DE692036C

DE692036C - Device for the continuous recording of the phase by means of spark marks on a writing strip

Info

Publication number: DE692036C
Application number: DE1936S0121582
Authority: DE
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1936-02-16
Filing date: 1936-02-16
Publication date: 1940-06-17

Description

Vorrichtung zum fortlaufenden Aufzeichnen der Phasenverschiebung zwischen zwei Wechselstromgrößen mittels Funkenmarken auf einem Schreibstreifen Die Aufgabe, Phasenverschiebungen in einem Wechselstromkreis, z.B. die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung, auf einem Schreibstreifen in unmittelbar sichtbarer Schrift fortlaufend aufzuzeichnen, wurde bisher in der Regel mittels eines mit einem entsprechenden Meßgerät ausgerüsteten Tintenschreibers gelöst. Wegen der verhältnismäßig großen Trägheit des beweglichten Meßwerkes eignen sich Meßgeräte mit Tintenschrift aber nur für solche Fälle, wo die Meßgröße sich langsam ändert. Auch die sogenannten Funkenschreiber, bei denen der Zeiger des Meßgerätes als bewegliche Funkenelektrode ausgebildet ist und der Schreibstreifen zwischen dieser und einer festen Funkenelektrode schwingt, eignen sich nicht für schnelle Schwingungen der Meßgröße.Device for continuously recording the phase shift between two alternating currents by means of spark marks on a writing strip The task, Phase shifts in an AC circuit, e.g. the phase shift between Current and voltage, on a writing strip in directly visible writing to record continuously, was previously usually by means of a with a corresponding Measuring device equipped ink pen released. Because of the relatively large However, measuring devices with ink writing are suitable for the inertia of the moving measuring mechanism only for those cases where the measurand changes slowly. Even the so-called Spark recorders in which the pointer of the measuring device acts as a movable spark electrode is formed and the writing strip between this and a fixed spark electrode oscillates, are not suitable for rapid oscillations of the measured variable.

Sie haben ferner den Nachteil, daß durch den Abbrand der Zeigerelektrode die Gewichtsverhältnisse des Meßwerkes sich ändern, so daß erhebliche Meßfehler entstehen können.They also have the disadvantage that the consumption of the pointer electrode the weight ratios of the measuring mechanism change, so that considerable measurement errors can arise.

Bei sehr schnellen Schwankungen der Phasenverschiebung könnten diese durch einen mit einem entsprechenden Meßwerk ausgerüsteten Oszillographen in Lichtschrift aufgezeichnet werden. Solche Lichtschreiber mit photographischer Aufzeichnung erfordern aber einen verhältnismäßig großen Aufwand und eine umständliche Bedienung.In the case of very rapid fluctuations in the phase shift, these could by means of an oscilloscope equipped with a suitable measuring mechanism in light writing to be recorded. Such light writers with photographic recording require but a relatively large effort and a cumbersome operation.

