DE704925C

DE704925C - Einrichtung zum Messen der Kapazitaet und des Verlustwinkels von kondensatoraehnlichen Objekten mittels eines komplexen Kompensators in einer Brueckenschaltung

Info

Publication number: DE704925C
Application number: DES130590D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Poleck
Original assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens and Halske AG; Siemens AG
Priority date: 1938-01-27
Filing date: 1938-01-27
Publication date: 1941-04-10

Description

DEUTSCHES REICH

Ind.

30 MEI 1941

AUSGEGEBEN AM 10. APRIL 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JHk 704925 KLASSE 21 e GRUPPE 29

S130590 VnidJ2ic

3)r.-3ng. Heins Poleck in Berlin-Siemensstadt

ist als Erfinder genannt worden.

Siemens & Halske Akt.-Ges. in Berhn-Siemensstadt

Patentiert im Deutschen Reich vom 27. Januar 1938 an Patenterteilung bekanntgemaclu am 13. März 19.41

Es sind Einrichtungen zum Messen der Kapazität und des Verlustwinkels von kondensatorähnlichen Objekten bekannt, bei denen die betreffenden Meßgrößen mittels eines S komplexen Kompensators in einer Brückcnschaltung bestimmt werden, die in einem Brückenzweige das Meßobjekt, in einem benachbarten einen Vergleichskondensator und in den beiden anderen Brückenzweigen

Öhmsche Widerstände enthält. Dabei wurde bisher der komplexe Kompensator an die die Meßbrücke speisende Spannung angeschlossen .und die Brückendiagonalspannung durch z. B. an zwei Schleifdrähten abzugreifenden Kompensationsspannungen kompensiert. Wenn nun die eine der beiden Kompensationsspannungen unmittelbar dem Betrag AC und die andere unmittelbar dem tgÖ entsprechen soll, so muß die Spannung an dem Prüfobjekt nahezu mit der Speisespannung identisch sein. Dies bedeutet also, daß die Spannung an dem ' dem Meßobjekt benachbarten Brückenwiderstand nur ein verschwindend kleiner Bruchteil der an dem Meßobjekt liegenden Spannung sein darf. Diese Bedingung ist nun ?.f wohl bei Hcchspannungsmeßbrücken in der Regel annähernd erfüllt, nicht aber bei beliebigen anderen, insbesondere bei Xiederspannungsbrücken. Außerdem sind bei der bekannten Anordnung die Ablesungen von 3c den Widerständen im Kreis des Normalkondensators abhängig', so daß man beim Umschalten des Meßbereichs den dem Meßobjekt benachbarten Brückenwiderstand verändern

muß. Dies hat zur Folge, daß der betreffende Meßbereichfaktor jedesmal besonders ausgerechnet werden muß.

Damit die Meßgrößen unmittelbar an den entsprechend geeichten Regelwiderständen des komplexen !Compensators abgelesen werden können, ist es erforderlich, den Kompensator derart anzuschließen, daß der ihn durchfließende Strom dem den Vergleichskondensator durchfließenden Strom verhältnisgleich ist. Dies ist mit an sich bekannten Mitteln zu erreichen, wenn die Ohmschen Brückenwiderstände unveränderbar sind. Jm Interesse einer möglichst vielseitigen Anwendbarkeit der Meßeinrichtung, insbesondere, um diese für Meßobjekte verschiedener Größe benutzen zu können, ist aber im allgemeinen eine Schaltung" entsprechend der bekannten Schering-Brücke mit veränderbaren Widerständen in den Brückenzweigen erforderlich. In diesem Falle kommt aber noch hinzu, daß der komplexe Kompensator so angeschlossen werden muß, daß der Kompensatorstrom gleichzeitig dem jeweils eingestellten Betrag des betreffenden Brückemviderstandes verhällnisglcicli ist.

I'm dies zu erreichen, könnte man z. B. den komplexen Kompensator an die Sekundärwicklung eines Transformators anschließen, dessen regelbare Primärwicklung im Stromkreis des Vergleichskondensators liegt, und das Regelglied der Primärwicklung des Transformators mit dem Regelglied des benachbarten ( )Iiiusc1k'ii Brückenwiderstandes derart mechanisch kuppeln, daß der Kompensatorslrom mit dom jeweils eingestellten Heirag des Ohnischen Mrückonwiderstandes vcrhältnisgk'ich ist. Kino solche Anordnung wäre aber außerordentlich umständlich.

Eine wesentlich einfachere Lösung, die zugleich auch die .Vachteile der bekannten Anordnungen vermeidet, ergibt sich gemäß der Erfindung dadurch, daß ein dem Yergleichskondensator benachbarter Hrückenzweig einen abgreifbaren Teil eines Ohmschen Widerstandes enthält, dem der komplexe Kompensator parallel geschaltet ist, und die Brückenwiderstände so bemessen sind, daß der Korn- . pensatorstrom klein ist im Vergleich zu dem den Vergleichskondensator durchfließenden Strom.

Dadurch, daß der dem Vergleichskondensator benachbarte Brückenzweig einen abgreifbaren Teil eines Ohmschen Widerstandes enthält, dem der komplexe Kondensator parallel geschaltet ist. wird erreicht, daß die Brükkenverhältnisse ganz beliebig gewählt werden können. Dabei würde aber das Potential des Diagonalpunktes nicht ohne weiteres mit dem Potential des Abgriffkontaktes für den Brükkenwiderstand übereinstimmen, so daß dadurch gewissermaßen ein nicht vorhandener Verlustwinkel des Vergleichskondensators vorgetäuscht werden würde. Um auch diesen Nachteil zu vermeiden, sind die Widerstände so bemessen, daß der Kompensatorstrom klein ist im Vergleich zu dem den Vergleichskondensator durchfließenden Strom.

Ein weiterer Meßfehler könnte dann eintreten, wenn tier Kompensatorstrom in dor η» Phase nicht mit dem den ihm parallel geschalteten Ohmschen Brückenwiderstand durchfließenden Strom übereinstimmt. Zum Ausgleich dieses Fehlers können in dem Kompensatorstromkreis phasenverschiebende Mittel, z. B. die Parallelschaltung tines Ohmschen Widerstandes und eines Kondensators, benutzt werden. Man könnte den Fehler aber auch durch eine entsprechende Schaltung auf der anderen Brückenseite ausgleichen.

Bei Meßeinrichtungen dieser Art muß aber, wenn es sich um sehr genaue Messungen handelt, auch der nicht ganz vcrmeidbare Verlustwinkel des YerglcichskoiNlciisator* berücksichtigt werden. Man hat jedoch bi-i «5 Meßbrücken mit veränderbaren Widerständen bisher in der Regel darauf verzichtet, den Verlustwiukel des Vergleichskondensators selbsttätig auszugleichen und ihn, wenn nötig, nachträglich durch fine entsprechende y< > Korrektur berücksichtigt.

Die Anordnung gemäß dor Erfindung biotot nun eine verhältnismäßig einfache Möglichkeit, den Verlustwinkel des Vergleichskondensators bei dor Messung selbsttätig ans/.tigleichen. Zu diesem Zweck kann man eine Drosselspule mit zwei Wicklungen benutzen, von denen die eine von dem Knmpeiisaiorstrom durchflossen ist und die andere im Diagonalzweig der Mriickcnschaltung liegt. Die Wicklungen können dann so bemessen werden, daß der Verlust winkel des Wr gleichskondensators ausgeglichen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung in einem Schaltbild dargestellt.

An eine Wechselspannung U ist die Primärwicklung eines Erzcugerlransformators 1 an-, geschlossen, dessen Sekundärwicklung zum Speisen einer Brückenschaltung dient. Diese enthält in einem Brückenzweige das Meßobjekt, das in der Zeichnung als verlustfrei gedachte Kapazität C_x und einen dazu parallel liegenden Verlustwiderstand mit einer Leitfähigkeit g_x dargestellt ist. Auf der anderen Seite liegt in dem benachbarten Brückenzweig ein Vergleichskondensator, der ebenfalls in der Zeichnung als verlustfreie Kapazität C_n mit einem parallel dazu liegenden Verlustwiderstand von der Leitfähigkeit i»o g_N angedeutet ist. Diebeiden anderen Brückenzweige enthalten regelbare Widerstände R_x

bzw. R_n. Dabei bildet der Widerstand R_n einen durch einen mit dem Vergleichskondensator C_n verbundenen Abgriffkontakt veränderbaren Teil eines Ohmschen Wider-S Standes, dessen anderer Teil R₀ in dem Stromkreis eines komplexen Kompensators liegt, der dem Gesamtwiderstand R_n + R₀ parallel geschaltet ist.

Der komplexe Kompensator besteht aus ίο zwei Schleif drähten 2, 3, die über Transformatoren 4 bzw. 5 an den Widerstand R_n + R₀ angeschlossen sind. Dabei liegt der Schleifdraht 2 an der Sekundärwicklung eines eisengeschlossenen Stromwandlers 4, so daß der den Schleif draht 2 durchfließende Strom in Phase mit dem Primärtrom i_N liegt. Der Schleifdraht 3 ist dagegen an einen Lufttransformator 5 angeschlossen, wobei durch einen Widerstand 6 und einen Parallelkonden-

sator 7 dafür gesorgt ist, daß der den Schleifdraht 3 durchfließende Strom in der Phase um 90⁰ gegen i_N verschoben ist.

In Reihe mit den Primärwicklungen der Transformatoren 4 und S liegt ein Widerstand r_K mit einer Parallelkapazität c_K und eine Wicklung S einer Drosselspule, deren zweite mit-einem Abgriff 9 versehene Wicklung 10 außerhalb des Stromkreises i_N des Kompensators liegt. Der Abgriff 9 ist nun mit der Primärwicklung eines Transformators 11 verbunden, die andererseits an den Diagonalpunkt 14 zwischen C_x und R_x angeschlossen ist. Die Sekundärwicklung des Diagonaltransformators 11 ist zur Meßbereichänderung des Kompensators mit einem Abgriffkontakt 12 versehen, der über ein Nullgalvanometer 13 mit dem Abgriffkontakt des Schleifdrahtes 3 verbunden ist. Der Anfang der Sekundärwicklung des Diagonaltransformators 11 ist an die Mitte des Schleifdrahtes 2 angeschlossen, dessen Abgriffkontakt mit dem Anfang des Schleifdrahtes 3 verbunden ist.

Bei der gezeichneten Schaltung ist der Kompensatorstrom i_N einerseits verhältnisgleich dem Strom I_n in dem den Vergleichskondensator C_n enthaltenen Brückenzweig und außerdem auch verhältnisgleich dem jeweils eingestellten Betrage R_n des benachbarten Brückenzweiges. Infolgedessen sind in an sich bekannter Weise die Verschiebungen der Abgriffkontakte auf den Schleifdrähten 2 und 3, die erforderlich sind, um das Nullgalvanometer 13 stromlos zu machen, ein Maß für die Abweichungen des Meßobjektes C_x, g_x von dem Vergleichskondensator in bezug auf die Kapazität bzw. den Verlustwinkel. Dabei sind die Widerstände der Primärwicklungen 4 und 5 so hoch gewählt, daß der Strom i_N ein kleiner Bruchteil 6c des Gesamtstromes J_n ist. Der Widerstand r_K und die Kapazität c^ sind so bemessen, daß der Kompensatorstrom i_N in der Phase mit dem den parallel dazu liegenden Brückenwiderstand R_n durchfließenden Strom über- 6£ einstimmt. Ferner kann der Abgriff 9 derart verschoben werden, daß der durch den Parallelwiderstand von der Leitfähigkeit g_N bzw. den entsprechenden Verlustfaktor des Vergleichskondensators bedingte Einfluß auf die 7c Messung ausgeglichen wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen der Kapa- 7f. zität und des Verlustwinkels von kondensatorähnlichen Objekten mittels eines komplexen Kompensators in einer Brückenschaltung, die in einem Brückenzweige das Meßobjekt, in einem benachbarten 8<· einen Verglcichskondensator und in den beiden anderen Brückenzweigen veränderbare Ohmsche Widerstände enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein dem Vergleichskondensator (C_n) benachbarter 8j Brückenzweig einen abgreifbaren Teil (R_n) eines Ohmschen Widerstandes (R_n -f R₀) enthält, dem der komplexe Kompensator parallel geschaltet ist, und die Brückenwiderstände so bemessen sind, 9c daß der Kompensatorstrom (i_N) klein ist im Vergleich zu dem den Vergleichskondensator durchfließenden Strom (I_n).

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strom- 9; kreis (i_N) des komplexen Kompensators phasenverschiebende Mittel (r^, c^) eingeschaltet und diese so bemessen sind, daß der Kompensatorstrom (i_N) mit dem durch den parallel geschalteten Ohmschen Widerstand (R_n) fließenden Strom phasengleich ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlust-

• winkel des \^rergleichskondensators (C_n) iodurch Einschaltung einer Drosselspule mit zwei entsprechend bemessenen Wicklungen ausgeglichen wird, von denen die eine Wicklung (8) von dem Kompensatorstrom (i_N) durchflossen wird und die andere (10) im Diagonalzweig der Brückenschaltung liegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen