DE851382C

DE851382C - Mechanical rectifier with motor drive for measuring alternating current quantities

Info

Publication number: DE851382C
Application number: DEP3543A
Authority: DE
Inventors: Floris Dipl-Ing Dr- Koppelmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1949-07-17
Filing date: 1949-07-17
Publication date: 1952-10-02

Description

Mechanischer Gleichrichter mit motorischem Antrieb zur Messung von Wechselstromgrößen Es sind mechanische Meßgleichrichter bekanntgeworden (Schwinggleichrichter), welche nach Art magnetisch betätigter Relais synchron mit ihrer ;Äntriel>sspannung einen Kontakt öffnen und schließen und welche daher, wenn sie vor ein Drehspulinstrument geschaltet werden, die Messung von NVeclbselstromgrößen mit dem genauen und empfindlichen Drehspulinstrument gestatten. Macht man die Phasenlage der Kontaktschließzeit in bezug auf die Phasenlage der Meßgröße verdrehl,ar, z. 14. durch Änderung der Phasenlage des lSetsitigungsstromes für den Schwingkontakt, so ergibt sich die Möglichkeit, mit diesen Geräten Phasenwinkel direkt zu messen.Mechanical rectifier with motor drive for measuring AC quantities Mechanical measuring rectifiers have become known (oscillation rectifiers), which, like magnetically operated relays, synchronize with their electrical voltage a contact open and close and which therefore when they are in front of a moving coil instrument be switched, the measurement of Neclbselstromformen with the accurate and sensitive Allow moving coil instrument. If you make the phase position of the contact closing time in with respect to the phase position of the measured variable twist, ar, z. 14. by changing the phase position of the saturation current for the oscillating contact, there is the possibility of measure phase angle directly with these devices.

Derartige Schwilllgkontakte lassen sich verhtältnismäßig klein bauen, so daß sie in normale Instrumente eingel)aut werden können. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sich mit Meßkontakten, welche magnetisch nach Art der Relais betätigt werden, nicht die gewünschte Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Kontaktzeit, sowohl was ihre Dauer als auch ihre Phasenlage anbetrifft, erzielen läßt. Man hat daher Meßgleichrichter gebaut, deren Kontakt von einem Synchronmotor angetrieben wird. Bei zweckmäßiger Áusbildun,g, beispielsweise bei Verwendung von Druckkontakten, ltåßt sich mit derartigen Geräten eine hohe Genauigkeit der Kontaktschließzeiten wie auch ihrer Phasenlage erzielen. Der Nachteil dieser motorisch angetriebenen Geräte entsteht dadurch, daß sie verhältnismäßig groß und teuer sind. Such Schwilllgkontakte can be built relatively small, so that they can be inserted into normal instruments. However, it turned out that with measuring contacts, which are magnetically operated like a relay, not the desired accuracy and reliability of the contact time, both what their duration as well as their phase position can be achieved. One therefore has measuring rectifiers built, the contact of which is driven by a synchronous motor. With expedient Training, for example when using pressure contacts, can be achieved with such Devices a high accuracy of the contact closing times as well as their phase position achieve. The disadvantage of these motorized devices arises from the fact that they are relatively large and expensive.

I)ie Erfindung betrifft einen mechanischenGleichrichter mit motorischem Antrieb und Druckkontakt mit betriebsmäßig einstellbarer Phasenlage und Dauer der Kontaktzeit zur Messung von ,Wechselstromgrößen mit einem Drehspulinstrument. Er- findungsgemäß ist der mit dem Drehspulinstrument baulich vereinigte Meßkontakt in seiner Phasenlage nur um 90° nach jeder Seite bzw. insgesamt um 1800 drehbar. Für einenMeßkontakt dieserArt gibt es dann im Gegensatz zu den bisher üblichen ringförmigen Skalen eine eindeutige und für das Auge jederzeit leicht feststellbare Nullstellung in der Mitte der Skala. Eine Drehung nach der einen Seite bedeutet eine Phasenvoreilung, eine Drehung nach der anderen Seite eine Phasennacheilung. I) The invention relates to a mechanical rectifier with a motor Drive and pressure contact with operationally adjustable phase position and duration of the Contact time for measuring alternating currents with a moving coil instrument. He- according to the invention is the measuring contact structurally combined with the moving coil instrument in its phase position Can only be rotated 90 ° to each side or a total of 1800. For a measuring contact There is one of this kind, in contrast to the previously usual ring-shaped scales clear zero position in the middle that is easily identifiable to the eye at any time the scale. A turn to one side means a phase advance, one Rotation to the other side results in a phase lag.

