DE448748C - Einrichtung zur Bestimmung der Amplitude und Phase einer Wechselspannung durch Kompensation - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Bestimmung der Amplitude und Phase einer Wechselspannung durch Kompensation. In dem Hauptpatent handelt es sich um ein Kompensationsmeßverfahren, bei dem die zu untersuchende Wechselspannung kompensiert wird durch eine in bezug auf Amplitude und Phase veränderliche Kompensationsspannung, welche aus zwei hintereinandergeschalteten, um 9ö° in der Phase gegeneinander verschobenen Teilspannungen zusammengesetzt ist. Die beiden Teilspannungen werden als regelbare Spannungsabfälle an zwei mit Schleifkontakten versehenen und leitend miteinander verbundenen Meßdrähten abgegriffen, die von zwei um cgo° in der Phase gegeneinander verschobenen- Wechselströmen durchflossen -werden, welche dieselbe Frequenz besitzen- wie die zu prüfende Wechselspannung. Hierbei sind die Verhältnisse so gewählt, daß das Verhältnis der wirksamen Drahtlänge zur. abgegriffenen Teilspannung bei beiden Meßdräliten dasselbe ist, daß also der einer Längeneinheit entsprechende Spannungsabfall bei beiden Meßdrähten derselbe ist.
• Bei gewissen Arten von Messungen kann es vorkommen, daß die beiden bei Kompensation wirksamen Teilspannungen voneinander sehr verschieden sind. Dann ist die am einen Meßdraht wirksame Drahtlänge entsprechend der Kleinheit der abgegriffenen Teilspannung so klein, (laß die Ablesung dieser Teilspannung ungenau wird. Diese Unannehmlichkeit wird durch die Erfindung vermieden, und zwar wird dies dadurch erreicht, daß die beiden Verhältnisse der wirksamen Drahtlänge zur abgegriffenen Teilspannung bei beiden Meßdrähten beliebig, also auch verschieden einstellbar gewählt werden. Sind diese Verhältnisse bei beiden Meßdrähten bekannt, so kann die gesuchte Wechselspannung aus den beiden Teilspannungen ohne weiteres berechnet werden.
• Erfindungsgemäß ist die Meßeinrichtung so beschaffen, daß das Verhältnis der wirksamen Drahtlänge zur abgegriffenen Teilspannung bei beiden Meßdrähten beliebig eingestellt und an der Meßeinrichtung unmittelbar abgelesen werden kann.
• Abb. i zeigt als Beispiel eine besonders vorteilhafte Meßanordnung in schematischer Darstellung. Meßdraht Ml ist mit einem veränderbaren induktions- und kapazitätsfreien Widerstand R1 in Reihe geschaltet und an den Nebenwiderstand r angeschlossen, welcher mit der Primärspule S,1 des Lufttransformators T in Reihe geschaltet ist, während Meßdraht M2 über einen ebenfalls veränder-. baren induktions- und kapazitätsfreien Widerstand R2 an die Sekundärspule SZ des Transformators angeschlossen ist. Die an den Meßdrähten wirksamen Gesamtspannungen El, EZ ergeben sich aus folgenden Gleichungen: wo c-) die Kreisfrequenz, J den Meßstrom und 21 die gegenseitige Induktivität des Lufttransformators bedeuten, während mit M1, M2, R1, R@, r, 2 die aus Abb. i ersichtlichen Widerstände bezeichnet sind. Sind die Werte Ml, JU" r, o, co, il sowie der Meßstrom J gegeben, so können mit Hilfe der veränderbaren Widerstände R1, R2 die Spannungen El, E. in beliebiger Weise reguliert und ihre Größen an R1, R, unmittelbar abgelesen werden. Sind beispielsweise die Gesamtlängen der beiden Meßdrähte einander gleich und ist die am Meßdraht M, wirksame Gesamtspannung EZ zehnmal so klein wie die Spannung El am Meßdraht 1V11, so kann man eine an M@ abgegriffene Teilspannung; welche bei El - E. einer Drahtlänge von z. B. i i mm entspricht, sehr viel genauer ablesen, da jetzt die zur Einstellung derselben Teilspannung erforderliche Drahtlänge zehnmal so groß ausfällt, in dem gewählten Beispiel also r io min beträgt.
• Hierbei ist es oft vorteilhaft, .mit verhältnismäßig großen Kompensationsspannungen zu arbeiten. Man ist dann in der Lage, auch mit weniger empfindlichen WechselstromnullinstrUmenten messen zu können. Die Anwendung der in Abb. i dargestellten Meßanordnung ist dann nicht immer möglich, da die Einstellung der go°-Phasenverschiebung zwischen den Spannungen El, E= bei den in diesen Fällen erforderlichen hohen Windungszahlen des Lufttransformators Schwierigkeiten bereitet.
• Gemäß der Erfindung wird eine einfache Kunstschaltung angewendet, welche verhältnismäßig hohe Meßdrahtspannungen herzustellen gestattet, deren gegenseitige Phasenverschiebung genau 9o° beträgt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der dem Meßdraht Ml vorgeschaltete Widerstand R1 induktiv ausgebildet ist. Die Induktivität dieses Vorwiderstandes wird so bemessen, daß der Phasenwinkel zwischen El und EZ genau 9o° beträgt. Die Ermittlung der erforderlichen Werte der Induktiv ität und des Ohmschen Widerstandes von R, erfolgt auf rechnerischem - oder -- experimentellem Wege.
