DE587443C - Netzsynchroner Wechselspannungsgenerator fuer Messzwecke - Google Patents

Description

Tag der

Ein Normal der Wechselspannung, das für Messung von Spannungen innerhalb eines gegebenen Netzes etwa die Rolle des Normalelements bei Gleichstromkompensationsmessungen übernehmen soll, wird im einfachsten Falle eine netzsynchrone, sinusförmige und grundfreqente Spannungswelle zu liefern haben, deren Phase beliebig wählbar ist und deren Betrag zweckmäßig auch — innerhalb gewisser Grenzen — beliebig einstellbar ist. Bei den bisher benützten Kompensationsverfahren für Wechselstrom werden solche Normalspannungen als Spannungsgefälle an Meßdrähten erzeugt, die von einem dem Netz entnommenen Wechselstrom durchflossen werden, dessen Betrag mittels eines- möglichst genauen Strommessers bestimmt wird. Die Angleichung der Phase ist bei Drehstrom — etwas primitiv — durch Drehung der Phase des Meßdrahtstrofties mittels Phasenreglers möglich. Sie kann • auch geschehen durch Zusammenschaltung der Meßdrahtspannung mit einer vom Meßdrahtstrom durch Induktion erzeugten, also um 90 ° gegen ihn verschobenen Spannung, die eventuell in einem zweiten Meßdraht meßbar aufgeteilt werden kann. Es entsteht so eine Normal- oder Kompensationsspannung, deren Betrag etwa innerhalb der Grenzen ι bis 10 und deren Phase über 360 ° beliebig wählbar ist. Diese Normalspannung • wird dann über ein Nullinstrument gegen die zu· messende Spannung geschaltet und ihre

.' Phase sowie ihr Betrag so lange geändert, bis das Verschwinden des Ausgleichsstromes die Gleichheit anzeigt.

Die beschriebenen Verfahren sind weder bequem noch sinnfällig. Ihre Genauigkeit hängt zunächst ab von der Güte des Strommessers, dessen etwa vorhandener Fehler sich voll auf das Meßergebnis überträgt. Ist die Netzspannungskurve nicht sinusförmig, so entstehen weitere Fehler. Der Strommesser zeigt dann mehr als den Effektivwert der Grundwelle des Kompensatorstromes an, das Nullinstrument berücksichtigt aber nur die Grundfrequenz. Die Grundwelle der unbekannten Spannung wird also zu klein gemessen.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Bildung der Normalspannung unabhängig von Strommesserangaben, die Messung äußerst sinnfällig und · Gleitkontakte im Kompensationskreis entbehrlich zu machen.

Die Abbildung zeigt die Anordnung in schernatischer Darstellung. Der kleine zweipolige Ein- oder Mehrphasensynchronmotor SM dreht den Dauermagneten M um eine in seinem Luftspalt angeordnete Spule S, in der eine Wechselspannung erzeugt wird, die genau netzfrequent ist. Durch Drehen der Spulet um die Rotationsachse des Magneten ist jede beliebige Phasenlage dieser Normalwechselspannung einzustellen, die genau sinusförmig wird, wenn man die Polflächen des Magnets planparallel und damit das Magnetfeld H parallelhomogen machjt. Durch Neigen der Spulenebene gegen die auf

der Rotationsachse senkrechte Ebene um den Winkel α ist der Betrag der Normalspannung einstellbar, die proportional sin α ist. (Vorausgesetzt ist hierbei, daß die Kraftlinien von H senkrecht auf der Richtung der Rotationsachse stehen). Zweckmäßig wird die beschriebene Variationsmöglichkeit des Spannungsbetrages nur etwa in den Grenzen ι bis io ausgenutzt. Weitere Stufen werden durch Anzapfen der Spule erhalten und im übrigen die zu messenden Spannungen in bekannter Weise mittels Spannungsteilers geteilt, wenn die Beträge zu hoch sind, um als Normalspannung mit der beschriebenen Einrichtung nachgebildet zu werden.

Mittels des mit N bezeichneten verstellbaren magnetischen Nebenschlusses läßt sich H auf einen Betrag bringen, der bei Normalfrequenz und für α = 90° (oder gleich dem sonst vorgesehenen Maximalwert von α) einen runden Betrag, z. B. 20 mV Effektivwert der erzeugten Normalspannung liefert. Das Magnetfeld H tritt dann etwa an die Stelle des Strommessers, dessen Angaben bei den bisher üblichen Wechselstromkompensatoren die Basis der Messungen bilden. Sein Betrag kann entweder, wie auch die Spulenwindungsfläche, nach den bekannten Methoden »absolut« bestimmt werden, oder es wird .30 eine Eichung der erzeugten Normalspannung mittels eines ausgesucht genauen Spannungsmessers bei sinusförmiger Netzspannung vorgenommen. Natürlich muß durch geeignete Formgebung und Wahl der richtigen Stahlsorte dafür gesorgt werden, daß der Betrag von// unverändert erhalten bleibt. Die Frequenz geht voll in das Ergebnis ein. Sie muß daher genau gemessen werden, was am einfachsten mittels eines vom Synchronmotor angetriebenen Tachometers T geschieht. Die Netzspannung besitzt einen geringfügigen Einfluß auf die Phasenlage des rotierenden Magneten und damit auch der Spannung. Es wird daher der Nullpunkt der Phasenskala vor Beginn der Messungen durch Indexverschiebung an / der jeweiligen Netzspannung angepaßt.