Dadurch wird der Gebrauch des Gerätes wesentlich erleichtert. Bei einer Anordnung dieser Art werden außerdem für die Stromzuführung zum Meßkontakt keine Schleifringe mehr benötigt, und es genügt, elastische Stromzuführungen vorzusehen. Zweckmäßig ist zur Einstellung der Phasenlage nicht nur der Meßkontakt, sondern auch der Stator des Synchronmotors verdrehbar, und zwar wird mit der Einstellung des Stators die Nulleinstellung des Gerätes, mit der Einstellung des Meßkontaktes die betriel)smäßige Änderung der Phasenlage vorgenommen und umgekehrt. In Fig. 1 bis 3 der Zeichnung ist die Erfindung an einem Beispiel dargestellt.This makes the device much easier to use. at an arrangement of this type are also used for the power supply to the measuring contact slip rings are no longer required, and it is sufficient to provide elastic power supplies. For setting the phase position, not only the measuring contact but also the the stator of the synchronous motor can also be rotated with the setting of the stator the zero setting of the device, with the setting of the measuring contact the respective change of the phase position made and vice versa. In Fig. 1 1 to 3 of the drawing, the invention is illustrated using an example.

Fig. I zeigt eine Draufsicht auf das Instrument. Fig. I shows a top view of the instrument.

Es besteht im wesentlichen aus einem Drehspulinstrument 4 und dem Meßkontakt 5. Letzterer ist im Innern eines Schaltergriffs A untergebracht, welcher sich um 1800 drehen läßt, wobei eine auf ihm angebrachte Marke 13 mit einer Skala 14 zusammenspielt, so daß die Winkeldrehung des Meßkontaktes an der Skala abgelesen werden kann.It consists essentially of a moving coil instrument 4 and the Measuring contact 5. The latter is housed inside a switch handle A, which can be rotated around 1800, with a mark attached to it 13 with a scale 14 plays together so that the angular rotation of the measuring contact can be read on the scale can be.

Fig. 3 zeigt die innere Schaltung des Geätes. Fig. 3 shows the internal circuit of the device.

Die Meßgröße, z. B. eine Spannung U, wird an die Klemmen 13 angeschlossen. Legt man den Wähler auf diese Klemmen, so liegt die Spannung U über einen Vorwiderstand 3 an der Reihenschaltung von Kontakt und Drehspulinstrument 4, wobei die Lasche 6 geschlossen ist. Das Instrument 4 zeigt infolgedessen bei richtiger Kontaktzeit und richtilger Phasenlage der Kontaktzeit die Größe der Spannung U an. Schaltet man den Meßstellenwähler 2 auf die Klemmen 33 um, läßt sich in ähnlicher Weise mit den Nebenwiderständen 7 der \Vechselstrom I mit dem Drehspulinstrument 4 messen. Die Anschlußklemmen 8 sind zur Benutzung mit äußeren Vor- und Nebenwiderständen vorgesehen. Schaltet man den Wähler 2 auf die Klemmen 9, so liegt eine eingebaute Hilfsspannung io über einem regelbaren Vorwiderstand II an der Reihenschaltung von Kontakt 5 mit Instrument 4. Damit läßt sich in bekannter Weise die Kontaktzeit des Meßkontaktes 5 kontrollieren, indem man bei überbrücktem Kontakt 5 (Lasche 12 schließen) die Widerstände 11 SO regelt, daß das Instrument 4 Vollausschlæg zeigt. Öffnet man jetzt die Lasche I2, SO geht der Instrumentausschlag auf einen Bruchteil des Instrumentausschlages zurück, welcher dem Bruchteil der Kontaktschließzeit von der vollen Periode entspricht.The measured variable, e.g. B. a voltage U is connected to terminals 13. If you place the selector on these terminals, the voltage U is across a series resistor 3 on the series connection of contact and moving-coil instrument 4, with the tab 6 is closed. As a result, the instrument 4 shows when the contact time is correct and correct phase position of the contact time the size of the voltage U. Switches you can switch the measuring point selector 2 to the terminals 33 in a similar way with Measure the shunt resistors 7 of the alternating current I with the moving-coil instrument 4. The terminals 8 are for use with external series and shunt resistors intended. If you switch the selector 2 to the terminals 9, there is a built-in one Auxiliary voltage io via a controllable series resistor II on the series connection of Contact 5 with instrument 4. This allows the contact time of the Check measuring contact 5 by, when contact 5 is bridged (close tab 12) the resistors 11 SO regulates that the instrument shows 4 full deflection. One opens now the tab I2, SO the instrument deflection is a fraction of the instrument deflection which corresponds to the fraction of the contact closure time of the full period.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Meßkontakt. Fig. 2 shows a section through the measuring contact.