Diese Nachteile werden bei dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung dadurch vermieden, daß zum fortlaufenden Aufzeichnen der Phasenverschiebung zweier periodischer Vorgänge in einem Wechselstromkreis mittels Funkensehrift auf einem zwischen einer festen und einer beweglichen Funkenelektrode ablaufenden Schreibstreifen die bewegliche Funkenelektrode nicht mit dem Zeiger eines Meßgerätes verbunden ist, der entsprechend der Meßgröße ausschlägt, sondern synchron mit dem einen der beiden periodischen Vorgänge gesteuert wird, und der zweite periodisclle Vorgang innerhalb jeder Periode den Funkenüberschlag bewirkt. Gemäß der Erfindung sind bei einer Vorrichtung zum fortlaufenden Aufzeichnen der Phasenverschiebung zwischen zwei Wechselstromgrößen mittels Funkenmarken auf einem Schreibstreifen, der zwischen einer festen und einer beweglichen Funkenelektrode abläuft, die von einem durch eine der beiden Wechselstromgrößen gespeisten Synchronmotor angetrieben wird, die Funkenelektroden an die Sekundärwicklung eines Übertragers angeschlossen, in dessen Primärwicklung mittels einer von der zweiten Wechselstromgröße gesteuerten Relaisanordnung ein elektrischer Strom erzeugt wird, der beim Nulldurchgang der Stromkurve der zweiten Wechselstromgröße plötzlich ansteigt- oder abfällt und somit in der Sekundärwicklung einen zum Funkenüberschlag dienenden Spannungsstoß hervorruft. Als Relaisanordnung dient vorzugsweise ein gittergesteuerter Stromrichter, dessen Zündkennlinie durch an sich bekannte Mittel so gelegt ist, daß die Zündung synchron mit dem periodischen Vor, gang erfolgt. These disadvantages are addressed in the subject matter of the present invention thereby avoided that to continuously record the phase shift of two periodic processes in an alternating current circuit using a spark pen on a writing strips running between a fixed and a movable spark electrode the movable spark electrode is not connected to the pointer of a measuring device, which deflects according to the measured variable, but synchronously with one of the two periodic processes is controlled, and the second periodic process within each period causes the sparkover. According to the invention are in a device for continuously recording the phase shift between two AC quantities by means of spark marks on a writing strip between a fixed and a Movable spark electrode expires by one of the two alternating current quantities powered synchronous motor is driven, the spark electrodes to the secondary winding of a transformer connected, in its primary winding by means of one of the Second alternating current variable controlled relay arrangement generates an electric current which suddenly occurs at the zero crossing of the current curve of the second alternating current quantity rises or falls and thus a sparkover in the secondary winding causing voltage surge. As a relay arrangement preferably serves a grid-controlled converter whose ignition characteristic is known per se Means is placed so that the ignition takes place synchronously with the periodic process.

Wenn die Vorrichtung gemäß der ErfiW dung zum Aufzeichnen der Phasenverschie bung zwischen Strom und Spannung in einem Wechselstromkreis benutzt werden soll, so kann die bewegliche Funkenelektrode mit der Welle eines Synchronmotors gekuppelt werden, der an die Spannung des Wechselstromkreises angeschlossen ist, und die Relaisanordnung, vorzugsweise über einen Stromwandler, von dem Strom des Wechselstromkreises gespeist werden. When the device according to the invention for recording the phase shift between current and voltage in an alternating current circuit is to be used, in this way the movable spark electrode can be coupled to the shaft of a synchronous motor connected to the voltage of the AC circuit and the relay arrangement, preferably via a current transformer, fed by the current of the alternating current circuit will.

Wenn als Relaiseinrichtung ein gittergesteuerter Stromrichter benutzt wird, so kann die Anodenspannung des Stromrichters, vorzugsweise über einen Spannungswandler, an die Spannung des Wechselstromkreises und die Gitterelektrode des Stromrichters an die Sekundärwicklung dieses Stromwandlers angeschlossen sein, dessen Primärwicklung von dem Strom des Wechselstromkreises durchflossen wird. If a grid-controlled converter is used as the relay device the anode voltage of the converter, preferably via a voltage converter, to the voltage of the AC circuit and the grid electrode of the converter be connected to the secondary winding of this current transformer, its primary winding is traversed by the current of the alternating current circuit.

Die Zeichnung zeigt in Fig. I ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum Aufzeichnen der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung in einem an die Wechselstromklemmen I angeschiossenen Stromkreis. Zu diesem Zweck ist an die Klemmen 1 ein z.B. vierpoliger Synchronmotor 2 angeschlossen, auf dessen Welle zwei einander gegenüberstehende mit Spitzen versehene Arme 3, 3' befestigt sind. The drawing shows in Fig. I an embodiment of a device according to the invention for recording the phase shift between current and voltage in a circuit connected to the AC terminals I. To this end If a four-pole synchronous motor 2, for example, is connected to terminals 1, its Shaft two opposing pointed arms 3, 3 'attached are.

