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Schaltung zum Messen des Innenwiderstandes eines Wechselstromnetzes
Gegenstand der Erfindung ist eine Schaltung zum Messen des Innenwiderstandes eines
Wechselstromnetzes, beruhend auf der Bestimmung einer durcheinn Belastungswiederstand
bewirkten Spannungsabsenkung, wobei diese Spannungsabsenkung durch eine Spannungsmeßeinrichtung
angezeigt wird. Ziel der Erfindung ist es, bei derartigen Schaltungen Vorkehrungen
zu schaffen, durch welche Meßfehler infolge von Netzspannungsabweichungen vermieden
werden.
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-Da beim Spannungsabsenkungsverfahren die Reproduzierbarkeit des Meßergebnisses
von der Spannungsdifferenz zwischen Leerlauffall und Belastungsfall abhängt, muß
insbesondere bei der Messung kleiner Schleifenwiderstände der Belastungsstrom bei
220 Volt Netzspannung in der Größenordnung von 10 Ampere liegen. Ein derartiger
Belastungsstrom erfordert bei dem klassischen Spannung,sabsenkungsverfahren einen
entsprechend groß bemessenen Belastungswiderstand, wodurch das Meßgerät unhandlich
und der Meßvorgang selbst unpraktisch durchzuführen wird. Zusätzlich kann bei höheren
Schleifenwiderständen eine Spannungsverschleppung in gefährlichem Ausmaß auftreten.
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Durch die Anordnung von steuerbaren Gleichrichtern im Belastungskreis
wurde bereits erreicht, daß die Netzbelastung auf die Dauer einer oder mehrerer
Perioden der Netzfrequenz begrenzt wird, wodrchsich die Zeitspanne einer möglichen
Spannungsverschleppung auf ein für den Menschen ungefährliches Ausmaß verringert.
Dimensionierungs- und Kühlungsprobleme bezüglich der Belastungswiderstände sind
durch diese Maßnahme ausgeschaltet.
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Bei derartigen, zum Stande der Technik gehörenden Geräten ist aber
der Nachteil gegeben, daß vor jeder Messung eine Einstellung des Gerätes auf die
jeweils vorhandene Netzspannung notwendig ist, wobei zusätlich auftretende Belastungen
des Netzes eine Verfälschung des Maßergebnisses bringen können.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung einer
Spannungsverschleppung in gefährdendem Ausmaß eine preiswerte Schleifenwiderstands-Meßschaltung
geringen Raumbedarfes zu schaffen, mit welcher, weder zahlenmäßig noch durch erforderliche
Abkühlpausen beschränkt, unmittelbar aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt
werden können, bei der im Falle einer Abweichung der Netzistspannung von der Netznennspannung
keine besondere Einstellung erforderlich ist und deren Meßergebnisse unbeeinflußt
von Netzspannungsschwankungen bleiben.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei verschieden
hohen Gesamtwiderstand aufweisende Belastungskreise vorgesehen sind, daß eine beiden
Belastungskreisen gemeinsame Anordnung von steuerbaren Gleichrichtern sowie eine
elektronische, von den in den Belastungskreisen abfallenden Spannungen beeinflußbare
und die Gleichrichteranordnung steuernde Schaltung vorgesehen ist, welche die
Gleichrichteranordnung
nur für die Dauer einer einzigen Periode oder einer vorbestimmbaren Anzahl von Perioden
öffnet, und daß ein Netzwerk aus Dioden und Kondensatoren zum Speichern der in den
beiden Belastungskreisen abfallenden Spannungen sowie ein an ein Meßwerk od.dgl.
angeschlossener, von der Differenz der gespeicherten Spannungen gesteuerter Operationsverstärker
vorgesehen sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert
? welche das Prinzip der erfindungsgemäßen Schaltung von vereinfachter Darstellung
zeigt.
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In der Zeichnung ist die Netzleitung mit R bezeichnet, während mit
0 der Schutzkontakt - bzw. MP-Leiter- bezeichnet ist. Das Kernstück der erfindungsgemäßen
Schaltung bilden die beiden Serienschaltungen der Widerstände 3 und 5 einerseits
und der Widerstände 4 und 6 anderseits.
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In jeder Reihe dieser jeweils zwei Widerstände sind noch je zwei Gleichrichter
Gil, G12 bzw. G13 und G14 angeordnet. Weiters sind beide Widerstandes-Serienschaltungen
über steuerbare Gleichrichter 1, vorzugsweise einen Triac, geführt. Diese steuerbaren
Gleichrichter 1 stehen mit einer von der Netzfrequenz geführten elektronischen Zündschaltung
2 in Verbindung. Die Widerstände 3 und 4 sind die eigentlichen Belastungswiderstände
und haben voneinander verschiedene Werte. Der Widerstand 3 hat hohen Widerstandswert
und läßt daher nur einen sehr geringen Strom über den von den Teilen 5, G12, 1 3
und G13 gebildeten Ast fließen; hiebei wird das Netz praktisch nicht belastet. Im
Gegensatz hiezu hat der Widerstand 4 einen sehr niedrigen Wert und läßt, wenn der
aus den Teilen G 13, 4, 1, G14 und 6 bestehende Ast stromführend ist, einen verhältnismäßig
hohen Strom in der Größenordnung ton beispielsweise 10 Ampere fließen.