Er besteht aus dem schon erwälhnten Griff 5, welcher in seinem Tnnern den Meßkontakt enthält, und aus einem rohrförmigen Ansatz I5, in welchem die Welle I6 des Synchronmotors untergebracht ist. Dieser Synchronmotor besteht aus einem Läufer I7 und einem Stator I8. Die Welle ist in den Lagern 19 und 20 mit äußerst geringem Spiel und geringer Reibung gelagert, z. B. können die Lagerschalen aus reinem Silber bestehen, das Spurlager 21 aus einem Stein oder einer Glasplatte, auf dem das kegelig geschliffene Ende der Welle rotiert.It consists of the already mentioned handle 5, which in its interior contains the measuring contact, and from a tubular extension I5 in which the shaft I6 of the synchronous motor is housed. This synchronous motor consists of one Rotor I7 and a stator I8. The shaft is extreme in bearings 19 and 20 stored with little play and low friction, z. B. can make the bearing shells consist of pure silver, the thrust bearing 21 from a stone or a glass plate, on which the conically ground end of the shaft rotates.

Die Welle 10 trägt an ihrem oberen Ende einen Kurbelzapfen 22, welcher bei seiner Drehung eine Blattfeder 23 im Takt der Umdrehungen von dem festen Kontakt 24 abhebt. Die Blattfeder ist an ihren hinteren Enden fest eingespannt. An diesem Ende wird der Meßstrom zugeführt, während er von dem feststehenden Kontakt 24 abgeleitet wird.The shaft 10 carries at its upper end a crank pin 22, which a leaf spring 23 as it rotates in time with the revolutions of the fixed contact 24 takes off. The leaf spring is firmly clamped at its rear ends. At this At the end of the measurement current is supplied, while it is derived from the fixed contact 24 will.

Der feststehende Kontakt 24 I!älßt sich mit Hilfe einer Schraube 26 um einen Drehpunkt 27 bewegen, so daß die Blattfeder 23 während einer Umdrehung des Kurbelzapfens 22 mehr oder weniger lange Zeit mit ihm in Berührung kommt.The fixed contact 24 I! Can be opened with the aid of a screw 26 move about a pivot point 27, so that the leaf spring 23 during one revolution of the crank pin 22 comes into contact with it for a longer or shorter period of time.

