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Einrichtung zur Erfassung von Augenblickswerten bestimmter Phasenlage
von Wechselspannungen und -strömen, insbesondere zur punktweisen Ermittlung der
Kurvenform Um aus Wechselspannungen Augenblickswerte bestimmter und einstellbarer
Phasenlage, z. B. zum Zwecke der punktweisen Ermittlung der Kurvenform, herauszugreifen,
bedient man sich bisher im allgemeinen der bekannten, mittels eines Synchronmotors
o. dgl. angetriebenen joubertschen Kontaktscheibe. Diese Anordnung besitzt insofern
gewisse Nachteile, als durch die Reibung der Kontakte auf der Scheibe, besonders
bei :Messung kleiner Spannungen oder Ströme, leicht Störungen entstehen. Ferner
ist die große Masse des Motors und der Scheibe unbequem bei raschen Frequenzschwankungen.
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Eine Einrichtung, die zu den gleichen Zwecken wie die obenerwähnte
bekannte Anordnung benutzt werden kann, aber deren Nachteile vermeidet, ist erfindungsgemäß
durch die Verwendung zweier halbperiodisch umschaltender Synchronschalter geschaffen,
die in Reihe an der Wechselspannung, von der z. B. Augenblickswerte bestimmter Phasenlage
abgeleitet werden sollen, liegen und deren Umschaltung infolge entsprechender Wahl
der gegenseitigen Phasenlage der Erregerströme mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung
erfolgt, die kleiner als i8o° ist.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in Fig. i schematisch
dargestellt. An die Klemmen einer Stromquelle i, von der beispielsweise die Kurvenform
der Klemmenspannung ermittelt werden soll, sind in Reihe zwei Synchronschalter 2
und 3 und ein Galvanometer q., das unter Vorschaltung eines Ohmschen Widerstandes
5 in Nebenschluß zu einem Kondensator 6 liegt, angeschlossen. Die Synchronschalter
z und 3 können in gleicher Weise ausgeführt sein wie di-e mechanischen Einwegpendel-
bzw. Zungengleichrichter. Die Erregerwicklungen :2a und 3a der Synchronschalter
2 und 3 sind über je einen Vorschaltwiderstand 7 und 8 an die Sekundärklemmen eines
Phasenschiebers 9 angeschlossen, der primär von einem Wechselstrom gespeist wird,
der die gleiche Frequenz besitzt wie die an den Klemmen der- Wechselstromquelle
i herrschende Wechselspannung und zu dieser in fester Phasenbeziehung steht. Es
ist zweckmäßig, im gegebenen Falle den Phasenschieber 9 aus der Stromquelle i zu
speisen. Durch entsprechende Einstellung des Phasenschiebers 9 können die über die
Erregerwicklungen der Synchronschalter 2 und 3 fließenden Ströme in eine beliebige
Phasenbeziehung zu der an der Stromquelle i herrschenden Spannung gebracht werden.
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Die beiden Synchronschalter .2 und 3 sind in den von der Stromquelle
gespeisten Kreis derart eingefügt, daß bei Phasengleichheit
der
über die Erregerwicklungen 2a und 3a fließenden Ströme der eine Synchronschalter
seinen Kontakt stets öffnet, wenn der andere Synchronschalter den zugehörigen Kontakt
schließt. Infolgedessen ist in diesem Falle, bei dem also die Umschaltung der beiden
Synchronschalter :2 und 3 mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 18o° erfolgt,
der über die Synchronschalter und das Galvanometer q. geleitete Stromkreis stets
geöffnet, also stromlos. Macht man jedoch die zwischen der Umschaltung des Synchronschalters
2 und der des Synchronschalters 3 herrschende Phasenverschiebung etwas kleiner als
i8o°, wozu man z. B. - wie in Fig. i veranschaulicht - der einen Erregerspule eine
Induktivität io vorschalten kann, so hat das zur Folge, daß die Dauer des jeweiligen
Kontaktschlusses des Synchronschalters 2 die des jeweiligen Kontaktschlusses des
Synchronschalters 3 zeitlich teilweise überdeckt und daher der betrachtete Stromkreis
für eine kurze Zeitdauer geschlossen wird, in der ein Augenblickswert bzw. ein kleiner
Bereich von Augenblickswerten bestimmter Phasenlage der an der Stromquelle i herrschenden
Wechselspannung wirksam wird.
