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Kompensations-1VIeßverfahren unter Verwendung eines fremderregten
elektrodynamischen Wechselstrom-Nullinstruments. Kompensationsmessungen unter Verwendung
eines fremderregten elektrodynamischen Wechselstrom-N ullinstruments «erden mit
Hilfe. der in Abb. i schematisch dargestellten Meßanordnung bekanntlich in folgender
Weise ausgeführt- Die eine Spule S (Erregerspule), in welcher der Erregerstrom J
fließt, wird über einen Widerstand R unter Zwischenschaltung eines Phasenreglers
Plz mit der Wechselstromquelle G verbunden, an die die eigentliche Meßanordnung,
z. B. die Brücke B, ebenfalls angeschlossen ist. Die andere Spule s (Kompensationsspule),
in welcher der auf Null zu bringende Kompensationsstrom i. fließt, ist in den Kompensationskreis
N eingeschaltet. Bezeichnet cp den Phasenwinkel zwischen den Strömen J und i, so
gilt für den Ausschlagwinkel a des elektrodynamischen Instruments die Beziehung
a-K#J#i#coscp. (i) In dieser Gleichung bedeutet K die Instruinentkonstante, welche
von der Beschaffenheit des elektrodynamischen Instruments abhängt. Setzen wir voraus,
daß der Erregerstrom konstante Stromstärke besitzt, so ist a=K'#i#cosrp, (2) worin
K' - K # J eine Proportionalitätskoüstante bedeutet. Da der Phasenwinkel q# beliebige
Werte, also auch den Wert 9o° an -nehmen kann, so ist der Ausschlagswinhel außer
vom Strom in der Kompensationsspule auch von diesem Winkel abhängig. Je größer 9
ist, desto unempfindlicher ist das Nullinstrument. Beträgt der Winkel 9o°,- so zeigt
das Instrument keinen Ausschlag, obwohl der Strom i. nicht Null ist. Es wird also
in diesem Falle der Zustand der Kompensation vorgetäuscht.
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Um Fehlmessungen und Unempfindlichkeit des Nullinstruments zu vermeiden,
ist in der gebräuchlichen oben beschriebenen "Anorflnung (Abb. i) der Phasenregler
Ph vorgesehen, der beim Kompensieren stets so eingestellt wird, daß bei nicht vollständig
abgeglichener Meßanordnung (Brücke B) das Mullinstrument maximalen Ausschlag zeigt.
Es
sind dann die Ströme J, i. in Phase, was bei gegebenem Instrument und gegebenem
Erregerstrom größtmögliche Empfindlichkeit gewährleistct.
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Der in der. Phase beliebig verschiebbare Erregerstrom wird bei dem
bisher bekanntgewordenen Meßverfahren einem Drehfeldtransformator (»Phasenregler«
oder »Phasenschieber«) oder einem Doppelgenerator entiiommen. Dies Verfahren ermöglicht
zwar den Winkel q# jederzeit genau auf den Wert Still, das Nullinstrument also auf
maximale Empfindlichkeit einzustellen. In_cler praktischen Handhabung jedoch ist
die Methode oft recht umständlich, auch kann es vorkominen, daß die genannten Hilfsmittel,
wie Drehfeldtransformator oder Doppelgenerator, überhaupt nicht anwendbar sind.
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Gegenstand vorliegender Erfindung ist ein Meßverfahren, bei welchcin
genannte Hilfsmittel nicht erforderlich sind. Es zeichnet sich durch besondere Einfachheit
in bezug auf Handhabung und Zusammenstellung der Meßeinrichtung aus. Das Prinzip
des neuen Meßverfahreiis ist folgendes: Der Erregerstrom für das Nullinstrument
wird aus mehreren voneinander unabhängigen Stromkreisen entnommen, in welchen Wechselströme
fließen, die in der Phase gegenein, ander verschoben sind und dieselbe Frequenz
besitzen wie die zu kompensierenden Spannungen. Es wird als Erregerstrom kein in
der Phase beliebig verschiebbarer Strom benutzt, sondern es werden zur Speisung
der Erregerspule Ströme verwendet, welche in getrennten Stromkreisen wirksam sind
und eine gewisse Phasenverschiebung gegeneinander aufweisen. Besonders vorteilhaft
ist es, den Erregerstrom zwei voneinander unabhängigen Stromkreisen zu entnehmen,
in welchen zwei um go° oder annähernd go° in der Phase gegeneinander verschobene
Ströme fließen. In diesem Falle können bei Verwendung elektrodynamischer Instrumente
mit beiderseitigem Ausschlag (Nullpunkt in der Mitte der Skala) Kompensationsströme
beliebiger Phasenlage mit ausreichender Empfindlichkeit untersucht werden, wie sich
aus folgender Überlegung ergibt, welche die Abb. 2 und 3 erläutern.