Auf diese Weise läßt sich mit Hilfe der Schraube 26 die Kontaktzeit auf I800 oder andere Werte einstellen und, wie schon erwähnt, durch Schalten des Meßstellenwählers 2 auf die Stellung g kontrollieren. Diese Einrichtung ist wichtig, da sich die Kontaktzeit durch die mechanische und durch die elektrische Beanspruchung ändern kann, was Meßfehler zur Folge haben würde. Durch die beschriebene Anordnung läßt sich vor oder sogar während einer Meßreihe durch Nachregeln der Schraube 26 die gewünschte Kontaktzeit sicherstellen. Als Kontaktmaterial wird, um den Kontaktwiderstand in der Größenordnung t/10O Q zu halten, ein Edelmetall, z. B. Gold, verwendet. Damit keine zu große Abnutzung des Kurbelzapfens durch die Blattfeder auftritt, ist der Kurbelzapfen aus gehärtetem Stahl gefertigt und die Blattfeder an der Berührungsfläche mit Silber versehen. Der Kontakt ist durch ein Fenster 28 staubdicht abgeschlossen, aber der Beobachtung zugänglich. Als Synchronmotor kann jede Konstruktion verwendet werden, welche folgenden Bedingungen genügt: I. Die Winkelgeschwindigkeit während eines Umlaufs muß so konstant sein, daß keine Winkelfehler auftreten; 2. die Phasenlage des Rotors muß im Verhältnis zum Antriebsmotor des Meßkontaktes so fest sein, daß ihre Schwankungen, z. B. durch Schwankungen der Antriebs spannung, die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigen; 3. das Erregerfeld des Motors muß so abgeschirmt sein, daß in dem Meßkreis keine nennenswerten Störspannungen induziert werden (t 10-6 V); 4. die Antriebs leistung muß einphasig und möglichst klein sein.In this way, with the help of the screw 26, the contact time set to I800 or other values and, as already mentioned, by switching the Check measuring point selector 2 for position g. This facility is important because the contact time depends on the mechanical and electrical stress can change, which would result in measurement errors. By the arrangement described can be adjusted before or even during a series of measurements by readjusting the screw 26 ensure the desired contact time. As a contact material is used to increase the contact resistance in the order of t / 10O Q to keep a precious metal, e.g. B. gold is used. In order to there is no excessive wear of the crank pin by the leaf spring, is the Crank pin made of hardened steel and the leaf spring on the contact surface provided with silver. The contact is closed dust-tight by a window 28, but accessible to observation. Any construction can be used as a synchronous motor which satisfies the following conditions: I. The angular velocity during one revolution must be so constant that no angle errors occur; 2. the phase position of the rotor must be so firm in relation to the drive motor of the measuring contact that their fluctuations, e.g. B. voltage due to fluctuations in the drive, the measurement accuracy not affect; 3. The excitation field of the motor must be shielded so that no significant interference voltages are induced in the measuring circuit (t 10-6 V); 4. The drive power must be single-phase and as small as possible.

Die letzte Bedingung schließt nicht aus, daß mit Hilfe einer Hilfsspannung ein Drehfeld gebildet wird, in dem ein Anker I7 entweder als Hystereseläufer (Stahlanker) oder auch als synchronischer Kurzschlußläufer mit Dämpferwicklung arbeitet. The last condition does not preclude using an auxiliary voltage a rotating field is formed in which an armature I7 is either a hysteresis rotor (steel armature) or also works as a synchronous squirrel cage with damper winding.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist das Rohr I5, welches aus Messing bestehen kann, durch den Luftspalt des Motors hindurchgeführt, so daß sich beim Drehen des Meßkontakbgriffs 5 sowohl das obere als auch das untere Wellenlager mitdreht. Auf dem Rohr 15 ist der Stator I8 des Synchronmotors drehbar gelagert. An dem Stator I8 ist ein Zahnrad 29 befestigt, welches mit Hilfe eines Ritzels 30 am Griff 31 verdreht werden kann, und zwar angenähert um 36o0.As can be seen from Fig. 2, the tube is I5, which are made of brass can, passed through the air gap of the motor, so that when turning the Meßkontakbgriffs 5 both the upper as well as the lower shaft bearing turns. The stator 18 of the synchronous motor is rotatably mounted on the tube 15. A gear 29 is fastened to the stator 18, which with the aid of a pinion 30 can be rotated on the handle 31, approximately by 36o0.

Die Bedienung des Gerätes geht in folgender Weise vor sich: Nach Anlassen des Synchronmotors und Einschalten des richtigen Meßbereiches für die Nießgr(.).i3e wird der Griff 5 in die Mittelstellung Null der Skala gebracht, so daß die Marke I3 mit der Nullmarke der Skala genau übereinstimmt. The device is operated in the following way: After Starting the synchronous motor and switching on the correct measuring range for the Nießgr (.). I3e the handle 5 is brought to the center position zero of the scale, so that the mark I3 coincides exactly with the zero mark on the scale.

In dieser Stellung kann eine Rastung vorhanden sein, so daß die Marke auf bequeme Weise eingestellt werden kann. Je nach der Phasenlage der Meßgröße wird das IIistrument in dieser Phasenlage des Meßkontaktes einen positiven oder negativen ./\usschlag zeigen. Mit dem Griff 31 wird jetzt der Stator des Synchronmotors so lange gedreht, his der Instrumentausschlag Null wird. Die hierzu erforderliche Lage zwischen der Phasenlage der Meßgröße 30 und den Ein- und Ausschaltzeitpunkten tein und taus des Meßkonta:ktes ist in Fig. 4 ollen dargestellt. Nach dieser Einstellung des Stators IS wird der Kontaktträger 5 um go0, beispielsweise his zum rechten Anschlag + go° gedreht. Durch diese Drehung erhält man eine Lage zwischen Meßgröße 32 und Ein- und Ausschaltzeitpunkten tein und tuns, wie in Fig. 4 unten angedeutet, d. h. in der Stellung + go0 wird die positive Halbwelle aus der Meßgröße herausgeschnitten. Das Instrument zeigt einen Ausschlag, welcher dem arithmetischen Mittelwert der sMeßgröße entspricht. Legt man jetzt den Wähler 2 z. 13. von derSpannungsmessung auf Strommessung um, so wird in der Phasenstellung o des Kontaktträgers 5 das Instrument je nach der Phasenlage der Meßgröße einen Ausschlag zeigen. Man dreht jetzt, ohne die Einstellung von 3I zu ländern, den Griff 5 in eine solche \N'inkellage, daß der Instrumentausschlag wieder verschwindet. An der Skala 14 wird dann die Phasenverschiebung zwischen den beiden Meßgrößen von der Marke 13 direkt angezeigt. Diese Phasenverschiebung ist beispielsweise voreilend, weiin der Griff5 bei Strommessung im rechten Quadranten, nacheilend, wenn er im linken Quadranten eingestellt werden mußte. In den Stellungen - go0 und + 900 sind Anschläge vorhanden, welche auf eine genaue Winkelverdrehung von 900 gegenüber der Nullstellung einjustiert werden.In this position there can be a detent so that the mark can be easily adjusted. Depending on the phase position of the measured variable the IIistrument in this phase position of the measuring contact a positive or negative ./ \ show rash. With the handle 31, the stator of the synchronous motor is now like this turned for a long time until the instrument deflection is zero. The location required for this between the phase position of the measured variable 30 and the switch-on and switch-off times t on and the measurement contact is shown in Fig. 4 ollen. After this setting of the stator IS, the contact carrier 5 is increased by go0, for example up to the right stop + go ° rotated. This rotation results in a position between the measured variable 32 and Switch-on and switch-off times tein and tuns, as indicated in Fig. 4 below, ie. H. in the + go0 position, the positive half-wave is cut out of the measured variable. The instrument shows a deflection which corresponds to the arithmetic mean of the s measurement size. If you now put the voter 2 z. 13. from the voltage measurement to current measurement, so in the phase position o of the contact carrier 5, the instrument show a deflection depending on the phase position of the measured variable. You turn now without To change the setting from 3I, move handle 5 to such an angle that the instrument deflection disappears again. The phase shift is then displayed on the scale 14 between the two measured variables from mark 13 is displayed directly. This phase shift is leading, for example, when handle5 is in the right quadrant when measuring current, lagging if it had to be adjusted in the left quadrant. In the positions - go0 and + 900 there are stops which point to an exact angular rotation can be adjusted by 900 compared to the zero position.