Die Spitzen bewegen sich längs einer entsprechend gebogenen Schiene 4, die als feste Funkenelektrode dient. Zwischen der festen Elektrode und den als bewegliche Elektrode dienenden Spitzen wird ein Schreibstreifen 5 in der üblichen Weise mit gleichmäßiger Geschwindigkeit hindurchgezogen, wobei der Synchronmotor 2 gleichzeitig zum Vorschub des Schreibstreifens benutzt werden kann.The tips move along a correspondingly curved rail 4, which serves as a fixed spark electrode. Between the fixed electrode and the als Movable electrode serving tips is a writing strip 5 in the usual Way pulled through it at a steady speed, with the synchronous motor 2 can be used simultaneously to advance the writing strip.

Die Anordnung ist zweckmäßig so getroffen, daß jeweils nur eine der beiden Spitzen sich während einer Viertelumdrehung unter der Schiene 4 befindet.The arrangement is expediently made so that only one of the both tips is under the rail 4 for a quarter turn.

In die Wechselstromleitung ist die Primärwicklung eines Stromwandlers 6 eingeschaltet, dessen Sekundärwicklung einerseits geerdet und anderseits über einen Kondensator 7 an die Gitterelektrode 8 eines Stromrichters 9 angeschlossen ist. Die Kathode 10 des Stromrichters ist geerdet und mit einer Gleichstromquelle 11 verbunden, die anderseits über einen Widerstand 12 an das Gitter 8 angeschlossen ist. An den mit den Wechselstromklemmen I verbundenen Leitungen liegt die Primärwicklung eines Spannungswandlers 13, dessen Sekundärwicklung einerseits geerdet und anderseits über einen Widerstand 14 und die Primärwicklung eines l?gRtragerS I5 an die Anode I6 des Stromthters g angeschlossen ist. Die Sekundär-:~wicklung des Ubertragers I5 ist einerseits an die feste Elektrode 4 und anderseits an das Gehäuse des Synchronmotors 2 und damit an die beweglichen Elektroden 3, 3' angeschlossen. In the AC line is the primary winding of a current transformer 6 switched on, its secondary winding grounded on the one hand and via on the other a capacitor 7 is connected to the grid electrode 8 of a converter 9 is. The cathode 10 of the converter is grounded and connected to a direct current source 11 connected, the other hand connected to the grid 8 via a resistor 12 is. The primary winding is connected to the lines connected to the AC terminals I. a voltage converter 13, the secondary winding of which is grounded on the one hand and on the other hand Via a resistor 14 and the primary winding of a carrier I5 to the anode I6 of Stromthter g is connected. The secondary: ~ winding of the transformer I5 is on the one hand to the fixed electrode 4 and on the other hand to the housing of the synchronous motor 2 and thus connected to the movable electrodes 3, 3 '.

Da der Synchronmotor an die Spannungsklemmen angeschlossen ist, -dreht sich seine die Elektroden 3, 3' tragende Welle synchron und phasengleich mit der Spannung U des Wechselstromkreises. Dabei bestreicht jede der beiden beweglichen Elektroden während der einer Halbperiode entsprechenden Viertelumdrehung die ganze Breite des Schreibstreifens 5, zweckmäßig im Sinne fortschreitender Werte der Eichteilung. Since the synchronous motor is connected to the voltage terminals, it rotates his wave carrying the electrodes 3, 3 'is synchronous and in phase with the Voltage U of the alternating current circuit. It brushes each of the two movable ones Electrodes during the quarter turn corresponding to a half cycle the whole Width of the writing strip 5, expedient in the sense of progressive values of the calibration division.

Die Wirkung der Schaltung des Stromrichters g ist aus der Fig. 2 zu erkennen. The effect of the circuit of the converter g is shown in FIG. 2 to recognize.

Mit I7 ist die Kurve der Spannung U und mit I8 die Kurve der Stromstärke J bezeicllnet, die um den Betrag ç in der Phase gegenüber U verschoben ist. Dann ist die Kurve 19 der Sekundärspannung Ug des Strom wandlers 6 mit der Stromkurve 18 phasengleich. Die Spannung Ug wird nun dem Gitter 8 des Stromrichters zugeführt. Die Sekundärspannung des Spannungswandlers 13 stimmt in der Phase mit der Spannung U überein. With I7 is the curve of the voltage U and with I8 the curve of the current intensity J denotes that is shifted in phase with respect to U by the amount ç. then is the curve 19 of the secondary voltage Ug of the current converter 6 with the current curve 18 in phase. The voltage Ug is now fed to the grid 8 of the converter. The secondary voltage of the voltage converter 13 is in phase with the voltage U match.

Es sei nun angenommen, daß der Spannungswandler 13 mit einem Eisenkern ausgerüstet ist, der bereits bei verhältnismäßig niedrigen Augenblickswerten der Spannung gesättigt ist. Dann erhält die gestrichelt angedeutete Kurve 20 der Anodenspannung etwa die in Fig. 2 gezeichnete Form. Wenn nun die Spannung Ug im Punkt 21 entsprechend der Kurve 19 anwächst und die verhältnismäßig niedrige Zündspannung des Stromrichters übersteigt, so tritt die Zündung ein, und die Anodenstromstärke Ja steigt entsprechend der stark ausgezogenen Kurve 22 plötzlich steil an, um entsprechend der Kurve 20 bis zum Ende der Halbperiode auf 0 abzunehmen. Die Anodenstromstärke bleibt dann gleich 0, bis sie in dem entsprechenden Punkt 2I' der nächsten Periode wiederum plötzlich ansteigt usw. Infolgedessen entstehen in der Sekundärwicklung des Übertragers 15 Spannungsstöße, die einen Funkenüberschlag zwischen den Elektroden zur Folge haben. It is now assumed that the voltage converter 13 has an iron core is equipped, which is already at relatively low instantaneous values Voltage is saturated. The curve 20 indicated by dashed lines is then given for the anode voltage approximately the shape shown in FIG. If now the voltage Ug in point 21 accordingly the curve 19 increases and the relatively low ignition voltage of the converter ignition occurs and the anode current Ja increases accordingly of the strongly drawn out curve 22 suddenly rises steeply to correspond to curve 20 to decrease to 0 by the end of the half-period. The anode current then remains equals 0 until they turn to the corresponding point 2I 'of the next period suddenly increases, etc. As a result, arise in the secondary winding of the transformer 15 voltage surges, which result in a sparkover between the electrodes to have.

In dem Augenblick, wo der Anodenstrom plötzlich ansteigt und damit auch der Funke überschlägt, befindet sich die bewegliche Elektrode 3 offenbar in einer Winkelstellung, die der Phasenabweichung 4 entspricht. Bei entsprechend geeichte-r Teilung des Schreibstreifens kann man dann an der jeweiligen Lage der beim Funkenüberschlag, auf dem Schreibstreifen entstehenden punktförmigen Marke die Größe der Phasenverschiebung q7 erkennen. Um zu. verhindern, daß am Ende der Halbperiode durch das Verschwinden des Stromes Ja nochmals ein Funkenüberschlag erfolgt, der den Schreibstreifen durchschlägt, kann seine Breite und gegebenenfalls auch die Länge der festen Elektrode 4 passend bemessen werden. Besonders deutlich werden die Funkenmarken, wenn man einen mit einer Wachsschicht überzogenen farbigen Schreibstreifen verwendet. Die Punktfolge entspricht der Frequenz der Wechselspannung U. Man erhält also mit einer Frequenz von 50 Hertz auf dem Schreibstreifen bei Schwankungen der Phasenverschiebung eine Kurve, die sich aus farbigen Punkten zusammensetzt, die mit einer Frequenz von 50 Hertz aufeinanderfolgen. Dies genügt, um auch bei verhältnismäßig sehr schnellen Schwankungen der Meßgröße ein praktisch fortlaufendes Kurvenbild zu erhalten. At the moment when the anode current suddenly increases and with it If the spark also flashes over, the movable electrode 3 is apparently in an angular position which corresponds to the phase deviation 4. at corresponding The calibrated division of the writing strip can then be viewed at the respective position of the in the event of a flashover, punctiform mark on the writing strip recognize the magnitude of the phase shift q7. In order to. prevent at the end of the Half-cycle through the disappearance of the current Yes, another flashover occurs that cuts through the writing strip, its width and, if necessary the length of the fixed electrode 4 can also be dimensioned appropriately. Especially clear become the spark marks when you have a colored one covered with a layer of wax Writing strips used. The sequence of points corresponds to the frequency of the alternating voltage U. So you get with a frequency of 50 Hertz on the writing strip with fluctuations the phase shift is a curve made up of colored dots, which follow each other with a frequency of 50 Hertz. This is enough to also with comparatively very rapid fluctuations in the measured variable are practically continuous To obtain curve image.

Da die Zündspannung des Stromrichters einen wenn auch kleinen, so doch endlichen Wert hat, ist eine Zündung nur dann möglich, wenn die Spannung Ug die Zündspannung übersteigt. Dabei tritt aber ein Meßfehler auf, der um so größer wird, je kleiner die. Spannung Ug ist.. Es ist deshalb zu empfehlen, das Übersetzungsverhältnis des Stromwandlers 6 so zu wählen, daß seine Sekundärspannung Ug im ungünstigsten Fall, also bei dem kleinsten zu messenden Strom J, bereits einen solchen Wert hat, daß der Augenblickswert den Betrag der Zündspannung des Stromrichters nach Verlauf einer Zeitdauer erreicht, die nur einen kleinen Bruchteil der Periodendauer beträgt. Die Verwendung eines Spannungswandlers I3 mit gesättigtem Eisenkern hat den Vorteil, daß der Augenblickswert des Anodenstromes über einen möglichst weiten Bereich nahezu konstant ist, zumindest aber die Zündspannung übersteigt.. Auf diese Weise kann dafür gesorgt werden, daß in dem gewünschten Bereich der zu überwachenden Phasenabweichung der durch den endlichen Wert der Zündspannung des Stromrichters entstehende Meßfehler einen gewünschten Betrag nicht übersteigt. Since the ignition voltage of the converter has an albeit small one, so but has a finite value, ignition is only possible if the voltage Ug the ignition voltage exceeds. In this case, however, a measurement error occurs which is all the greater becomes, the smaller the. Voltage Ug is .. It is therefore recommended that the transmission ratio of the current transformer 6 to choose so that its secondary voltage Ug in the most unfavorable Case, i.e. with the smallest current J to be measured, already has such a value, that the instantaneous value corresponds to the amount of the ignition voltage of the converter according to the course reached a time which is only a small fraction of the period. Using an I3 voltage transformer with a saturated iron core has the advantage of that the instantaneous value of the anode current is almost as wide as possible is constant, but at least exceeds the ignition voltage .. In this way, can it must be ensured that the phase deviation to be monitored is in the desired range the measurement error resulting from the finite value of the ignition voltage of the converter does not exceed a desired amount.

Die in Fig. I dargestellte Anordnung der Funkenelektroden hat den Nachteil, daß der Schreibstreifen in einer gekrümmten Bahn geführt werden muß. Dies kann dadurch vermieden werden, daß man auf der Welle des Synchronmotors eine zylindrische Trommel befestigt, die auf ihrer Mantelfläche zwei sich über je einen halben Umfang erstreckende schraubenlinienförmig geführte scharfkantige Erhöhungen trägt. Die Trommel dreht sich vor einer sich parallel zur Motorachse erstreckenden, nach der Trommel zu schneidenförmig zugeschärften Schiene, unAd zwischen dieser als feste Elektrode dienenden Schiene und der Trommel läuft ein ebener Schreibstreifen ab.. The arrangement of the spark electrodes shown in Fig. I has the Disadvantage that the writing strip must be guided in a curved path. this can be avoided by placing a cylindrical shaft on the synchronous motor Drum fastened on its outer surface two each over half a circumference extending helically guided sharp-edged elevations carries. the The drum rotates in front of a parallel to the motor axis extending after the Drum to blade-shaped sharpened rail, and between this as a fixed rail A flat writing strip runs off the electrode serving rail and the drum.

-Die Verwendungsmöglichkeiten der Erfindung beschränken sich aber nicht auf die Aufzeichnung von Phasenverschiebungen zwischen Strom und Spannung eines Wechselstromkreises. So kann man mit Hilfe des neuen Verfahrens auch das Arbeiten von periodisch bewegten Teilen, z. B. des Ankers eines Relaisunterbrechers, eines Schwingkontakt-Gleichrichters o. dgl., laufend überwachen. In diesem Falle kann die Teilung des Schreibstreifens so geeicht werden, daß man die Abweichungen in der periodischen Bewegung des zu überwachenden schwingenden Teiles unmittelbar in Bruchteilen einer Sekunde ablesen kann. -The possible uses of the invention are limited does not rely on the recording of phase shifts between current and voltage an AC circuit. So you can also work with the help of the new procedure of periodically moving parts, e.g. B. the armature of a relay breaker, one Vibrating contact rectifier or the like, monitor continuously. In this case it can the division of the writing strip can be calibrated so that one can see the deviations in the periodic movement of the vibrating part to be monitored directly in Can read fractions of a second.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Apparatus for the continuous recording of the Phase shift between two alternating currents by means of spark marks on one Writing strip between a fixed and a movable spark electrode runs by a synchronous motor fed by one of the two alternating current quantities is driven, characterized in that the spark electrodes are connected to the secondary winding of a transformer are connected, in its primary winding by means of one of the second AC variable controlled relay arrangement an electric current is generated at the zero crossing of the current curve of the second alternating current quantity suddenly rises or falls, causing a flashover in the secondary winding causing voltage surge.

2. Apparatus according to claim I, characterized in that the relay arrangement a grid-controlled converter is used, the ignition characteristic of which is known per se Means is placed so that the ignition takes place synchronously with the periodic process.

3. Apparatus according to claim 1 or 2 for recording the phase shift between current strength and voltage in an alternating current circuit, characterized in that that the movable spark electrode is coupled to the shaft of a synchronous motor which is connected to the voltage of the AC circuit, and the relay arrangement, preferably Via a current transformer from which the current of the alternating current circuit is fed.

4. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the anode voltage of the converter, preferably via a voltage converter, to the voltage of the AC circuit and the grid electrode of the converter is connected to the secondary winding of a current transformer whose primary winding is traversed by the current of the alternating current circuit.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the transmission ratio of the current transformer is chosen so that its secondary voltage increases with the smallest measuring current already has such a value that the instantaneous value the amount the ignition voltage of the converter reached after a period of time that a the small fraction of the period duration corresponding to the permissible measurement error.

6. Apparatus according to claim 4, characterized in that the iron core of the voltage converter, to whose secondary winding the anode of the converter is connected is already saturated at relatively low instantaneous values of the voltage is, so that in the desired range of the phase shift to be monitored Measurement errors caused by the finite value of the ignition voltage of the converter does not exceed a desired amount.

7. Apparatus according to claim 1, characterized in that the writing strip is guided past a cylindrically curved fixed electrode and the in the Axis of the curvature arranged shaft of the electric motor one of half the number of poles corresponding Number of radial tipped arms carries the sparks between skip the tips and fixed electrode.

8. Apparatus according to claim I, characterized in that the plane Writing strip between a straight edge and serving as a fixed electrode a cylindrical drum is guided, the axis of which is parallel to the cutting edge of the fixed electrode and the surface of which corresponds to half the number of poles Number of helical sharp-edged elevations, with the Sparks between the sharp-edged elevations and the cutting edge of the fixed electrode skip.