DE2149880C3

DE2149880C3 - Selbsttätiges Kompensationsgerät zur Strom- und Spannungsmessung

Info

Publication number: DE2149880C3
Application number: DE19712149880
Authority: DE
Inventors: Bernd 6000 Frankfurt Jakobus
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Priority date: 1971-10-06
Filing date: 1971-10-06
Publication date: 1981-12-03
Also published as: DE2149880B2; NL177521C; IT968701B; NL7212327A; DE2149880A1; FR2156588A1; FR2156588B1; GB1362448A; CH558020A; NL177521B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein selbsttätiges Kompensationsgerät zur Strom- und Spannungsmessung, bestehend aus einem kapazitiven, von einer amplitudenstabilen Wechselspannung gespeisten Abgriff, dem eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet ist, aus einer Vergleichseinrichtung zur Bildung der Differenz zwischen der gleichgerichteten Spannung und der zu messenden Gleichspannung zur Steuerung eines mit der beweglichen Elektrode des Abgriffs gekoppelten, von der Spannungsdifferenz gespeisten Stellmotors, welcher die bewegliche Elektrode so verstellt, daß die gleichgerichtete Spannung der Meßspannung entspricht, sowie einer Vorrichtung an der beweglichen Elektrode zur Anzeige und/oder Registrierung des Meßwertes.

In der DE-AS 12 23 455 ist ein selbsttätiger Gleichstromkompensator beschrieben, bei dem als kapazitiver Abgriff ein Differentialkondensator vorgesehen ist. Der Differentialkondensator bildet zusammen mit Spulen eine Brückenschaltung, der eine amplitudenstabile Wechselspannung auf induktivem Wege über die Spulen zugeführt wird. Die Spannungsdifferenz zwisehen der gleichgerichteten Brückenausgangsspannung und der an einem Widerstand durch den Meßgleichstrom abfallenden Spannung wird zur Speisung eines Stellmotors herangezogen, der den Differentialkondensator verstellt, bis die Spannungsdifferenz zu Null wird.

Die Stellung des beweglichen Teils des Differentialkondensators ist ein Maß für den zu messenden Strom oder die den Strom erzeugende Spannung.

Ein in der österreichischen Patentschrift 1 26 328 beschriebener verstellbarer Kondensator weist ein geschlossenes, teilweise metallisiertes Band auf, das über zwei mit einer Isolierschicht versehene Metallwalzen läuft. Die veränderbare Kapazität ist durch den auf der Walze aufliegenden Teil des Metallbandes gegeben. Für größere Einstellbereiche werden hier relativ große Walzen benötigt, was die Verwendung in kleinen kompakten Meßinstrumenten ausschließt. Eine besondere Schaltungsanordnung zum Betrieb dieses Kondensators ist nicht vorgesehen.

Es ist ferner durch die US-PS 28 85 499 ein Hochspannungs-Plattenkondensator für Funksender bekannt, der aus zwei feststehenden, mit ihren offenen Enden einander zugekehrten U-förmigen Platten besteht, zwischen denen eine einfache Platte mittels Seilzug bewegbar ist. Wie bei dem Differentialkondensator der DE-AS 12 23 455 ist bei diesem Kondensator eine mechanisch exakte Führung der beweglichen Elektroden unumgänglich, wenn eine eindeutige Beziehung zwischen der Kapazität und der Stellung der

beweglichen Elektrode bestehen soll.

Per Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen Kompensator mit kapazitiven Abgriff nach der DE-AS 12 23455 einfacher zu gestalten, insbesondere in bezug auf den kapazitiven Abgriff und die relativ aufwendige Brückenschaltung mit Differentialkondensator und zwei Spulen als Brückenwiderstände, über welche die Ankopplung an die Wechselspannungsquelle zur Speisung der Brücke erfolgt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der kapazitive Abgriff aus zwei feststehenden, parallel zueinander angeordneten, vorzugsweise rechteckförmigen Elektroden besteht, zwischen denen ein flexibles, mindestens entsprechend der Länge der Elektroden mit einem leitfähigen Belag versehenes Isolierstoffband in Längsrichtung bewegbar ist, und daß die amplitudenstabile Wechselspannung zwischen eine der feststehenden Elektroden und den Bandbelag gelegt ist und die der Gleichrichteranordnung zuzuführende Spannung an diesem und der anderen feststehenden Elektrode abgenommen ist und der Meßwert durch die Stellung des Belagendes repräsentiert ist. In Weiterbildung der Erfindung erfolgt der Antrieb des Bandes durch eine oszillierende elektromechanische Vorrichtung, die von einer Schaltungsanordnung gespeist ist, der die Spannungsdifferenz zwischen der Meßspannung und der gleichgerichteten Spannung zugeführt ist, und die Impulse erzeugt, welche die elektromechanische Vorrichtung abhängig vom Vorzeichen der Spannungsdifferenz so steuern und fortwährend mit dem Band oder dessen Laufrollen mechanisch kuppeln, daß sich dieses schrittweise in der einen oder anderen Richtung in die Abgleichstellung bewegt bis die Spannungsdifferenz zu Null wird und die Impulse aussetzen.

Der Aufbau und die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Kompensationsgerätes werden nachfolgend an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert In der Zeichnung betrifft

F i g. 1 ein schematisches Schaltbild des Gerätes,

Fig.2 einr Ausführungsform des kapazitiven Abgriffs mit Bandelektrode,

Fig.3 eine Ausführungsform einer Bandantriebsvorrichtung und

F i g. 4 eine impulserzeugende Schaltung zur Speisung der Bandantriebsvorrichtung der F i g. 3.

Gemäß Fig. 1 besteht der kapazitive Abgriff 1 des Gerätes aus zwei plattenförmigen feststehenden Elektroden 2 und 3, zwischen denen ein über Rollen 4 geführtes endloses Isolierstoffband 5 in Längsausdehnung der Platten bewegbar ist. Ein Pol einer Wechselspannungsquelle 6 ist mit der Elektrode 2 verbunden, cfsr andere Pol i»t geerdet. Das Isolierstoffband trägt einen Metallbelag 7, dessen Ende 8 auf dem Band mit einem Zeiger 9 versehen ist. Die Metallisierung erstreckt sich etwa über die halbe Bandlänge und über ein Anschlußband 10, über das der Bandbelag geerdet ist. Ein über eine Kapazität 11 rückgekoppelter Verstärker 12 verstärkt das zwischen der Elektrode 3 und dem Bandbelag abgenommene, von der Stellung des Bandes abhängige Ausgangssignal des kapazitiven Abgriffs. Die verstärkte Spannung wird nach Gleichrichtung durch die Anordnung 13 zugleich mit der an der Leitung 14 anliegenden Meßgleichspannung LJ einem Differenzverstärker 15 zugeführt, der die Differenz, die positiv oder negat'v sein kann, verstärkt. Durch entsprechende Wahl der Kapazität 11 ist es möglich, den Spannungsbereich de.· gleichgerichteten Spannung an den der Meßgleichspannung anzupassen. Die verschiedenen auf Erdpotential gelegten Belegungen und Anschlüsse können auch auf ein anderes gemeinsames Potential gebracht werden.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers ist einer impulserzeugenden Schaltungsanordnung 16 zugeführt, deren Impulse eine elektromechanische Bandantriebsvorrichtung 17 zum Oszillieren anregen und so steuern, daß das Band fortwährend erfaßt und schrittweise in eine Stellung bewegt wird, bei der die ίο gleichgerichtete Ausgangsspannung des Verstärkers 12 der Meßspannung t/entspricht Diese durch den Zeiger 9 kenntlich gemachte Abgleichstellung des Bandes repräsentiert den jeweiligen Wert der zu messenden Spannung U oder eines die Spannung U erzeugenden Stromes.

An den kapazitiven Abgriff sind hinsichtlich der Präzision seiner Einzelteile und ihre? Zusammenbaus auch für hohe meßtechnische Ansprüche keine sehr großen Anforderungen zu stellen, da das Ausgangssignal nur von der Stellung des Belagpodes in bezug auf die Längsbewegung des Bandes abhängt. Der Bandbelag übt eine abschirmende Wirkung auf aie feststehenden Elektroden aus, so daß Lageänderungen des Bandes in Richtung auf die feststehenden Elektroden das Ausgangssignal nicht beeinflussen. Es muß deshalb lediglich ein unverrückbarer Abstand der beiden feststehenden Elektroden gewährleistet sowie eine Berührung des Bandbelages mit einer der Elektroden ausgeschlossen sein. Letzterem kann durch eine dünne Isolationsschicht auf dem Metallbelag oder auf der gegenüberstehenden Elektrode vorgebeugt werden. Es erübrigen sich somit die bei bekannten kapazitiven Gebern notwendigen Maßnahmen für eine exakte Führung der beweglichen Elektrode.

Ein praktisches Ausführungsbeispiel des Abgriffs besteht nach F i g. 2 aus zwei feststehenden Isolierstoffplatten 18, 19, auf denen Elektroden 20, 21 in Form rechteckförmiger Metallbeiäge aufgebracht sind Die Isolierstoffplatte 19 wird unter Einfügung einer Distanzplatte 22 mit der Isolierstoffplatte 18 verschreibt, wozu die Bohrungen 23 in den Platten vorgesehen sind. Damit ist ein gleichmäßiger Abstand der beiden feststehenden Elektroden gewährleistet. Um Störeinflüsse auszuschalten, sind die feststehenden

•45 Elektroden zur elektrostatischen Abschirmung von rahmenförmigen Metallbelägen 24 und 25 umgeben, welche geerdet werden. Das mit einem Metallbelag 26 versehene, zwischen den Rollen 27 ausgespannte endlose Isolierstoffband 28 ist etwas breiter ausgeführt als die feststehenden Elektroden, um die bezüglich ihrer Breite erforderliche Abdeckung durch den Bandbelag sicherzustellen, soweit in dieser Hinsicht mit Auslenkungen des Bandes zu rechnen ist. Eine Erdung des Baiidbeiages erfolgt über das metallisierte flexible Anschlußstück 29. An der Stelle des Belagendes ist lias Band mit einem Zeiger 30 verbunden, zu^r Anzeige des Meßwertes auf einer Skala 31. Wird für die Isolierstoffplatte 19 durchsichtiges Material benutzt und die Elektrode 21 in df.iner transparenter Schicht aufgebracht, da das Belagende des Bandes durch die Elektrode hindurch sichtbar ist.

Die in F i g. 3 dargestellte, das Band ichrittweise einstellende Antriebsvorrichtung besteht aus zwei mit den Wicklungen Wl und W2 versehenen stabförmigen Elektromagneten 32 end 33, die in Richtung ihrer Längsachse unter Einfügung eines gemeinsamen Polschuhes 34 aneinander stoßen. Entsprechende Polschuhe 35 und 36 sind mit den anderen Endflächen der

Magnete verbunden. An einer in den Polschuh 34 eingesetzten Blattfeder 37 ist ein Doppelklappanker 39 befestigt, dessen Ankerteil 40 bei Erregung der Wicklung W\ sich an den Polschuh 36 anlegt, während bei Erregung der Wicklung W2 das Ankerteil 41 von dem Polschuh 35 angezogen wird. Der Doppelklappanker trägt außerdem einen weiteren magnetischen Kreis. bestehend aus einem durch die Wicklung W3 magnetisierbaren Eisenstück 43. einem RückschluOteil 44 und einem, mittels einer Feder 45 an diesem befestigten Anker 46. der bei Erregung der Wicklung W 3 vom Eisenstück 43 angezogen wird. Dabei wird das an dieser Stelle durchlaufende Band 47 des kapazitiven Gebers eingeklemmt. Erfolgt die Erregung der Wicklungen W\ und W 3 gleichzeitig und impulsweise, so wird das Band durch den schwingenden Klappanker schrittweise in Ffeürichtung bewegt. Bei gleichzeitiger impulsweise Erregung der Wicklungen \V2 und W3

VViTG GSS "Snd Im CiCr «riCiCrCn liiCiiiuiig ti {HIA^JKJX ULI I.

