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Drehspulinstrument mit vorgeschaltetem Meßgleidirichter
In manchen
Fällen ist es bei meßtechnischen Aufgaben erwünscht, z. B. zur Erhöhung der Ablesegenauigkeit,
den Nullpunkt des Instruments zu unterdrücken. Bei Wechselstrominstrumenten läßt
sich dies durch die Formgebung des Meßwerks auf einfache Weise wenigstens annähernd
erreichen.
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Drehspulinstrumente haben in ihrer normalen, zuverlässigen und genauen
Ausführung an sich linear geteilte Skalen. Verwendet man diese Instrumente unter
Vorschaltung eines Gleichrichters für Wechselstrom, so wird dadurch ihre hohe Genauigkeit
gegenüber Wechselstrominstrumenten für Wechselstrommesslungen ausnutzbar. Zur Steigerung
der Ahlesegenauigkeit dieser Meßwerke ist es manchmal erwünscht, den Nullpunkt weitgehend
zu unterdrücken.
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Die Erfindung betrifft ein Drehspulinstrument mit vorgeschaltetem
Meßgleichrichter für Wechselstrommessungen. Erfindungsgemäß wird der Nullpunkt des
Instruments durch eine über einen gesättigten Eisenring erzeugte Spannung, welche
durch den vorgeschalteten Gleichrichter gleichgerichtet wird, unterdrückt. Als Gleichrichter
wird vorzugsweise ein mechanischer Meßkontakt benutzt, d. h. ein Gerät, das an anderer
Stelle unter dem Namen Vektormesser bekanntgeworden rist.
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Die Dauer der Kontaktschließungdes Vektormessers ist in gewissen Grenzen
einstellbar und die Phasenlage der Kontaktschließungszeit ist innerhalb der Dauer
einer Halbwelle der speisenden Wechselspannung gleichfalls in weiten Grenzen veränderlich.
Der Grundgedanke der Messung besteht darin, dal3 in den Meßkreis eine Zusatzspannung
eingeführt wird, welche genau konstant ist. Eine solche Spannung läßt sich an der
Sekundärwicklung eines primärseitig bis in die Sättigung erregten Eisen-
kerns
erzeugen. Diese Spannung ist zwar eine Wechselspannung, sie wird jedoch durch den
vor das Drehspulinstrument geschalteten Meßgleichrichter mit gleichgerichtet und
ergibt infolgedessen bei entsprechender Polung eine Nullpunktunterdrückung von beliebilger,
beispielsweise mit der Windungszahl der Sekundärwicklung einstellbarer -Größe.
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In Fig. I und 3 sind Ausführungsbeispiele der Schaltung gemäß der
Erfindung schematisch dargestellt. Die Kurvendarstellung in Fig. 2 dient zur Erläuterung
der Wirkungsweise.
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In Fig. I handelt es sich um die Messung der Wechsel spannung U eines
Netzes. An dieses Netz ist über einen Vorwiderstand r das Drehspulinstrument D in
Reihe mit dem periodisch betätigten Kontakt K des Vektormessers und der Sekundärwicklung
einer gesättigten Drossel angeschlossen. Die Wicklungen Wt, W2 der Drossel sind
auf einem geschlossenen Eisenkern E angeordnet. Die Primärwicklung W1 wird unter
Vorschaltung eines Widerstandes R von einem Stroms durchflossen. Ohne die Wicklung
W2 würde der Meßkontakt K mit dem Meßinstrument D und dem Vorwiderstand R die Spannung
U (arithmetischer Mittelwert) in bekannter Weise messen, wobei durch Verwendung
des mechanischen Meßkontakts mit seiner idealen Gleichrichterkennlinie die hohe
Genauigkeit des Drehspulinstruments ungeschmälert erhalten bleibt.
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Fügt man in den Meßkreis nach der Erfindung die Spannung A U ein,
so wird auch diese zwischen den Ein- und Ausschaltzeitpunkten te und t0 gleichgerichtet,
so daß auf das Drehspulinstrument D außer dem Mittelwert Um der Halbwellenspannung
von U die negative Spannung d Um einwirkt. Demgemäß erhält man für den Ausschlag
a des Dreht spulinstruments: a = const (Um - U,) Die Spannung d U wird über den
Eisenkern E erzeugt; dieser Kern wird primärseitig über einen Vorwiderstand R bis
zur Sättigung erregt, wobei die Phasenlage des erregenden Stromes so gewählt sein
mu8, daß die Spannung U ihre Scheitelwerte angenähert gleichzeitig mit U hat. Die
Spannung a Um ist unabhängig von der Größe des primären Stromes I bzw. der ihn treibenden
Spannung U, denn sie errechnet sich auf folgende Weise: # U = W2 . q . dB , dt wobei
q der Eisenquerschnitt und B die Induktion im Eisen ist. Den Mittelwert d Um der
Spannung über eine Halbperiode erhält man durch Integration
wobeif die Wechselstromfrequenz und Bs die Sättigungsinduktion des Eisens ist. Da
letztere vom Stroml unabhängig ist, so wird auch J Um vom Strom unabhängig.
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Dagegen ist die SättigungsinduktionBs etwas von der Temperatur des
Eisens abhängig, und zwar nimmt sie mit wachsender Temperatur ab. Dieser Einfluß
läßt sich in der in Fig.3 angedeutetenWeise durch eine Widerstandskombination aus
Kupfer und Manganin beseitigen. Die Fig. 3 zeigt einen dementsprechend abgeänderten
Teil der Schaltung in Fig. 1, und zwar ist wiederum die gesättigte Drossel mit dem
Eisenkern E und den Wicklungen W1, W2 gezeichnet. Die Wicklung W2 ist jetzt aber
über eineWiderstandskombinationgeschlossen, die aus einem Manganinwiderstand und
einem Kupferwiderstand besteht. Die an dem Kupferwilderstand auftretende Spannung
übernimmt jetzt die Wirkung der in Fig. I an der Sekundärwicklung unmittelbar auftretenden
Spannung. Wenn der Kupferwiderstand RCU auf der Temperatur des Eisenkerns E gehalten
und das Verhältnis von RCU zu RMg einen bestimmten Wert hat, so wird d U' unabhängig
von der Temperatur.
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Durch Wahl des Eisenquerschnitts q und der Windungszahl W2 lassen
sich .beliebig große und beliebig kleine Spannungen erzeugen, so daß man sowohl
bei sehr empfindlichen als auch bei sehr robusten Instrumenten den Nullpunkt in
beliebiger Weise unterdrücken kann. Wie man aus obiger Gleichung sieht, ist die
Zusatzspannung J Um frequenzproportional. Bei der Verwendung der Erfindung muß hierauf
Rücksicht genommen werden.
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Gegebenenfalls kann man durch Änderung der Windungszahl W2 oder durch
einen Spannungsteiler Abweichungen der Frequenz vom Nennwert in ihrer Wirkung auf
die Nullpunktunterdrückung korrigieren.