantenelektrometer verwendet, das sich jedoch wegen seiner schwierigen Justierung und umständlichen Handhabung nicht in die Praxis eingeführt hat. Andere für den Gleichstrom-Wechselstrom-Vergleich entwickelten Geräte beruhen auf thermischer Grundlage. Im Prinzip wird hierbei ein Widerstand nacheinander mit Gleichstrom und Wechselstrom geheizt und die dabei auftretenden Temperaturen miteinander verglichen. Als Indikator verwendet man hierfür Thermoelemente (W. Rump: Elektrotechnik, Bln. 5 [1951], S. 64), Photozellen (R. Sewig und G. Werkmeister: Z. Tech. Phys., 22 j1941], S. 248) oder Halbleiterwiderstände (H.-J. Schrader: Elektrotech. Z. A., 73 [1952], S. 547). Diesen Verfahren haften aber zwei Nachteile an: Erstens erfolgt der Vergleich der Ströme nicht unmittelbar gleichzeitig, und zweitens bedingt die thermische Trägheit der Heizwiderstände bei jeder Messung eine Wartezeit, in der sich das thermische Gleichgewicht wiedereinstellt. Es ist daher sehr schwierig, mit solchen Geräten einen vorgegebenen Wechselstrom einzuregeln, weil nach jeder Änderung dieses Stromes die Ruhestellung des Nullgalvanometers wieder abgewartet werden muß.
  • Im folgenden soll daher ein Gerät beschrieben werden, das auf dynamometrischer Grundlage den direkten Vergleich zwischen Gleichstrom und Wechselstrom trägheitslos ermöglicht. Dieser dynamometrische Gleichstrom Wechselstrom-Kompensator ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß einer Brückenanordnung, in deren einem Zweig sich die Drehspule und in deren benachbartem anderem Zweig sich die Festspule des als Nullinstrument dienenden Dynamometers befindet, gleichzeitig der zu vergleichende Wechselstrom und der als Bezugswert dienende Gleichstrom so zugeführt werden, daß das vom Wechselstrom hervorgerufene Drehmoment des Dynamometers dem vom Gleichstrom hervorgerufenen Drehmoment entgegenwirkt. Das Gerät hat den Vorteil, daß ein handesübliches Instrument verwendet werden kann, das nur durch eine einfache äußere Schaltung zu einem Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator erweitert wird. Es unterscheidet sich ferner von den Instrumenten mit Doppelsystem (sogenannten Meßwertumformern), bei denen ein Gleichstrom- und ein Wechselstrommeßwerk mit entgegengesetztem Drehmoment auf eine Achse wirken, dadurch, daß nur ein Meßwerk vorhanden ist, welches beide Stromarten gleichzeitig führt. Die bei Doppelsystemen störende gegenseitige Beeinflussung der beiden Meßsysteme sowie der dort erforderliche Abgleich der beiden Meßwerke auf gleiches Drehmoment werden hier also vermieden.
  • Schaltung und Arbeitsweise des Gerätes Dynamometrische Instrumente weisen bei Speisung mit Gleichstrom das gleiche Drehmoment auf wie bei Speisung mit Wechselstrom gleichen Effektiv,vertes in einem weiten Frequenzbereich. Fließen beide Strom arten gleichzeitig durch das System, so kann man das Dynamometer als Nullinstrument verwenden. Die Stromrichtungen in der festen und der drehbaren Spule müssen dabei so gewählt werden, daß die vom Gleichstrom und vom Wechselstrom hervorgerufenen Drehmomente einander entgegenwirken.
  • Das Bild 1 zeigt hierfür ein Schaltungsbeispiel: Die Spulen S1 und S2 des Systems sind in einer Brückenschaltung angeordnet, die die gegenseitige Entkopplung des Gleich- und Wechselstromkreises ermöglicht. Dabei sind die Widerstände der Spulen S, und S2 durch äußere ohmsche und induktive Widerstände R1, R2und L so ergänzt, daß zwischen den Punkten A und B der Brücke keine Wechselspannung auftritt. An diesen Punkten erfolgt die Gleichstromeinspeisung, während der Wechselstrom an den Klemmen C und D zugeführt wird. Die Kondensatoren C, und C2 verhindern ein Eindringen des Gleichstromes in den Wechselstromkreis; sie müssen gleiche Größe aufweisen, damit der Wechselstrom sich zu gleichen Teilen auf die Brückenzweige aufteilt. Die beiden Spulen des Systems werden also vom Gleichstrom in Reihenschaltung, vomWechselstrom dagegen inParallelschaltung durchflossen. Das Drehmoment der einen Stromart wirkt dem der anderen entgegen, da die Ströme in einer der beiden Spulen entgegengesetzt, in der anderen gleichgerichtet sind (vgl. die Pfeilrichtungen im Bild 1).
  • Zeigt das Instrument Null, so ist der Effektivwert des Wechselstromes zwangläufig doppelt so groß wie der Gleichstrom. Änderungen in den Eigenschaften des Systems, die z. B. durch Alterung eintreten, üben keinen Einfluß auf das Meßergebnis aus, da sie für beide Stromarten in gleicher Weise wirksam sind. Sollte sich infolge verschiedenartiger Erwärmung in den für Wechselstrom parallel geschalteten Zweigen eine Widerstandsdifferenz und damit eine kleine Stromdifferenz zwischen beiden Teil-Wechselströmen ergeben, so ist der hierdurch entstehende Fehler vernachlässigbar; denn bei einem Unterschied von 2°/o zwischen beiden Teilströmen ist das Produkt der Teilströme erst 0,01°/o kleiner als das Quadrat ihres mittleren Wertes. Es folgt aber hieraus, daß den Kupferwiderständen der Spulen Manganinwiderstände vorgeschaltet werden müssen, damit größere Widerstandsdifferenzen nicht auftreten können.
  • Ferner sei noch darauf hingewiesen, daß sich die hier beschriebene Schaltung eines Dynamometers auch für die Solllvertanzeige von Wechselströmen (z. B. in Regelkreisen) eignet. Der Gleichstrom kann in diesem Fall von einem Konstantstrom-Netzgerät geliefert werden. Er stellt den Bezugswert für den zu messenden oder zu regelnden Wechselstrom dar. Das Instrument wird dadurch zu einem Strommesser mit unterdrdcktem Nullpunkt und erhält eine weitgehend lineare Skala.
  • Insbesondere kann das Instrument wegen seiner geringen Trägheit mit Vorteil mit einer vom Erfinder angegebenen Schaltung (H;-J. Schrader: Z. Instr., 65 [1957], S. 69) zur Leistungsmesser und Präzisionszählerprüfung mit Wechselstrom verwendet werden. Diese Schaltung wird durch den vorstehend beschriebenen Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator erst für die Praxis brauchbar.
  • Eine Prinzipdarstellung dieser Schaltung zeigt Bild 2.
  • Der Hauptstroml, der durch die Stromspule des Prüflings P fließt, wird mit dem Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator gemessen. Seine Größe kann daher als bekannt vorausgesetzt werden. Dieser Strom erzeugt am Reihenwiderstand RN einen Spannungsabfall JRN, dessen Größe über ein als Nullinstrument dienendes Dynamometer D2, mit der Größe der Prüfspannung U verglichen wird, die an den Spannungsklemmen des Prüflings anliegt. Das Dynamometer zeigt Null, wenn J RN = U cos . q7. Um eine brauchbare Größenordnung der stromproportionalen Vergleichsspannung zu erhalten, wird in der Praxis der Widerstand Rw an einen entsprechend übersetzten genauen Stromwandler geschaltet.

Claims (7)

  1. PATENTANSPR UCHE: 1. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstromkompensator, dadurch gekennzeichnet, daß einer Brückenanordnung, in deren einem Zweig sich die Drehspule und in deren benachbartem anderem Zweig sich die Festspule eines als Nullinstrument dienenden Dynamometers befindet, gleichzeitig der zu vergleichende Wechselstrom und der als Bezugswert dienende Gleichstrom so zugeführt werden, daß das vom Wechselstrom hervorgerufene Drehmoment des Dynamometers dem vom Gleichstrom hervorgerufenen Drehmoment entgegenwirkt.
  2. 2. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrom in der Brücke in zwei genau gleiche Hälften verzweigt ist.
  3. 3. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenhälfte durch Kondensatoren für den Gleichstrom verriegelt ist.
  4. 4. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator, nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das verwandte Dynamometer eine Skala erhält, an welcher relativ kleine Abweichungen von einem Sollwert eine große Anzeige hervorrufen.
  5. 5. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Dynamometer mit einer Einrichtung zur Auslösung von Regelvorgängen bei Abweichung von einem Sollwert ausgerüstet ist.
  6. 6. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator, nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung bei Instrumenten für die Sollwertanzeige von Wechselströmen bzw. -spannungen venvendet wird.
  7. 7. Dynamometrischer Gleichstrom-Wechselstrom-Kompensator nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dieser durch eine an sich bekannte Schaltung zur Prüfung von Leistungsmessern oder Präzisions-Wechselstromzählern ergänzt ist, in welcher die für die Wirkleistung maßgebliche Komponente U cos mit Hilfe eines genauen Widerstandes und einem besonderen Nullwattmeter mit dem durch den Kompensator genau bestimmten Prüfstrom verglichen wird.
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