Die Impulse zur Speisung der Bandantriebsvorrichlung können durch eine Schaltungsanordnung erzeugt werden, deren Aufbau F i g. 4 zeigt. Die Schaltungsanordnung besteht aus zwei symmetrischen, mit jeweils komplementären Transistoren 48 und 49 bzw 50 und 51 bestückten Schaltungshälften 52 und 53. Die Transistoren beider Schahungshälften werden mit einer pulsierenden Gleichspannung betrieben, die durch Vollweggleichrichtung der über den Transformator 54 zugeführten Netzwechselspannung U erzeugt ist. Über die Leitung 55 gelangt das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 15 als Steuerspannung auf die Basis der Transistoren 48 und 49 beider Schaltungshälften. In jeder Schaltungshälfte ist eine Mitkopplung vom Kollektor des Eingangstransistors auf die Basis über einen Widerstand 56 bzw. 57 vorgesehen sowie eine verzögerte Gegenkopplung über die /fC-Kombination 57, 58 bzw. 59, 60 in den jeweiligen Emitierkreis des Transistors. Der Basis jedes Eingangstransistors in den beiden Schaltungshälften ist außerdem über Widerstände ei bzw. 62 eine pulsierende Gleichspannung zugeführt, die im Sinne einer Erhöhung der Steuerspannung wirkt. Der Pegel dieser an den Widerständen 63 bzw. 64 abgegriffenen Spannungen liegt in der Größenordnung der Ansprechspannung der Eingangstransistoren. Ist die Eingangsspannung der impulserzeugenden Schaltungsanordnung positiv, so wird Transistor 48 leitend und als Folge davon auch Transistor 50. Der Kollektorstrom des Transistors 50 fließt Ober die Wicklung W1 des Schrittschaltwerkes und gleichzeitig über die Wicklung W3 und den Gleichrichter 65 zur geerdeten Mittelanzapfung des Transformators 54. Durch das Zusammenwirken der mit- und gegenkoppelnden Maßnahmen sowie durch die synchronisierende Wirkung der mit doppelter Netzfrequenz pulsierenden Kollektorspannung fließen Stromimpulse durch die Spulenwicklungen, deren Breite sich mit abnehmender Eingangsspannung verringert. Die Bandelektrode des kapazitiven Abgriffs wird dadurch in Richtung auf die Abgleichstellung bewegt, und zwar zunächst in größeren Schritten, entsprechend einer großen Impulsbreite der erzeugten Impulse. Durch die während des EiiiMcnvuiganges abnehmende Eingangsspaniiung verringer! sich die Impulsbreite, so daß bedingt durch die Trägheit der elektromagnetischen Schrittschaltvorrichtung auch die Transportschritte des Bandes sich verringern. Die über den Widerstand 61 der Basis des Transistors 48 zugeführte impulsförmige Hilfsspannung bewirkt, daß eine die Ansprechempfindlichkeit der Schaltungsanordnung bestimmende Mindestbreite der Impulse nicht unterschritten wird, bis schließlich die Impulse \ji Erreichen der Abgleichstellung des Bandes aussetzen. Auf diese Weise wird eine schnelle und

jo genaue Einstellung des Bandes erreicht.

Die Funktionsweise der SchaUungshälfte 53 entspricht der vorstehend geschilderten Funktionsweise der Schaltungshälfte 52 mit dem Unterschied, daß diese nur bei negativer Eingangsspannung arbeitet. Es werden dann die Wicklungen Wl und W3 impulsförmig beaufschlagt und dadurch das Band in der anderen Richtung in die Abgleichstellung bewegt.