• Abb. 2 zeigt- als Beispiel eine solche Meßanordnung in schematischer Darstellung. Sie unterscheidet sich von der in Abb. i dargestellten, mit gleichen Bezeichnungen- versehenen Anordnung nur dadurch, daß dem Meßdraht lYh ein induktiv ausgebildeter Widerstand Ri vorgeschaltet ist.
• Arbeitet man, wie aus obigen Ausführungen hervorgeht, mit höheren Windungszahlen des Lufttransformators T, um verhältnismäßig hohe Meßdrahtspannungen herstellen zu können, so kann es vorkommen, daß die Sekundärspule SZ des. Transformators durch elektromagnetische Fremdfelder in solchem Maße beeinflußt wird, daß bei starken Fremdfeldern Meßfehler auftreten.
• Die Erfindung bietet die Möglichkeit, eine derartige Fremdfeldbeeinflussung auch bei höheren Windungszahlen der Sekundärspule zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Lufttransforinator T aus zwei primär und sekundär in Reihe geschalteten, zweckmäßig vollständig gleichartigen Lufttransformatoren zusammengesetzt ist, deren primäre und sekundäre Spulenanschlüsse derart geschaltet sind, daß die durch ein äußeres Fremdfeld in den beiden Sekundiirspulen erzeugten elektromotorischen Kräfte entgegengesetzte Richtung besitzen. Bei dieser Anordnung kommt nur die Differenz dieser elektromotorischen Kräfte für eine störende Fremdfeldwirkung in Betracht. Sind die beiden Lufttransformatoren vollständig gleichartig beschaffen und ist der räumliche Verlauf des Fremdfeldes homogen, so tritt überhaupt keine Störwirkung auf.
• In Abb. 3 ist als Beispiel eine derartige Anordnung schematisch dargestellt. Der Lufttransformator T ist aus zwei praktisch gleichartigen Lufttransformatoren T" T, zusamniengesetzt, deren Primärspulen S,', S," und Sekundärspulen S"', S," derart in Reihe geschaltet sind, daß die durch das homogene Fremdfeld F induzierten elektromotorischen Kräfte sich gegenseitig aufheben, eine Störwirkung also überhaupt nicht auftritt.
• Zur Vermeidung von Fremdfeldeinflüssen und zur Herstellung hoher hießdralitspannungen kann man auch, gemäß der Erfindung, in der in Abb. 2 dargestellten Meßanordnung an Stelle eines Lufttransformators einen Transformator mit Eisenkern, z. B. einen eisengeschlossenen Transformator, verwenden. Die Einstellung der go°-Phasenverschiebung zwischen den an den Meßdrähten wirksamen Gesamtspannungen E" E., geschieht erfindungsgemäß mit Hilfe der in Abb.2 dargestellten Kunstschaltung. Ohmscher Widerstand und Induktiv ität des dem Meßdralit M, vorgeschalteten Vorwiderstandes R, werden so bemessen, daß der Phasenwinkel zwischen E, und E, genau 9o° beträgt. Die geeignetste Dimensionierung von R, ergibt sich aus einer einfachen Kompensationsmessung, welche beispielsweise unter Zuhilfenahme eines eisenfreien Transformators ausgeführt werden kann.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Bestimmung der Amplitude und Phase einer Wechselspannung durch Kompensation nach Patent 411 649, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Verhältnisse der wirksamen Drahtlänge zur abgegriffenen Teilspannung bei beiden Meßdrähten beliebig, also auch verschieden einstellbar sind, zu dem Zwecke, bei voneinander sehr verschiedenen Teilspannungen eine erhöhte Meßgenauigkeit zu erzielen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Meßdralit (M,) über einen veränderbaren Vorwiderstand (R,) an einen Nebenwiderstand (r) angeschlossen ist, welcher mit der Primärspule (S,) eines Lufttransformators (T) in Reihe geschaltet ist, während der zweite Meßdraht (1T.,) über einen ebenfalls veränderbaren Vorwiderstand (R.) an die Sekundärspule des Lufttransformators (T) angeschlossen ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorwiderstand (R,) des an den Nebenwiderstand (r) angeschlossenen ersten Meßdralites (M,) induktiv ausgebildet ist. ,I.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lufttransformator (T) aus zwei gleichartigen Lufttransformatoren (T" T .) zusammengesetzt ist, deren Primärspulen (S,', S,") und Sekundärspulen (S.', S.;") derart in Reihe geschaltet sind, daß die durch ein äußeres elektromagnetisches Fremdfeld (F) in den beiden Sekundärspulen (S.', S,") erzeugten elektromotorischen Kräfte entgegengesetzte Richtung besitzen, so daß also für einen störenden Fremdfeldeinfluß nur die Differenz dieser elektromotorischen Kräfte in Betracht kommt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Lufttransformators ein Eisen enthaltender, eisengeschlossener Transformator vorgesehen ist, zu dem Zwecke, hohe Meß-, drahtspannungen zu erzielen und Fremdfeldeinflüsse zu vermeiden.