DE695700C - Einrichtung zum Messen der hoeheren Harmonischen einer Wechselspannung - Google Patents

Einrichtung zum Messen der hoeheren Harmonischen einer Wechselspannung

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DE695700C
DE695700C DE1937G0094812 DEG0094812D DE695700C DE 695700 C DE695700 C DE 695700C DE 1937G0094812 DE1937G0094812 DE 1937G0094812 DE G0094812 D DEG0094812 D DE G0094812D DE 695700 C DE695700 C DE 695700C
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DE1937G0094812
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Dipl-Ing Werner Grunert
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WERNER GRUNERT DIPL ING
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WERNER GRUNERT DIPL ING
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R1/00Details of instruments or arrangements of the types included in groups G01R5/00 - G01R13/00 and G01R31/00
    • G01R1/30Structural combination of electric measuring instruments with basic electronic circuits, e.g. with amplifier

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Einrichtung zum Messen der höheren Harmonischen einer Wechselspannung Es ist bereits bekannt, zur Ermittlung der höheren Harmonischen einer Wechselspannung einen Spannungsresonanzkreis an diese Wechselspannung zu legen, der auf die Frequenz der zu messenden Spannungsobervelle abgestimmt ist. Der im Resonanzkreis fließendle Strom, durch einen Strommesser angezeigt, ist ein Maß für die Größe der betreffenden Spannungsoberwelle, wenn man die infolge der Resonanzwirkung im Verhältnis zu ihren Spannungen wesentlich kleineren Ströme der Grundwelle und der anderen noch vorhandenen Oberwellen (Fremdwellen) vernachlässigen kann. Das ist aber in vielen Fällen möglich, da selbst verhältnismäßig große Fremdwellenströme bei einem den quadr.atischen Mittelwert anzeigenden Gerät die Anzeige nur wenig beeinflussen. (Beträgt beispielsweise der resultierende Effektivwert der Fremdwellenströme 20 °/o des Stromes der zu. messenden Oberwelle, so zeigt das Gerät nur 2 0/o zuviel an.) Bei der Messung von verhältnismäßig kleinen Spannungsoberwellen, wenn der Strom der zu messenden Oberwelle nicht groß genug ist, um den Einfluß anderer, größerer Spannungsoberwellen und insbesondere der Grund-Welle bei der Effektivwertbildung im Strommesser vernachlässigen zu können, oder für besonders genaue Messungen lassen sich. mit Hilfe von Korrekturformeln diese Einflüsse berücksichtigen, sofern m.an die Größe der fälschenden Wellen kennt bzw. sofern man auch sie messen kann. Der infolge der Größe der Grundwellenspannung verhältnismäßig starke Grundwelleneinfluß läßt sich außerdem, wie auch bereits bekannt, dadurch bei der Messung berücks.ichtigen, daß man den Nullpunkt und damit die Skala für die Oberwellenmessung um so viel in die Skala des Gerätes hinein verlagert, als es dem Ausschlag durch den Grundwellenstrom allein entspricht.
  • Das setzt allerdings voraus, daß man vor jeder Oberwellenmessung den Ausschlag durch den Grundwellenstrom allein bestimmen kann oder daß die Grundwellenspannung und damit ihr Strom für alle Messungen immer annähernd denselben Betrag hat.
  • Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, bei der der Grundwelleneinfluß in jedem Falle vernachlässigbar klein ist; eine zusätzliche Einrichtung zur Ermittlung der Größe der durch die Grundwelle verursachten Nullpunktverschiebung ist nicht erforderlich, da die Grundwellenspannung den Nullpunkt nur unmerklich verschiebt. Der Einfluß anderer Spannungsoberwellen ist ebenfalls so weit herabgedrückt, daß in den meisten Fällen eine Berichtigung der Anzeige nicht erforderlich ist.
  • Bei der Meßeinrichtung gemäß der ErfinX dung wird die zu untersuchende Wechselspannung unmittelbar an eine Reihenschaltung eines auf die Frequenz der zu messenden Spannungsoberwelle abgestimmtenSpannungsresonanzkreises mit der Stromspule eines Leistungsmessers gelegt, während die Spannungsspule des Leistungsmessers über einen Ohmschen Vorwiderstand an die Spannung angeschlos sen wird.
  • In der Zeichnung ist in Abb. 1 das Schalt bild der Meßeinrichtung dargestellt. Die Stromspule des dynamometrischen Leistungsmessers liegt in-Reihe mit dem auf die zu messende Oberwelle abgestimmten Spannungsresonanzkreis R, L, C, und die Spannungsspule des Leistungsmessers liegt über einen geeignet bemessenen Ohmschen Widerstand an an der zu untersuchenden Wechselspannung.
  • Das neue Meßverfahren geht von der Erkenntnis aus, daß in einem Spannungsresonanzkreis die Ströme aller Frequenzen, die außerhalb eines engen Bereiches um die Resonanzfrequenz liegen, in bezug auf die sie erzeugenden Spannungen im wesentlichen Blindströme sind, die somit in einem entsprechend geschalteten Leistungsmesser ein sehr kleines Drehmoment liefern im Vergleich zu dem Drehmoment, das der rein Ohmsche und überdies durch die Resonanzwirkung verhältnismäßiggroße Strom-der Resonanzfrequenz hervorbringt.
  • In einem Beispiel mit praktischen Zahlen seien die Verhältnisse dargelegt: Bei einer Wechselspannung, die außer I00 Volt Grundwelle (f = 50 Hertz) eine 5. Harmonische von 20 Volt enthält (20 % 5. Harmonische), soll die Oberwellenspannung fünffacher Frequenz mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung gemessen werden. Man verwendet hierzu gemäß einer praktisch ausgeführten Meßeinrichtung einen Spannungsresonanzkreis, bestehend aus einer eisenhaltigen Induktivität von L = 2,75 Hy und einer Kapazität von C = 0,147 µ F; bei f = 250 Hertz 1 ist dann 5 . # L = = 4320 Ohm, wobei 5 . # C w die Kreisfrequenz für != 50 Hertz ist.
  • Der Verlustwiderstand des Kreises (einschl.
  • Vorwidenstand zur Wahl eines günstigen Meßbereiches) beträgt bei dieser Frequenz R5 = 400 Ohm. Für die Grundwellenfrequenz sind die entsprechenden Werte: # L = 864 Ohm, 1 = 21 600 Ohm und R1 = 220 Ohm. (Der # C Ohmsche Widerstand ist für die Grundwelle wegen der geringeren Eisenverluste der Drossel kleiner.) Durch den Resonanzkreis fließen somit die Ströme: und Für den Ausschlag eines Leistungsmessers gilt bekanntlich: a = k' . Md = k . Un . In . cos (Der Index n soll in der Formel besagen, daß Drehmoment nur von. Spannung und Strom gleicher Frequenz gebildet werden kann.) Im vorliegenden Falle treten somit zwei Drehmomente im Leistungsmesser auf: Md1 = k . 100 . 0,051 . 10-3 cmg, Md5 = k . 20 . 50 . 10-3 cmg.
  • Der Ausschlag des Leistungsmessel s ist dann: a = k' . (Md1 + Md5) Ist beispielsweise der Leistungsmesser für die Messung der 5. Harmonischen so gebaut, daß bei einer- Spannung von 20 Volt und einem Strom von 50 . 10-3 Amp. Endausschlag eintritt, dann verschiebt die Grundwelle den Nullpunkt um 0,5 % vom Endausschlag, ein Wert, der innerhalb der Meßgenauigkeit der meisten anzeigenden Meßgeräte liegt.
  • Bei der Wahl des Leistungsmessers ist aber darauf zu achten, daß die Spannungsspule 5- bis rofach überlastet wird. Im Beispielsfalle müßte die Spule etwa 5fach überlastbar. sein, da außer der Oberwellenspannung von 20 Volt (bei Endausschlag) noch 100 Volt Grundwelle anliegen. Es kommt hier also ein Leistungsmesser zur Verwendung, wie er auch für Leistungsmessungen bei kleinem cos cp gebaut wird.
  • Bei dieser Art der Messung ist zu beachten, daß die eisenhaltige Induktivität bei verschiedenen Strömen etwas verschieden Werte hat.
  • Dadurch verschiebt sich die Resonanz teilweise auf Frequenzen, die von der Sollfrequenz um einen geringen Betrag abweichen.
  • Berücksichtigt man ferner noch, daß die zu untersuchende Wechselspannung unter Umständen ebenfalls eine geringe Abweichung von der Sollfrequenz aufweisen kann, dann ergibt sich, daß der vom Resonanzkreis aufgenommene Strom der zu messenden Spannungsoberwelle keine rein Ohmsche Phasenlage hat, so daß der Leistungsmesser einen zu kleinen Wert anzeigt. An Hand der bereits oben angegebenen Daten soll der hierdurch mögliche Fehler bestimmt werden.
  • Nimmt man an, daß die Frequenz der zu untersuchenden Wechselspannung um # 0,5 % schwanken kann, und berücksichtigt man die Abweichung der Resonanzfrequenz durch die Inkuktivitätsänderungen, so ist die ungünstigste größtmögliche Abweichung von der Sollfrequenz etwa # 1 %. (Dieser Werte wurde dem ausgeführten Kreis entnommen.) Dann ist ungünstigstenfalls Z@ = 400 + j . (4346 - 4277) = 400 + j . 86, U5 J5 = = (2,4 - j . 0,51) . 10-8 . U5 400 + j . 86 anstatt richtig J5 = U5 = 2,5 . 10-8 . U5.
  • 400 Der größte Unterschied in der Anzeige beträgt somit 2,5-2,4#100=4%.
  • 2,5 Wird das Gerät unter Berücksichtigung. dieser möglichen Abweichung auf eine sich aus diesem Fehler ergebende mittlere Anzeige geeicht, so beträgt der größtmögliche Fehler # 2 %.
  • Bei Oberwellenmessungen in Netzen interessiert meistens nicht so sehr der absolute Betrag der Oberwellenspannung, sondern vielmehr ihr Verhälmiswert zur Grundwelle.
  • In diesem Falle ist es mit Hilfe einer in Abb. 2 dargestellten Zusatzeinrichtung möglich, die'Oberwellenspannung direkt in Pro zenten der Grundwelle anzuzeigen.
  • Mit einem Umschalter wird die Stromspule des Anzeigegerätes an einen passend bemesseneu Ohmschen Widerstand Rs angeschaltet.
  • Sodann wird durch einen veränderlichen Ohmschen Widerstand R0" im Spannungspfad die Anzeige des Gerätes auf einen bestimmten, markierten Wert gebracht, der so gewählt ist, daß bei einer effektiven Spannung von 100 Volt (sekundäre Nennspannung des Spannungswandlers) der einzustellende Widerstand gerade so groß ist wie bei der Oberwellenmessung in Volt. Für alle anderen von 100 Volt abweichenden effektiven Spannungen gibt dann bei Nachstellen des Widerstandes in der angegebenen Weise die Anzeige die Oberwellenspannung in Prozenten der Grundwelle an.
  • Ein Fehler entsteht dadurch, daß zur Widerstandsabgleichung der Effektivwert und nicht die Grundwelle der Wechselspannung zugrunde.gelegt ist. Dieser Fehler ist jedoch immer dann zu vernachlässigen, wenn die Oberwellen nicht größer als 20 % der Grundwelle sind, was praktisch fast immer der Fall ist; dann ist für die Effektivwertbildung die Grund. welle nahezu allein maßgebend.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zum Messen der höheren Harmonischen einer Wechselspannung, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannung unmittelbar an eine Reihen schaltung eines auf die Frequenz der zu messenden Spannungsoberwelle abgestimmten Spannungsresonanzkreises mit der Stromspule eines Leistungsmessers gelegt ist, während die Spannungsspule des Leistungsmessers über einen Ohmschen Vorwiderstand an die Spannung angeschlossen ist.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsspule des Leistungsmessers hoch überlastbar ist.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch I und 2 zur Oberwellenanzeige in Prozenten der Grundwelle, dadurch gekennzeichnet, daß der Ohmsche Widerstand im Spannungspfad in Abhängigkeit von der Größe der effektiven Spannung eingestellt wird.
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