Der schrittweise Antrieb des Bandes bringt den Vorteil, daß die Anzeige des Meßwertes mit Sicherheit ohne L'berschwingungen erfolgt. Eine schrittweise Bewegung des Bandes ist auch durch Einwirkung einer entsprechend Besteuerten oszillierenden Vorrichtung auf eine der Laufrollen des Bandes möglich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Selbsttätiges Kompensationsgerät zur Strom- und Spannungsmessung, bestehend aus einem kapazitiven, von einer amplitudenstabilen Wechselspannung gespeisten Abgriff, dem eine Gleichrichteranordnung nachgeschaltet ist, aus einer Vergleichseinrichtung zur Bildung der Differenz zwischen der gleichgerichteten Spannung und der zu messenden Gleichspannung, zur Steuerung eines mit der beweglichen Elektrode des Abgriffs gekoppelten, von der Spannungsdifferenz gespeisten Stellmotors, welcher den Abgriff so verstellt, daß die gleichgerichtete Spannung der Meßspannnung entspricht, sowie einer Vorrichtung am beweglichen Teil des kapazitiven Abgriffs zur Anzeige und/oder Registrierung des Meßwertes, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Abgriff aus zwei feststehenden, parallel zueinander angeordneten, vorzugsweise rechteckförmigen Elektroden (2, 3) besteht, zwischen denen ein flexibles, mindestens entsprechend der Länge der Elektroden mit einem leitfähigen Belag versehenes Isolierstoffband (5) in Längsrichtung bewegbar ist, und daß die amplitudenstabile Wechselspannung zwischen eine der feststehenden Elektroden und den Bandbelag (7) gelegt ist und die der Gleichrichteranordnung (13) zuzuführende Spannung an diesem und der anderen feststehenden Elektrode abgenommen ist und der Meßwert durch die Stellung des Belagendes (8) repräsentiert ist

2. Kompensationsgerat nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Elektroden auf Isolierstoffplatten (18, 19) a; ."gebrachte Metallbeläge (20,21) sind.

3. Kompensationsgerät nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandbelag auf Erdpotential gelegt ist.

4. Kompensationsgerät nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Elektrode auf der Isolierstoffplatte von einer geerdeten rahmenförmigen Abschirmelektrode (24,25) umfaßt ist.

5. Kompensationsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Isolierstoffplatte aus durchsichtigem Material besteht, auf welche die Elektrode als dünner transparenter Metallfilm aufgebracht ist.

6. Kompensationsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige- oder Schreibvorrichtung (30) mit dem Band an der Stelle des Belagendes verbunden ist.

7. Kompensationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Isolierstoffband ein geschlossenes, zwischen Rollen (4, 27) ausgespanntes Band ist, mit einem elektrisch leitenden Anschlußband (10, 29) zur Potentialzuführung zum Bandbelag.

8. Kompensationsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den kapazitiven Abgriff (1) und die Gleichrichteranordnung (13) ein über eine Kapazität (11) rückgekoppelter Verstärker (12) eingeschaltet ist.

9. Kompensationsgerät nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Bandes durch eine oszillierende clektromechanische Vorrichtung (17) erfolgt, die von einer Schaltungsanordnung (16) gespeist ist, der die Spannungsdifferenz zwischen der Meßspannung und der gleichgerichteten Spannung zugeführt ist, und die Impulse erzeugt, welche die elektromechanische Vorrichtung abhängig vom Vorzeichen der Spannungsdifferenz so steuern und fortwährend mit dem Band oder dessen Laufrollen mechanisch kuppeln, daß sich dieses schrittweise in die Abgleichstellung bewegt, wodurch die Spannungsdifferenz verschwindet und die Impulse aussetzen.

ίο

10. Kompensationsgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung mit abnehmender Spannungsdifferenz kürzere Impulse erzeugt.