Aus der Abbildung geht die Verwendung der Einrichtung hervor. Zunächst wird die Indexeinstellung vorgenommen und dazu der Umschalter U in die gezeichnete Stellung gebracht. Der Spannungsabfall Zi₀, hervorgebracht durch den Strom i₀ an einem passend gewählten Teil r₀ des am besten induktions- und kapazitätsfreien Spannungsteilers, wird damit über das Nullinstrument VG auf die in der Spule 6" erzeugte Normalspannung geschaltet. Durch Drehen der Spule mittels der Phasenscheibe PS und Ändern des Winkels α wird der Ausschlag in VG zum Verschwinden gebracht. Die Spulenspannung ist dann phasengleich mit der Netzspannung u_rs. Demgemäß ist der Index so einzustellen, daß sein Nullstrich mit dem der Phasenscheibe zusammenfällt.

Es soll nun der Strom i_x nach Phase und Betrag gemessen werden. In seinen Weg wird dazu der induktionsfreie Widerstand r_x eingeschaltet und der hier entstehende kleine Spannungsabfall U_x durch Umlegen des wSchalters U über VG auf die Spule 5 geschaltet. Letztere wird dann um die vertikale Phasenachse gedreht, bis VG das Ausschlagsmmimum zeigt. Sodann erfolgt die Einstellung des Betrages durch Veränderung des Winkels or. War die Phasenlage, die an der Kreisteilung von PS ablesbar ist, schon richtig getroffen, so muß jetzt der Strom Null im VG genau erreichbar sein. Andernfalls ist an der Phasenscheibe und danach wieder an der α-Achse nachzuregulieren.

Die Ablesung an PS ergibt unmittelbar den Phasenwinkel zwischen U_x (und damit i_x) und der Netzspannung u_rs. Der Betrag der Spannung n_x ist nun gleich der Spulenspannung und damit gleich der durch die Spulenwindungsfläche und die Felddichte H sich ergebenden Apparatkonstanten, multipliziert mit der Frequenz und mit dem Sinus des Winkels a.

In der Abbildung ist ein Drehstromsystem angenommen. Dabei gelingt das Anlassen und (selbsttätige) Synchronisieren des Motors durch einfaches Aufschalten auf das Netz besonders leicht. Muß mit einer variablen Unsymmetrie des Netzes gerechnet werden, so wird nach eingetretener Synchronisierung der Leiter t vom Motor abgeschaltet, der dann einphasig mit der Bezugsspannung u_rs weiterläuft. Liegt nur Ein- phasenstrom vor, so sind die bekannten Mittel der Kapazitäts- und Induktivitätsvorschaltung oder mechanisches Anwerfen des Motors zu benutzen. Soll die Phasenlage auch nach Stillsetzen und Wiederanlassen eindeutig sein, so ist der Rotor mit Gleichstrom unveränderter Richtung zu erregen. Andernfalls besteht die Möglichkeit zweier um i8o° gegeneinander versetzter Phasenlagen von Magnet, Rotor und Spannung. Um eine beliebige Verdrehbarkeit der Phase (über 360⁰) zu erreichen, muß entweder die Spulenspannung über Schleifringe und Bürsten herausgeführt werden oder statt der Spule der Motor um die Phasenachse verdreht werden, die zugleich die Rotationsachse seines Rotors ist. Dann wird die Phasenscheibe mit dem Motorgehäuse verbunden und der Motorstrom über Schleifringe zugeführt.

Die beschriebene Anordnung gibt nur die Werte der Grundwelle. Es kann auch der in der Spule J? induzierten Normalspannung

Claims (3)

1. mit den bekannten Mitteln eine andere, z. B. Rechteckform gegeben werden, die auch die' Harmonischen enthält. Mit abgestimmten Resonanznullkreisen oder -instrumenten wären dann die Harmonischen der zu messenden Spannung nach Betrag und Phase einzeln gegen die Harmonischen der Spulenspannung zu kompensieren.

   to Patentansprüche:

   i. Netzsynchroner Normalwechselspannungsgenerator für Meßzwecke, der die Normalspannung in einer Spule mittels Induktion durch das Feld eines umlaufenden Dauermagneten erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dauermagnet von einem zweckmäßig zweipoligen Synchronmotor ■ in. netzsynchronen Umlauf versetzt wird, und daß die Phasenlage der Normalspannung durch Verdrehen der Spule um eine mit der Drehachse des " Magnetfeldes zusammenfallende Achse und der Betrag der Normalspannung durch Verschieben oder besser durch Ver- ^5 drehen der Spule um eine zur Drehachse des Magnetfeldes senkrechte Achse beliebig eingestellt werden können.
2. 2. Netzsynchroner Normalwechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld parallelhomogen gestaltet und senkrecht zur Richtung der Drehachse des Magneten angeordnet ist.
3. 3. Netzsynchroner Normalwechselspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Magnetfeld Rechteckform gegeben ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen