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Einrichtung zur Messung einer elektrischen Größe nach Phase und Größe
als Funktion einer anderen elektrischen Größe In der elektrotechnischen Meßtechnik
wird oftmals die Aufgabe gestellt, eine elektrische Größe nach Phase und Größe als
Funktion einer anderen elektrischen Größe zu messen.
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So tritt diese Aufgabe z. B. bei der Prüfung von Stromwandlern auf,
wenn man den Stromfebler und den Fehlwiinkel des Stromwandlers als Funktion des
Nennstromes ermitteln will. Die gleiche Aufgabe ist bei der Messung des Verlustfaktors
und der Kapazitätsänderung eines Kondensators als Funktion der an ihn gelegten Wechselspannung
zu lösen. Es ist bereits zur Ermittelung des Stromfehlers und des Fehlwinkels eines
Stromwandlers als Funktion des Nennstromes eine MeBeinrichtung bekannt, die mit
zwei Wattmetern, nämlich einem Wirk- und einem Blindwattmeter, und zwei regelbarenZwischenwandlern
in den beiden Wattmeterkreisen versehen ist. Die regelbaren Zwischenwandler dienen
dazu, ohne Fälschung der Messung den Strom in dem einen Wattmeterkreis konstant
zuhalten, während der Nennstrom während des Meßvorganges auf verschiedene Prozentwerte
eingestellt wird. An den beiden Wattmetern kann man dann den Stromfehler und den
Winkelfehler des Stromwandlers für die verschiedenen Prozente des Nennstromes ablesen.
Die beiden Zwischenwandler haben einander entsprechende übersetzungsverhältnisse.
Bei dieser bekannten Meßeinrichtung kann man, da die Zwischenwandler nur stufenweise
regelbar sind, den Stromfehler und den Fehlwinkel des zu prüfenden Stromwandlers
nur um I0-, 20-, 30-, 50-, 80-, I00- und I20-Prozentpunkt des primären Nennstromes
bestimmen; denn die verwendeten Zwischenwandler haben lediglich Übersetzungen, die
nur diesen Punkten entsprechen. In der gleichen Weise wie bei dieser bekannten Stromwandlermeßeinrichtung
könnte man auch den VerIustfaktor und
die Kapazitätsänderung eines
Kondensators als Funktion der an ihn angelegten NVe4selspannung mittels eines Wirk-
und eines Blindwattmeters sowie zweier regelbarer Zwischenwandler messen.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung einer elektrischen
Größe nach Phase und Größe als Funktion einer anderen elektrischen Größe, z. B.
des Stromfehlers und des Fehlwinkels eines Stromwandlers, als Funktion des Nennstromes
oder des Verlustfaktors und der Kapazitätsänderung eines Kondensators als Funktion
der an ihn gelegten Wechselspannung mittels eines Wirk- und eines Blindwattmeters
und zweier regelbarer Zwischenwandler in den beiden Wattmeterkreisen, um ohne Fälschung
der Messung die der zweiten Größe (d. h. in den Beispielen dem Nennstrom bzw. der
angelegten Wechselspannung) entspnechende Größe im einen Pfad der Wattmeter auf
einem konstaIlten Wert halten zu können. Um die gesuchte elektrische Größe nach
Phase und Größe als Funktion der anderen elektrischen Größe aufzeichnen zu können,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Übersetzungsverhält ins der beiden Zwischenwandler
kontinuierlich mit der Stellung ihrer Regelorgane veränderbar zu machen und die
Regelorgane mit dem Papierantrieb der als schreibende Instrumente ausgebildeten
Wattmeter zu kuppeln. Während mit der eingangs erwähnten bekannten Stromwandl ermeßeinrichtung
der Stromfebler und die Fehlwinkel des Stromwandlers für die verschiedenen Prozentwerte
des Nennstromes nur punktweise ermittelt werden kann, ermöglicht die Erfindung infolge
der Verwendung kontinuierlich regelbarer Zwischenwandler und infolge Kupplung deren
Regelorgane mit dem Papierantrieb det schreibenden Wattmeter eine vollständige Aufzeichnung
der Fehlerkurven des Stromvvandlers bzw. wenn es sich um einen zu prüfenden Kondensator
handelt, eine voll ständige Aufzeichnung der Kurven für den Verlustfalttor und die
Kapazitätsänderung des Kondensators als Funktion der an ihn gelegten Ävechselspannung.
Die Regelvorrichtung zur Änderung der zweiten elektrischen Größe, also z. B. zur
Änderung des Nennstromes des zu prüfenden Stromwandlers bzw. zur Regelung der an
den zu prüfenden Kondensator angelegten Wechselspannung, wird zweckmäßig mit den
Regelorganen zur Veränderung des Übersetzungsverhältnisses der regelbaren Zwischenwandler
gekuppelt, so daß also nur ein einziges Regelorgan während der Aufnahme der Kurven
entsprechend verstellt zu werden braucht.
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Man kann die Anordnung aber auch so treffen, daß die Regelvorrichtunb
zur Anderung der zweiten elektrischen Größe durch einen Schnellregler im Sinne einer
Konstanthaltung der kostant zu haltenden Größe des einen Wattmeterkreises gesteuert
wird.
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In diesem Falle würde bei einer Verstellung der Regelorgane für die
Zwischenwandler der Schnellregler dafür sorgen, daß der Strom in dem einen Wattmeterkreis
konstant bleibt. In vielen Fällen wird es günstiger sein, außer dem Schnellregler
auch noch eine mit den Regelorganen der Zwischenwandler gekuppelte Regelvorrichtung
zur Änderung der zweiten elektrischen Größe vorzusehen, weil man dann den Schnellregler
wesentlich kleiner dimensionieren kann, als wenn der Schnellregler allein vollkommen
automatisch die Ausregelung vornimmt.
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Als kontinuierlich regelbare Zisehensvand ler könnte man Zwischenwandler
verwenden, deren Wicklung Windung für Windung angezapft ist. Hierbei ist man gezwungen,
entweder jede Einzelwindung an einen kollelitorartigen Slechanismus zu führen, was
außerordentlich teuer ist, oder aber sämtliche Windungen in einer Lage aufzubringen.
sie auf der Oberfläche blank zu machen und von dem Regelorgan, das die Gestalt einer
Kohlerolle hat, bestreichen zu lassen. Der letzte Fall ist der konstruktiv sparsamste.
Will man aber sämtliche Windungen eines Meßwandlers in einer Lage unterbringen,
so ist man gezwungen, dem Hand ler einen verhältnismäßig großen Eisenweg zu geben.
d. h. die Ausnutzung seines Kernfensters ist sehr schlecht. Diese Schwierigkeit
kann dadurch beseitigt werden, daß als Zwischenwandler ein Transformator mit einer
Stufenwicklung und längs den einzelnen Stufen fortschaltbarer Feinregelwicklung
benutzt wird.
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In den Abbildungen sind Ausführungsbeispiele für Meßeinrichtungen
gemäß der Erfindung dargestellt.
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Abb. 1 zeigt das Schaltbild einer völlig selbständig arbeitenden
und schreibendell Stromwandlermeßeinrichtung. Der Regeltransformator 1 1 liefert
die für den Primä]-stromkreis erforderliche Spannung. Der Primärstromkreis durchsetzt
den Erregerwandler 12, den Normalstromrvandler 13. welcher außer der Sekundärwiclilullg
I die Beeinflussungswicklung 15 trägt, und den Prüfling I6. Die Sekundärwicklung
IA des Normalwandlers I3 und die Sekundärwick lung I7 des Prüflings r6 sind in Differential
geschaltet. Im Differentialzweig selhst liegt das Vibrationsgalvanometer I8, welches
über eine Optik 19 auf einen Verstärker 20 arbeitet. Die Optik kann beispielsweise
aus einem Spiegel bestehen, dessen Fläche so gestaltet ist, daß je nach der Größe
des Ausschlages
des Vibrationsgalvanometers entsprechend verschieden
große Lichtmengen auf eine den Verstärker 20 steuernde Photozelle reflektiert werden.
In der Abb. I ist, um dies anzudeuten, die Optik 19 als rechtwinkliges Dreieck schematisch
dargestellt. Fließt nämlich durch das Galvanometer I8 ein Strom, so schwingt dessen
Zeiger, und es erscheint auf der Skala des Galvanometers ein je nach der Größe des
Aus schlages mehr oder weniger breites Lichtband, das dadurch hervorgerufen wird,
daß der schmale, leuchtende Streifen schnell, für das Auge nicht erkennbar, auf
der Skala hin und her schwingt. Je nach der Größe des Ausschlages ist nun auch die
von der Optik 19 auf die Photozelle reflektierte Lichtmenge verschieden groß. Der
Verstärker 20, der an der Ausgangsseite einen Wechselstrom führt, welcher in Phase
und Größe der Wechselstromgröße an den Klemmen des Vibrationsgalvanometers IS entspricht,
jedoch infolge der Anwendung des Verstärkers wesentlich größer als diese Größe ist
(etwa das Iot°£ache), arbeitet mit seiner Ausgangsseite auf die Wicklungen 2I und
22 eines Wirk- und eines Blindleistungsschreibers W bzw. B und auf den Zwischenstromwandler
mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis 23. Der Erregerstromwandler 12 arbeitet
mit seiner Sekundärwicklung auf den Zwischenstromwandler mit veränderlichem Übersetzungsverhältnis
24, dessen Sekundärseite ihrerseits auf die zweiten WattmeterwiCklungen 25 und 26
des Wirk- und des Blindleistungsschreibers arbeitet. Die Regelorgane des Zwischenwandlers
24 des Zwischenwandlers 23 und des Regeltransformators II sind zusammen mit dem
Papierantrieb 27 der Leistungsschreiber gekuppelt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Der Regelbereich des
Regel trans formators 11 ist so abgeglichen, daß in jeder Regelstellung der im Sekundärkreis
des Zwischenwandlers 24 fließende Strom, welcher auch den Strommesser 28 durchfließt,
den gleichen Wert aufweist. Weicht bei einer beliebigen Stellung des Reglers 11
das llbersetzungsverhältnis des Normalwandlers I3 und des Prüflings r6 voneinander
ab, so gerät das Vibrationsgalvanometer in Schwingungen; der Verstärker 20 hat eine
entsprechende Ausgangsgröße. Diese fließt über den Wirk-und den Blindleistungsschreiber
dem Zwischenwandler 23 zu und in die Beeinflussungswicklung I5. In dem sich nach
kurzer Zeit ergebenden Beharrungszustand ist die an den Klemmen des Vibrationsgalvanometers
18 herrschende Spannung gerade noch so klein, daß der Ausschlag des Vibrationsgalvanometers
IS in der Lage ist, über die Optik 19 und den Verstärker 20 den Wattmeterkreis und
die Beeinflussungswicklung I5 zu speisen.