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Die Verhältnisse gehen aus dem Diagramm der Fig. 2 übersichtlich hervor.
Die Kurve e stelle den Verlauf der Wechselspannung der Stromquelle i dar. Mit t,
sind die periodisch wiederkehrenden Zeitlängen bezeichnet, während der der Kontakt
des Synchronschalters :2 jeweils für eine halbe Periode geschlossen ist.
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stellen die entsprechenden Zeitlängen dar, während der der Kontakt
des Synchronschalters 3 geschlossen ist. Ist nun, wie in dem Schaubild angenommen,
die Umschaltung des Synchronschalters 3 weniger als i8o° gegen die des Synchronschalters
2 verschoben, so überdecken sich die Zeitlängen, während der die beiden Synchronschalter
geschlossen sind, um den in der Zeichnung mit t", bezeichneten Betrag. Dadurch wird
aus der Spannungskurve ein schmaler Streifen herausgeschnitten, durch dessen Wirkung
der Kondensator 6 auf einen Wert aufgeladen wird, der" dem Mittelwert des betreffenden
Streifens der Spannungskurve proportional ist. Bleiben die Einstellung des Phasenschiebers
9 und die übrigen Verhältnisse der Einrichtung unverändert, so wird während jeder
Periode der gleiche Abschnitt aus der Wechselspannung herausgeschnitten, so daß
periodisch dem Galvanometer 4 eine Gleichspannung zugeleitet wird, deren Intensität
durch den Mittelwert des herausgeschnittenen Spannungsabschnittes bedingt ist. Der
Ausschlag des Galvanometers q. gibt daher ein Maß für diesen Mittelwert. Die Einfügung
des Kondensators 6 und des Widerstandes 4 hat den Zweck, eine ruhige Einstellung
des Galvanometers d. trotz der periodischen Spannungsstöße zu bewirken. Der von
dem Galvanometer q. angezeigte Wert entspricht um so mehr einem bestimmten Augenblickswert
der Spannung, je kleiner der Bereich t", gewählt wird. Die Größe dieses Bereiches
läßt sich leicht durch Änderung der Induktivität i o einstellen, wozu gegebenenfalls
zweckmäßig eine veränderliche Induktivität, ein zweiter Phasenschieber o. dgl. gewählt
wird.
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Wie .aus obiger Erläuterung hervorgeht, kann man durch Änderung der
Phasenlage der Erregerströme zu der Klemmenspannung an der Stromquelle i vermittels
des Phasenschiebers 9 die Phasenlage des aus der Spannungskurve herausgeschnittenen
Abschnittes innerhalb der Spannungskurve beliebig einstellen, so daß die Anordnung
einmal zur punktweisen Aufnahme der Spannungskurve wie auch beispielsweise zur dauernden
Messung der Scheitelspannung oder eines anderen bestimmten Augenblickswertes Verwendung
finden kann. Soll die Kurvenform oder die Scheitelspannung eines Wechselstromes
bestimmt werden, so kann dies mittels der Anordnung geschehen, indem der über die
Synchronschalter geführte Kreis beispielsweise an die Klemmen eines Widerstandes
gelegt wird, der von dem zu untersuchenden Strom durchflossen wird.
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Die neue Einrichtung ist nicht auf die Verwendung für Meßzwecke beschränkt;
sie kann auch für Regelvorrichtungen, z. B. zur Begrenzung oder Einstellung des
Scheitelwertes einer Spannung, Verwendung finden. Ebenso besteht die Möglichkeit,
die Einrichtung als Impulsgenerator für Fernübertragungseinrichtunbien von Meßwerten,
Kommandos u. dgl. zu benutzen, wobei Einrichtung .den Vorteil bietet, daß die Phase
und die Dauer der aufeinander folgenden Impulse innerhalb bestimmter Grenzen beliebig
eingestellt werden können.
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Statt wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Synchronschalter
Geräte zu verwenden, die mechanischen Gleichrichtern entsprechen, kann man auch
Ventilgleichrichterschaltungen, z. B. Trockengleichrichterschaltungen, benutzen,
die ebenfalls als Synchronschalter wirken und bereits für andere Zwecke vorgeschlagen
sind.