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Die Erregerströme 11, J., seien der Größe nach gleich und um go° in
der Phase gegeneinander verschoben. Der Kompensationsstrom i. von beliebiger Phasenlage
in allen Ouadranten sei um einen gewissen Phasenwinkel (p gegen J1, also um go°
- qa gegen J. verschoben (Abb. 2). Das Nullinstrument besteht aus zwei voneinander
unabhängigen elektrodynamischen Instrumenten mit beiderseitigem Ausschlag (Nullpunkt
in der Mitte der Skala), derenErregerspulenSl,S2 dauernd mit den voneinander unabhängigen
Stromkreisen I, II verbunden sind, während die Kompensationsspulen s1, s2 in den
Kompensationskreis eingeschaltet sind (Abb.3). In den beiden Erregerspulen fließen
dauernd die tim go° in der Phase gegeneinander verschobenen Erregerströme f1, J2,
die auf beliebige Weise erzeugt werden können und dieselbe Frequenz besitzen wie
der Kompensationsstrom
i. Ist die Instrumentkonstante
K bei beiden
Instrumenten dieselbe, so gilt für die AusschlagsWinkel a1, a2 der Instrumente
| al=K#Jl.i#cosP |
| (3) |
| a2-K#J2#i#sinp |
und bei konstanter Stromstärke der Ströme il, 12
| al=K'#i#coscp 1 |
| (4) |
| a,-==K'#i#sinqP |
i. schließt entweder mit J1 oder mit J2 stets einen Winkel ein, der den Wert .:15°
nicht übersteigt und alle Werte zwischen o° und ,I5° besitzen kann. Es wird also
entweder cos q) oder sin (p stets eine Zahl sein, die Elen Wert
0,707 nicht
unterschreitet und alle Werte zwischen r,ooo und
0,707 besitzen kann.
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Man erkennt hieraus, daß stets eines der beiden Instrumente genügend
empfindlich ist, da im ungünstigsten Falle (IP = q.5 °) die wirksame Empfindlichkeit
der Anordnung immer noch das o,707fache der maximalen Empfindlichkeit, welche bei
9 = o ° vorhanden ist, beträgt.
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Benutzt man bei einem Kompensationsverfahren, welches an sich beliebiger
Art sein kann, das oben beschriebene Wechselstrom-Nullinstrument, welches aus zwei
voneinander unabhängigen Instrumenten besteht, so -wird die Meßanordnung (Brücke
oder Kompensator) so lange abgeglichen, bis beide Instrumente den Ausschlag Null
anzeigen. Irgendwelche weitere Maßnahmen sind nicht nötig.
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Man kann jedoch auch mit einem einzigen elektrodynamischen Nullinstrument
auskommen, wenn man unter Zuhilfenahme einer Schaltvorrichtung die Erregerspule
abwechselnd nacheinander mit den voneinander unabhängigen Stromkreisen elektrisch
verbindet. Abb. ¢ zeigt als Beispiel eine solche Anordnung bei welcher durch einfaches
Umlegen des Schalters U in der Erregerspule zwei Ströme erzeugt werden können, welche
um go° in der Phase gegeneinander verschoben sind.
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Wie bereits oben erwähnt, können die
phasenverschobenen
Erregerströme in belieliiger Weise erzeugt «-erden. Da es aber bekanntlich darauf
ankommt, daß der Strom in @ler Erregerspule des Wechselstrom-Nullmstruments eine
möglichst sinusförinige Kurvenform besitzt, um mir die Grundwellen der zu kompensierenden
Spannungen zur Messung heranzuziehen, so ist es vorteilhaft, die Wechselstromwiderstände
der beiden Stromkreise so zu wählen, daß höhere Harmonische nach Möglichkeit unterdrückt
werden. 'Jan wird daher zweckmäßig die Stromkreise so ausbilden (Abb.4), daß der
eine Stromkreis Spulen und Widerstände entli-ilt, während in den anderen Stromkreis
Spuleci, Widerstände und Kondensatoren eingeschaltet sind. Die Spulen I_, Widerstände
R und Kondensatoren C werden so bemessen,- daß (ler Phasenwinkel zwischen h und
T, 9o° oder ungefähr go° beträgt. Die Ströme Ii, T= können gleiche oder annähernd
gleiche Stromstärke besitzen.
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Bei der praktischen Durchführung solcher Messungen ist es zur Vermeidung
voli 1#remdfeldeinflüssen und zur Erzielung einer hohen Empfindlichkeit vorteilhaft,
in an sich bekannter Weise ein elektrodynamisches Meßgerät mit Eisenschluß (»Eisengeschlossenes
Elektrodynamometer«) zu. verwenden. Auch ist es in manchen Fällen von Vorteil, die
Kompensationsspulen in an sich bekannter Weise nicht unmittelbar, sondern unter
Zwischenschaltung eines Transformators von geeignetem Übersetzungsverhältnis mit
deni liompensationskreis zu verbinden. Man kann hierdurch den wirksamen Widerstand
des Nullinstruments auf einen zur Erzielung hoher Empfindlichkeit günstigen Wert
einstellen.