DE213844C

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Description

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ENTSCHRIFT

-JVr 213844 KLASSE 2ie. GRUPPE

Dr.WILLIAM EDWARD SUMPNER in AINSDALE β. BIRMINGHAM, Engl.

Wectiselstrommeßinstrument. Patentiert im Deutschen Reiche vom 24. Januar 1908 ab.

Bei Wechselstrominstrumenten, ζ. Β. Wattmetern , und bei in Verbindung mit diesen benutzten Transformatoren o. dgl. Apparaten treten sehr häufig kleine Phasendifferenzen auf, die Ablesungsfehler bedingen. Solche Phasendifferenzen werden durch Induktionswirkung der Instrumenten- und Transformatorenspulen hervorgerufen. Bei elektromagnetischen Meßinstrumenten mit beweglicher Stromspule bedingt die Selbstinduktion der letzteren ebenso wie das Verhältnis des Widerstandes zur Impedanz der. Spule des feststehenden Elektromagneten eine kleine Phasendifferenz. In manchen Fällen kann die in diesen Instrumen ten auftretende Phasendifferenz vernachlässigt werden. Wird aber große Genauigkeit verlangt und finden die Instrumente für geringe Kraftfaktoren Verwendung, so erweist es sich als wünschenswert, die auftretenden geringen Phasendifferenzen zu beseitigen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin,, durch einfache und wirksame Mittel die in Instrumenten und Apparaten der vorstehend genannten Art auftretenden Phasendifferenzen zu kompensieren.

Zum besseren Verständnis der Art der vorzunehmenden Kompensierung dient Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung. Diese gibt das Vektordiagramm der Spannungen für einen Elektromagneten. Die Linie D-B veranschaulicht die aufgedrückte Spannung V, D-C das Produkt r A aus Widerstand r und Strom A und C-B die Gegenspannung U. Die zu beseitigende Phasendifferenz ist durch den Winkel D-B-C dargestellt. Für gewöhnlich ist die Länge D-C 40

sehr klein im Vergleich zu der Länge C-B. Infolgedessen kann der Winkel D-B-C vernachlässigt werden. In den Fällen, in denen äußerste Genauigkeit verlangt ist, muß der erwähnte Winkel auf Null vermindert werden. Dies läßt sich mit den gebräuchlichen Mitteln nicht erreichen, da der Widerstand r der Windung tmd infolgedessen auch die Linie D-C stets eine gewisse Größe hat.

Um den Grad der Magnetisierung hervorzurufen, der der Gegenspannung U entspricht, * wird die Zahl der erforderlichen Amperewindungen durch die physikalischen Eigenschaften des Magneten bestimmt. Sie ist gleich H₁A, wobei M₁ die Windungszahl der magnetisieren- go den Spule und A ein gewisser Strom wert ist. Der Wert von n_x · A ist durch den von U bestimmt. Ist aber der Kern des Elektromagneten mit mehr als einer Spule bewickelt, so ist der die Primärwicklung von U₁ Windüngen durchfließende Strom nicht notwendigerweise der gleiche wie der Strom A für die erforderliche. Gegenspannung U. Denn wenn auf dem Kern eine Hilfs- oder Sekundärwicklung von n₂ Windungen angeordnet wird, durch die ein Strom A₂ fließt, so wird bei einem Strome A₁ in der Primärwicklung die Gegenspannung U bleiben, vorausgesetzt, daß im Vektordiagramm

A₁ -f n₂ A₂ = n_x · A

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ist. ;.. ■ ; . ■ ·

Diese Gleichung ist in dem Vektordiagramm der Amperewindungen nach Fig. ζ durch das Dreieck E-C-E₁ dargestellt. In diesem ist E-C

proportional Ii₁-A, E-E₁ proportional n₂ · A.,, E₁-C proportional % · A₁.

Da W₁ · A parallel und proportional zu ei ist, so verlaufen die zugehörigen Spannungsvektoren D-D₁ = r'· A₂ und D₁-C = r · A₁ in Fig. ι parallel zu den Dreieckseiten E-E₁ und Zi₁-C in Fig. 2. Die aufgedrückte Spannung V₁, die erforderlich ist, um in der Primärspule den Strom A₁ zu erzeugen, ist durch die Linie

ίο D₁-B in Fig. ι dargestellt.

An die Stelle der bei einer einzigen Wicklung und dem Strome A zur Erzeugung der Gegenspannung U notwendigen Primärspannung V treten also zwei Spannungskomponenten B-D₁ mit Strom A₁ und D-D₁ mit Strom A₂. Es ist dadurch an die Stelle- der Phasendifferenz D-B-C der Winkel D₁-B-C gesetzt, indem für die Primärspannung V die Primärspannung V₁ eingeführt ist. Die Aufgäbe, den Winkel D-B-C zu beseitigen, ist somit darauf zurückgeführt, den Winkel D₁-B-C zu Null zu machen. Das kann dadurch geschehen, wie das Diagramm (Fig. 1) zeigt, daß D₁ durch geeignete Einstellung von A₂ der Linie B-C genähert und selbst zum Zusammenfallen mit dieser gebracht wird, oder gegebenenfalls kann D₁ über B-C hinausgerückt werden, so daß dementsprechend der Phasenwinkel zwischen der aufgedrückten und der

30- Gegenspannung von dem Wert D-B-C auf einen kleineren Wert, etwa D₁-B-C, oder auf Null, z. B. D₀-B-C, vermindert oder in einen negativen Wert, etwa D₂-B-C, übergeführt wird. Hierdurch kann auch der von diesem Phasenwinkel abhängige Fehler in ähnlicher Weise eingestellt werden.

Gemäß der Erfindung wird nun ein Strom von der Art, wie er in der Sekundär- oder Hilfsspule erforderlich ist, dadurch erhalten werden, daß man einen Kondensator an die Klemmen dieser Spule anschließt. Da der von dem derart mit der Spule verbundenen Kondensator entnommene Strom stets in Quadratur sich befindet mit der Spannung, die durch den Kern in den Windungen der Spule induziert wird, so ist die Linie D-D₁ im rechten Winkel zu der Linie der Gegenspannung B-C zu ziehen. Durch Änderung entweder der Kapazität des Kondensators oder der Windungszahl der Sekundärspule kann die Spannung F₁ gegenüber der Spannung 17 verzögert oder beschleunigt werden. Im ersteren Falle liegt der Punkt D₁ zwischen den Punkten D und D₀ und im letzteren Falle über D₀, beispielsweise bei D₂. Wenn die Spannung V₁ sich genau in Phase befinden soll mit der Spannung U, muß n₂ ° A.₂ einen durch die Linie E-E₀ oder D-D₀ repräsentierten Wert haben, es müssen also, da die Linien D-D₀ und D-C annähernd einander gleich sind, für eine genaue Phasenübereinstimmung zwischen V₁ und U die Kondensatoramperewindungen annähernd den Amperewindungen gleich sein, die zur Erzeugung der erforderlichen Magnetisierung nötig sind.

Wenn aber in einigen Fällen nicht nur die Phasendifferenz, die dem Winkel B-C-D entspricht, sondern auch noch Phasendifferenzen, die auf das Instrument selbst oder eine mit ihm verbundene Vorrichtung zurückzuführen sind, kompensiert werden sollen, braucht die Kapazität des Kondensators nicht der Linie D-D₀ zu entsprechen, sie kann vielmehr auch anderen Werten, z. B. D-D₁ oder D-D₂ entsprechen, die sich den jeweiligen Arbeitsbedingungen anpassen.

Die Anordnung des Kondensators ist schematisch in Fig. 3 dargestellt, α ist die Primärspule, b die Hilfs- oder Sekundärspule, mit der der Kondensator c in Verbindung steht. Des besseren Verständnisses halber sind in Fig. 3 die Spulen getrennt voneinander dargestellt ; bei der praktischen Ausführung können die beiden Spulen α und b aber übereinander auf dem Kern e angeordnet sein. Durch diese Anordnung kann die sich unter normalen Verhältnissen ergebende Phasendifferenz leicht für eine bestimmte Frequenz kompensiert werden. Erweist es sich als erforderlich, das betreffende Instrument für Ströme verschiedener Frequenz zu verwenden, so kann ein Kondensator mit veränderlicher Kapazität angewendet oder der Kondensator an verschiedenen Stellen der Hilfswicklung angeschlossen werden.

Für Strom- oder Spannungtransformatoren wird die Hilfswicklung aus einer dritten Wicklung in Verbindung mit einem Kondensator c hergestellt. Diese dritte Wicklung liegt in dem magnetischen Stromkreis der Primär wicklung α und der Sekundärwicklung a_v wie aus Fig. 5 ersichtlich.

Die Hilfs- oder Kondensatorwindung wird in allen Fällen vorteilhaft vollständig von den Spulen des Instrumentes oder Transformators 105. getrennt. Dennoch erweist es sich in manchen Fällen als zweckmäßig, einige der Wingungen der zuletzt erwähnten Spulen zu benutzen, um einen Teil des Kondensatorstrom-.kreises zu bilden. Eine solche Anordnung zeigt Fig. 4. α ist die Primärspule, b die Hilfsspule und c der Kondensator. Dieser ist einerseits mit der Spule α und andererseits mit der Spule δ verbunden.

Die Anwendung der Erfindung auf Stromtransformatoren ist im Diagramm durch die Fig. 2 veranschaulicht. E-C bedeutet die Zahl der zur Erzeugung der Gegenspannung E/ erforderlichen Amperewindungszahl, E-F und C-F entsprechen den primären bzw. sekundären Amperewindungen, wenn der Kondensator nicht benutzt wird. Die Größe von U ist

Claims

bestimmt durch die Größe von E-C, während die Sekundäramperewindungen C-F durch die Größe von U, den Widerstand und die Reaktanz des Sekundärkreises bestimmt ist. Der Winkel bei F zwischen den die Primär- und Sekundäramperewindungen darstellenden Vektoren muß verkleinert werden. Bei Verwendung eines Kondensators in der oben beschriebenen Weise zur Erzeugung der durch die ίο Linie E-E1 wiedergegebenen Amperewindungen in der Hilfswicklung bleiben die Sekundäramperewindungen C-F unverändert, während die Primäramperewindungen sich ändern von E-F in E1-F, und der Winkel bei F kann nach Belieben verkleinert werden. Durch die Anwendung einer Hilfswicklung und eines Kondensators in Verbindung mit Meßinstrumenten ist man nicht allein in der Lage, Ungenauigkeiten, die durch Phasendifferenzen bedingt sind, zu vermeiden, sondern auch die Empfindlichkeit der Instrumente durch Verstärkung der Elektromagnete und durch Vergrößerung der Windungszahl der beweglichen Stromspule zu erhöhen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß bei der Ausbildung der Elektromagnete und Transformatoren die Größe und das Gewicht der zur Anwendung kommenden Materialien beträchtlich vermindert werden kann. Patent-A ν Sprüche:

1. Wechselstrommeßinstrument in Verbindung mit Transformatoren oder ähnlichen Apparaten, bei denen zwecks Anschlusses einer eine Phasenverschiebung ausgleichenden Vorrichtung eine Hilfssekundärwicklung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß mit dieser Hilfssekundärwicklung ein Kondensator verbunden ist.

2. Wechselstrommeßinstrument nach Anspruch 1 mit Elektromagnet, dadurch

. gekennzeichnet, daß die mit dem Kondensator verbundene Sekundärhilfswicklung an die Elektromagnetwindungen angeschlossen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.