NIit dem heschriel)enen Gerät lassen sich nicht nur Striime und Spannungen bis zu sehr kleinen Beträgen messen, sondern, wie schon erwähnt, auch Phasenwinkel oder direkt Wirk- und Blindkomponenten. Darüber hinaus ist es mit induktiven oder kapazitiven Vor- und Neben widerständen möglich, den zeitlichen Verlauf der Meßgrößen aufzunehmen. Bei nicht sinusförmigen Meßgrößen lassen sich sowohl die Grundwelle als auch die Oberwellen ermitteln. Soll statt des eingebauten Instrumentes ein äußeres Instrument benutzt werden, z. B. ein Spiegelgalvanometer, so wird die Lasche 6 entfernt und an ihre Stelle das äußere Instrument angeschlossen, während mit einer Lasche 34 das eingebaute Instrument überbrückt wird. Die Antriebsspannung für den Synchronmotor wird an die Klemmen 35 gelegt, sie muß mit der Meßgröße synchron sein. Die notwendige Antriebsleistung beträgt nur wenige Watt. Mit einem Polwechsler 36 lassen sich, wenn bei bestimmter Phasenlage die lnstrumentausschläge negativ sind, ohne Drehen des Meßkontaktes 5 positive Ausschläge erzielen. With the new device, not only can currents and voltages be measured measure up to very small amounts, but also, as already mentioned, phase angles or directly active and reactive components. In addition, it is with inductive or capacitive series and secondary resistances possible, the temporal course of the measured variables to record. In the case of non-sinusoidal measured quantities, both the fundamental wave as well as determine the harmonics. Should an external instrument be used instead of the built-in instrument Instrument can be used, e.g. B. a mirror galvanometer, the tab 6 is removed and in its place the external instrument connected while with a tab 34 the built-in instrument is bridged. The drive voltage for the synchronous motor is applied to terminals 35; it must be synchronous with the measured variable. The necessary Drive power is only a few watts. With a pole changer 36, if the instrument deflections are negative with a certain phase position, without turning of the measuring contact achieve 5 positive deflections.

Die Kontaktfeder 23 ist zur Dämpfung von Prellungen mit einem Gummischlauch umzogen.The contact spring 23 is to dampen bruises with a rubber hose moved.

Sie besteht z. B. aus Stahlband von wenigen Zehntelmillimetern Dicke und einer über die ganze Länge gleichbleilnden Breite von 2 mm.It consists z. B. from steel strip a few tenths of a millimeter thick and a width of 2 mm, which is constant over the entire length.

PATE NTANSPBÜCHE: I. Mechanischer Gleichrichter mit motorischem Antrieb und Druckkontakt mit betriebsmäßig einstellbarer Phasenlage und Dauer der Kontaktzeit zur Messung von Wechselstromgrößen mit einem Drehspulinstrument, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Drehspulinstrument baulich vereinigte Meßkontakt in seiner Phasenlage nur um go0 nach jeder Seite bzw. insgesamt um I800 drehbar ist. PATE NTANSPBÜCHE: I. Mechanical rectifier with motor drive and pressure contact with operationally adjustable phase position and duration of the contact time for measuring alternating current quantities with a moving coil instrument, characterized in that, that the measuring contact structurally combined with the moving coil instrument in its phase position can only be rotated by go0 to each side or by a total of I800.

2. Mechanischer Gleichrichter nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Phasenlage nicht nur der Meßkontakt, sondern auch der Stator desSynchronmotors verdrehbar ist, und daß mit der Einstellung des Stators die Nulleinstellung des Gerätes, mit der Einstellung des Meßkontaktes die i>etriebsmäßigen Änderungen der Phasenlage vorgenommen werden bzw. umgekehrt. 2. Mechanical rectifier according to claim I, characterized in that that for setting the phase position not only the measuring contact, but also the stator desynchronous motor is rotatable, and that with the setting of the stator the zero setting of the device, with the setting of the measuring contact the operational changes the phase position or vice versa.

Claims

3. Mechanical rectifier according to claim I and 2, characterized in that that the measuring contact is housed in a housing in the form of a handle, the attached to a housing the size of a normal precision instrument is that the moving coil instrument, a device for measurable contact time setting and contains several balanced series and shunt resistors. referenced publications: Elektrotechnik, 2 (1948), p. 13.