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Ist der Verstärkungsgrad des Verstärkers 20 groß genug gewählt, so
kann die Spannung an den Klemmen des Vibrationsgalvanometers 18 vernachlässigt werden.
Es herrscht mithin Gleichgewicht in der Meßanordnung.
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Die schreibenden Wattmeter zeigen nunmehr den Stromfehler und den
Fehlwinlrei des Prüflings an, während die Stellung des Stiftenrades des Papierantriebes
27 dem gerade vorhandenen Primärstrom entspricht.
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Wird der Papierantrieb 27 gedreht, und somit die Regelorgane der Zwischenwandler
24 und 23 und des Regeltransformators 11 verstellt, so zeichnen die Ävifl(- und
Blindleistungsschreiber die Funktionen, Stromfehler und Fehlwinkel als Funktion
des Primärstromes des Prüflings kontinuierlich auf.
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In der Praxis kann es Schwierigkeiten bereiten, den Regeltransformator
11 so auszulegen, daß bei I(upplung seines Regelorgans mit den Regelorganen der
Zwischenwandler und dem Papierantrieb im Instrument 28 immer der gleiche Strom vorhanden
ist. Aus diesem Grunde kann man das Instrument 2S durch das Ansprechorgan eines
Schnellreglers ersetzen, welcher seinerseits die Funktion des Regeltransformators
II übernimmt, oder aber man schaltet mit dem Regeltransformator II in Reihe einen
weiteren Regel transformator, der als Schnellregler arbeitet und von dem Ansprechorgan
gesteuert wird, das an die Stelle des Strommessers 28 tritt.
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Abb. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer
Anwendung auf die Messung dielektrischer Verluste in einer sogenannten Schering-Brücke.
Der mit Verlusten behaftete Prüfling 29, der Normalkondensator 30, die winkelfreien
Widerstände 3I und 32, der Parallelkondensator 33 und der winkelfreie Shuntwiderstand
34 sind zu einer Wechselspannungsbrücke vereinigt, deren einer Endpunkt geerdet
ist, wobei die Speisung der Brücke von diesem geerdeten Punkt und dem ihr gegenüberliegenden
Punkt aus erfolgt und das Nullinstrument IS zwischen den beiden anderen Eckpunkten
liegt.
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Das Nullinstrument seinerseits wirkt über die Optik und Photozelle
19 auf den Verstärker 20 ein, dessen Ausgangsgröße auf die Wicklungen 2I und 22
der schreibenden Wattmeter W und B und auf den Zwischenwandler 23 arbeitet. Die
an der gesamten Wechsel spannungsbrücke liegende Hochspannung arbeitet über einen
Hochspannungsspannungswandler 35 auf den Zwischenwandler 24, dessen Sekundärwicklung
auf die Wicklungen 25 und 26 der schreibenden Wattmeter arbeitet. Die Regelorgane
der
Zwischenwandler 23 und 24 sind mit dem Papierantrieb 27 der schreibenden Watt meter
gekuppelt, der seinerseits mit dem Regelorgan eines Regeltransformators 11 gekuppelt
ist, welches die erforderliche Hochspannung über den Hochspannungstransformator
36 herstellt.
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Die Wirkungsweise dieser automatischen Meßeinrichtung ist ganz ähnlich
wie die der an Hand der Abb. I beschrieben. Entsprechen die Eigenschaften des Prüflings
29 nicht denen des Normalkondensators 30, so schlägt das Vibrationsgalvanometer
IS aus, betätigt über seine Optik 19 den Verstärker 20, und die Brücke gleicht sich
über die schreibenden Wattmeterwicklungen 21 und 22 und den Zwischenwandler 23 und
den Shuntwiderstand 34 selbst ab. Die Regelorgane 23, 24 der Zwischenwandler steuern
den Papierantrieb und gleichzeitig die Primärspannung. Ebenso wie bei der an Hand
der Abb. I beschriebenen Einrichtung kann auch hier ein Schnellregler hinzugefügt
werden.
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Wie die beiden Ausführungsbeispiele zeigen, lassen sich mittels der
Erfindung Einrichtungen schaffen, welche das gegenseitige Verhältnis zweier elektrischer
Größen nach Phase und Größe automatisch aufzuzeichnen gestatten.