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An den Teilwiderständen 5 und 6 der beiden Stromäste bildet sich bei
Stromfluß je ein Spannungsabfall aus, welcher über jeweils einen Gleichrichter 7
bzw. 9 einen Kondensator 8 bzw. 10 aufladet. Diese an den Widerständen 5 bzw. 6
entstehenden und die Kondensatoren 8, 10 aufladenden Spannungen bilden die Meßspannungen,
deren Difseren gebildet und zur Ablesung gebracht wird. Einem der Widerstände -
beim gezeigten Schaltbild dem Widerstand 5 - ist ein spannungsabhängiger Widerstnd
14 parallelgeschaltet. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß eine gewisse Netzspannungsebhängigkeit
weiter verringert wird.
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Die sich zwischen den Kondensatoren 8 und 10 ausbildende Differenzspannung
wird über die Widerstände RS1, RS2 einem Operationsverstärker 11 zugeführt, der
mit einem Anzeigegerät kann eine Skala haben, die unmittelbar den Schleifenwiderstnd
anzeigt. Der in Verbindung mit dem Operationsverstärker 11 stehende Widerstand RO
dient allein zur Beschaltung desselben und bedarfkeiner weiteren Erwähnung.
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Der Meßvorgang darf nur sehr geringe Dauer haben, u.zw.
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soll er eine oder nur wenige Perioden der Netzfrequenz nicht überschreiten.
Durch diese an sich bekannte Maßnahme soll wirksam vermieden werden, daß Spannungsverschleppungen
in gefährdendem Ausmaß eintreten könnten, Um dies zu erreichen, ist die elektronische
Schaltung, insgesamt mit 13 bezeichnet, vorgesehen.
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Diese elektronische Schaltungunfaßt vor allem eine bistabile Kippschaltung
13a, welche mit dem Steuergerät 2 für den gesteuerten Gleichrichter 2 in Verbindung
steht. Die Nppschaltung 13a kann mittels eines durch eine Drucktaste betätigbaren
Umschalter T1 über einen Widerstand 15 mit einem Kondensator C verbunden werden.
Dieser Kondensator C wird, solange die Drucktaste in der Ruhestellung ist und der
Umschalter
T1 die voll gezeichnete Stellung einnimmt, mit einer niedrigen Spannung, beispielsweise
5 Volt aufgeladen.
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Diese Spannung wird von einem nur angedeuteten Netzgerät 16, welches
auch die Betriebsspannungen für die anderen Schaltungsteile liefert, zur Verfügung
gestellt.
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Die elektronische Schaltung 13 umfaßt weiters einen Umkehrverstärker
13b, welcher mit den Spannungsimpulsen, die am Widerstand 6 abfallen, gespeist wird.
Diesem Umkehrverstärker 13b ist eine Impulsdehnungsschaltung, bestehend aus der
Diode 13c und dem Kondensator 13f, nachgeordnet. Sowohl dieser Impulsdehnungsschaltung
als auch der aus der Diode-13c' und dem Kondensator 13f' bestehenden Impulsdehnungsschaltung
nach dem Widerstand 5 ist je eine Spannungsfolgeschaltung 13d bzw. zwei nachgeDrdnet.
Die Ausgänge dieser beiden Spannungsfolgerschaltungen sind an die beiden Eingänge
eines UND-Gatters 13e gerbt. Zur Begrenzung der Höhe der an die Eingänge des UND-Gatters
13e gelangenden-Impulse dienen die Zenerdioden Zl und Z1'. Sobald beide Impulse
am Eingang des UND-Gatters 13e anliegen, springt der Ausgang desselben ton logisch
0 auf logisch 1. Dies entspricht einem Spannungssprung von 0 auf ca. + 3 V, der
an die bistabile Kippstufe 13a weitergegeben wird. Diese letztere wird durch diesen
Impuls in den gegenüber dem bis dahin innegehabten Schaltzustand entgegengesetzten
Schaltzustand übergeführt.
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Die bei dem Umkehrverstärker 13b gezeigten Widerstände haben nur für
die Erfindung nicht wesentliche Funktionen zu erfüllen und bedürfen damit keiner
weiteren Erwähnung.
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Mit dem durch eine Drucktaste betätigbaren Umschalter T1 sind noch
zwei weitere Schalter T2 und T3 gekuppelt, welche in der Ruhelage die Kondensatoren
8 und 10 kurzschließen und damit die am Widerstand 5 und die am Widerstand 6 abfallenden
Spannungen
an Masse'legen. Die Schalter T2 und T3 werden beim Betätigen der Drucktaste geöffnet,
während der Umschalter T1 umgelegt wird (in der Zeichnung strichliert angedeutet).
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Die beschriebene erfindungsgemäße Schaltung arbeitet in der folgenden
Weise: Nach Einschalten des Gerätes wird der Kondensator C auf die erwähnte niedrige
Spannung aufgeladen. Durch Drücken der Drucktaste wird der Umschalter T1 umgelegt,
die Schalter T2 und T3 werden geöffnet. Durch das Umlegen des Umschalters T1 in
die strichliert gezeichnete Stellung erhält die bistabile Kippschaltung 13a durch
die entladung des Kondensators C einen Spannungsstoß, welcher sie in einen Schaltzustand
versetzt, welcher es im Zusammenhang mit der Zündschaltung 2 ermöglicht, daß an
den Triac 1 nadelförmige Zündimpulse abgegeben werden. Diese Zündimpulse können
jedoch nur genau im Nulldurchgang der Netzwechselspannung abgegeben werden.
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Die an sich bekannte Zündschialtung 2 besteht im wesentlichen aus
einem geregelten Längstransistor, der von der Netzspannung er einen Synchronisierwiderstand
und über Transistorvorstufen so angesteuert wird, daß nur in den Nulldurchgängen
der Steuerwechselspannung Zündimpulse an den Ausgang gelangen.
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Eine Differentialstufe am Eingang ermöglicht auch eine netzunabhängige
Steuerung. Damit ist der Beginn bzw. auch das Ende jedes Meßvorganges genau in den
Anfang je einer Halbwelle gelegt. Der Triac 1 ist dadurch gezündet (leitend gemacht)
und läßt genau eine Periode lang Strom fließen. 7ährend der einen Halbwelle - es
ist hiebei gleichgültig ob positive oder negative Halbwelle - fließt Strom über
die eine Widerstands-Serienschaltung, z.B. die Widerstände 3 und 5; während der
nächsten Halbperiode fließt Strom über
die andere Widerstands-Serienschaltung,
z.B. Widerstände 4 und 6. Diese gegenläufigen Stromflußrichtungen werden durch die
gegensinnige Schaltung der Dioden G12, G11 einerseites erreicht. Die während je
einer Halbperiode an den Widerständen 5 bzw. 6 abfallenden Spannungen, welche naturgemäß
entgegengesetztes Potential haben, verursachen die Aufladung der Kondensatoren 10
bzw. 8auf eine bestimmte, von den Spannungsabfällen bedingte Höhe. Über die Widerstände
RS1 und RSe wird die zwischen den Ladungsspannungen an den beiden Kondensatoren
8 und 10 bestehende Differenz an den Operationsverstärker 11 weitergegeben, welcher
in üblicher Weise einen der Spannungsdifferenz entsprechenden Strom durch das Meßgerät
12 fließen läßt. Bei entsprechender Skalenteilung dieses Meßgerätes kann die Größe
des Schleifenwiderstandes unmittelbar abgelesen werden.
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Zur Begrenzung der Länge des Meßvorganges auf eine Vollperiode der
Netzfrequenz dient die Schaltung 13, wie im folgenden erläutert wird. Die an den
beiden Widerständen 5 und 6 im Abstand einer halben Netzfrequenz-Periode entstehenden,
entgegengesetzt polarisierten Spannungsimpulse werden einerseits über den Umkehrverstärker
13c, 13f bzw. 13cm, 13f' mit jetzt gleicher Polarität zugeführt. Durch diese Dehnungsschaltungenwird
erreicht, daß an beide Spannungsfolgerschaltungen 13d und 13d' ein Eingangsimpuls
gelangt und diese Spannungsfolgerschltungen praktisch zugleich je einen Ausgangsimpuls
an das UND-Gatter 13e abgeben. Die Höhe dieser Impulse wird durch die Zenerdioden
Z1 und Z1' begrenzt. Sobald nun am Widerstand 5 ein positiver und am Widerstand
6 ein negativer Impuls entsteht, springt der Ausgang des UND-Gatters 13e von logisch
0 auf logisch 1. Dieser Impuls wird an die bistabile Kippschaltung 13a weitergegeben,
welche infolgedessen ebenfalls ihren Schaltzustand wechselt
und
über die Zündschaltung 2 jedes weitere Zünden des Triacs 1 verhindert. Der gesamte
Meßvorgang wird dadurch auf höchstens zwei Halbwellen der Netzfrequenz begrenzt,
gleichvielwie länge die Drucktaste zur Betätigung der Schalter i'1, T2 und T3 gedrückt
bleibt.
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Anderseits ist es möglich, durch die Verwendung eines voreinstallbaren
Zählers, der aus bistabilen Kippstufen und logischen Gattern aufzubauen wäre, praktisch
jede beliebige Anzahl von positiven und negativen Halbwellen der Netzfrequenz zur
Messung heranzuziehen.
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Wenn anstelle der Dioden 7, 9 und der Kondensatoren 8 und 10 Integrationsglieder
verwendet werden, kann zusätzlich eine weitgehende Kurvenform-Unabhängigkeit erzielt
werden.
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Es ist noch zu erwähnen, daß der spannungsabhängige Widerstand 14
bei entsprechender Dimensionierung eine Spannungsabhängigkeit infolge Änderungen
der Netzspannung gegenüber der Netz-Nennspannung innerhalb der zulässigen Fehlergrenzen
zu verhindern vermag.