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Universal-Meßgerät für Spannung, Strom und Leistung bei Wechselstrom
Bekannt
sind sogenannte \'ielfachmesser, Meßgeräte mit einer größeren Zahl von Spannungs-
und Strombereicllell für Gleich- und Wechselstrom oder für eine dieser Stromarten.
Dazu gehören auch Geräte mit getrennten Klemmen für die Spannungs- und Strommeßbereiche,
die es'ermöglichen, ohne Änderung der äußeren Schaltung, lediglich durch Betätigung
eines eingebauten Umschalters unmittelbar nacheinander Spannung bzw. Stromstärke
eines Stromkreises zu messen.
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In der Wechselstrommeßtechnik ist die Messung von Spannung und Strom
nur selten ausreichend, meist ist auch noch die Messung der Wirkleistung nötig.
Hierzu sind normalerweise bei Einphasenstrom drei getrennte Meßgeräte erforderlich,
und wenn für Spannung- und Strommessung eines der eingangs erwähnten Geräte verwendet
wird, sind immer noch zwei Geräte erforderlich. Die Schaltung ist verhältnismäßig
kompliziert, besonders bei Drehstrom. Für den letzten Fall sind schon sogenannte
Leistungsmeßkoffer bekannt, die bei Drehstrom ohne Nulleiter drei Eingangsklemmen
bzw. bei Drehstrom mit Nullleiter vier Eingangsklemmen und ebenso viele Ausgangsklemmen
enthalten. Diese Meßkoffer enthalten dann mindestens je einen Spannungs-, Strom-
und Leistungsmesser, die bei Messung an unsymmetrischen Verbrauchern durch eingebaute,
ziemlich umfangreiche l Umschalter an bzw. in die verschiedenen Leiter geschaltet
werden.
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Nachstehend wird ein Meßgerät beschrieben, das mit sehr geringem
zusätzlichem Aufwand beiWechselstrom ohne Änderung der äußeren Anschlüsse durch
Betätigung von einfachen Schaltern die wahlweise Messung von Spannung, Strom und
Leistung er-
möglicht. Das erfindungsgemäße Meßgerät weist ein elektrodynamisches
Meßwerk auf, dessen Spulen nach den Anforderungen der Spannungsmessung bemessen
sind und die bei Strommessung mittels eines Umschalters an die Sekundärwicklung
eines Stromwandlers angeschlossen werden, während bei Leistungsmessung mittels eines
zweiten Umschalters nur die eine Spule an den Stromwandler geschaltet wird, die
andere aber über den auch zur Spannungsmessung benutzten Vorwiderstand an die Spannungsklemmen
angeschlossen bleibt. Das elektrodynamische Meßwerk kann eisenlos, eisengeschirmt
oder eisengeschlossen sein. Feste und bewegliche Spule werden hinsichtlich Windungszahl
und Drahtquerschnitt so bemessen, wie es, bei Reihenschaltung der beiden Spulen,
für die Spannungsmessung vorteilhaft ist.
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Für diese Spannungsmessung wird den beiden Spulen ein Ohmscher Widerstand
passender Größe vorgeschaltet. Für die Strommessung werden dieselben Spulen ebenfalls
in Reihenschaltung an die Sekundärwicklung eines in das Gerät eingebauten Stromwandlers
angeschlossen, dessen Primärwicklung für die gewünschte Stromstärke und dessen Sekundärwicklung
für die Nennstromstärke des Meßgerätes bemessen ist.
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Bei der Leistungsmessung schließlich wird die eine der beiden Meßwerkspulen
über den Vorwiderstand an die zu messende Spannung, die andere an die Sekundärwicklung
des Stromwandlers angeschlossen. In Fig. I bis 5 sind Ausführungsbeispiele eines
Gerätes gemäß der Erfindung für die verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten schematisch
dargestellt.
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In Fig. I ist die Schaltung eines derartigen Gerätes dargestellt,
das in der Grundstellung die Spannung, bei Betätigung eines Druckknopfschalters
die Stromstärke, bei Betätigung eines anderen Druckknopfschalters die Leistung anzeigt.
Natürlich kann die Umschaltung auch mit anderen Einrichtungen, beispielsweise mit
durch eine Nockenwalze betätigten Schaltern erfolgen. Obwohl bei gleichzeitiger
Betätigung keine Gefahr entsteht, können die beiden Druckknopfschalter mechanisch
oder elektrisch gegeneinander verriegelt werden.
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Im einzelnen ist die Wirkungsweise die folgende: Bei der Spannungsmessung
befinden sich die Umschalter I, II in der in Fig. I gezeichneten Grundstellung.
Dabei ist die Sekundärwicklung 2 des Stromwandlers über die Kontakte 6-7-9-I0 unmittelbar
kurzgeschlossen. Die feste Spule 12 und die bewegliche Spule 13 des Meßwerkes sind
übei die Leitung 14 in Reihe geschaltet und die freien Enden einerseits direkt mit
der Klemme I8, andererseits über den Vorwiderstand 3 und die Kontakte 4-5-9-10 mit
der Klemme 15 verbunden Das Gerät zeigt also einen Ausschlag, der der an den Klemmen
15 und I8 liegenden Spannung U entspricht Der Leitungsweg von der Schalterklemme
7 über 9 und 10 bis zur Verzweigungsstelle 19 wird dabei sowohl von dem Spannungsmesserstrom
wie vom Sekundärstrom des Stromwandlers durchflossen.
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Bei der Strommessung wird durch Druck auf den mit I bezeichneten
Umschalter der Stromkreis I5-I8 bei 5 unterbrochen, und der Sekundärstrom des Stromwnn(llers
fließt von der Klemme 6 aus zur Klemme 8, zur festen Spule I2, über 14 zur beweglichen
Spule I3 und über 19 zur Sekundärwicklung zurück Der Ausschlag entspricht also dem
über die Klemmen I6 und I7 zur und abgeführten Strom I.
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Für die Leistungsmessung gilt folgendes: Bei Betätigung des mit II
bezeichneten Umschalters, wobei sich der Umschalter I in der Grundstellung befindet,
wird die Spule I2 über die Kontakte 3-4-5-9-II an die Spannungsklemmen 15 und I8
angeschlossen und somit von einem der Spannung U proportionalen Strom durchflossen.
Die Spule I3 wird im Stromkreis 6-7-9-I I-I4 vom Sekundärstrom des Stromwandlers
I-2 durchflossen. Der Ausschlag entspricht also jetzt der Leistung J\T U I cos,
wenn mit 9 der Phasenverschiebungswinkel zwischen U und I bezeichnet wird. Während
in den beiden ersten Fällen bei Spannungs- und Strommessung eine gemeinsame Skala
verwendet werden kann, die wie bei jedem dynamometrischen Instrument grundsätzlich
quadratischen Charakter hat, muß für die Leistungsmessung eine getrennte Skala von
grundsätzlich linearem Charakter angebracht werden.
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Um dem Meßgerät verschiedene Spannungsmeßbereiche zu geben, kann
der Vorwiderstand 3 mit Anzapfungen versehen werden, die entweder zu einzelnen Klemmen
oder zu den Kontakten eines Umschalters geführt werden. Wenn dabei der Widerstand
der Meßwerkspulen nicht in allen Fällen klein gegen den Vorwiderstand 3 ist, muß
dem Umstand, daß bei Spannungsmessung beide Spulen, bei Leistungsmessung nur eine
im Spannungspfad liegt, durch einen Ausgleichwiderstand 20 in Fig. 2 Rechnung getragen
werden, dessen Größe gleich dem der beweglichen Spule I3 ist und der bei Spannungsmessung
durch einen zusätzlichen Kontakt 21-22 am Umschalter II kurzgeschlossen ist. Verschiedene
Strommeßbereiche können in an sich bekannter Weise entweder im Verhältnis I : 2
bzw. I : 2 : 4 dadurch erhalten werden, daß die Primärwicklung I des Stromwandlers
I-a aus zwei bzw. vier gleichen Einzelspulen hergestellt wird, die in Reihen- und
Parallelschaltung bzw. in Reihen-, Reihenparallel- und Parallelschaltung betrieben
werden, oder aber im beliebigen Verhältnis durch Anzapfungen an der Primärwicklung.
In beiden Fällen kann die Umschaltung entweder durch eingebaute Umschalter oder
an äußeren Klemmen erfolgen.
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Der äußere Anschluß des im vorstehenden beschriebenen Meßgerätes
kann an seinen Klemmen 15 bis I8 in den beiden in den Fig. 3 und 4 dargestellten
Weisen erfolgen. Sie unterscheiden sich dadurch, daß bei Fig. 3 die an die Spannungsklemmen
15 und I8 angelegte Spannung diejenige des Verbrauchers ist, die sich von der der
Stromquelle um den Spannungsabfall im Strompfad zwischen den Stromklemmen I6 und
17 unterscheidet. Dagegen ist der Strom im Strompfad I6 und I7 genau gleich dem
Strom der Stromquelle, während der Strom im Verbraucher sich davon um den im Spannungspfad
15 bis I8 fließenden Strom unterscheidet. Bei der Schaltung nach Fig. 4 liegen die
umgekehrten Verhältnisse vor. Wenn man sich für eine dieser beiden Möglichkeiten
entscheidet, können an Stelle von je zwei Klemmen für den Spannungspfad und für
den Strompfad, um noch über-
sichtlicheren Anschluß zu ermöglichen,
auch zwei Klemmen für die Stromquelle und zwei Klemmen für den Verbraucher treten.
Auch können an deren Stelle die üblichen Steckvorrichtungen treten. Bei Anwendung
der Schaltung zum Beispiel nach Fig. 3 ergibt sich für Verbraucher, Stromquelle
und Wandleranschluß die Anordnung nach Fig. 5.
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In der beschriebenen Ausführungsform können auch schreibende Meßgeräte
hergestellt werden, mit denen dann also nach Belieben Spannung, Strom oder Leistung
aufgezeichnet werden können. Da die Umschaltung nur in Stromkreisen mit sehr kleinen
Stromstärken notwendig ist, kann sie mit kleinen leichten Kontakten erfolgen, die
mit geringen Kräften betätigt werden können. Es ist daher möglich, ein Verfahren
anzuwenden, das bereits bei einem Gerät für die gleichzeitige Aufzeichnung von Wirk-
und Blindleistung bekanntgeworden ist, bei dem durch ein eingebautes Uhrwerk das
Meßwerk jeweils für einige Zeit auf die eine oder die andere Meßgröße geschaltet
wird. Somit können mit einem einzigen Meßgerät gleichzeitig Spannung, Strom und
Leistung aufgezeichnet werden.
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PATENTANSPRCCHE: I. Meßgerät zur wahlweisen Messung von Spannung,
Strom und Leistung bei Wechselstrom, gekennzeichnet durch ein elektrodynamisches
Meßwerk, dessen Spulen nach den Anforderungen der Spannungsmesser bemessen sind
und die bei Strommessung mittels eines Umschalters an die Sekundärwicklung eines
Stromwandlers angeschlossen werden, während bei Leistungsmessung mittels eines zweiten
Umschalters nur die eine Spule an den Stromwandler geschaltet wird, die andere aber
über den auch zur Spannungsmessung benutzten Vorwiderstand an die Spannungsklemmen
angeschlossen bleibt.