DE863109C - Quotientenmesser fuer Wechselstrom - Google Patents

Quotientenmesser fuer Wechselstrom

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DE863109C
DE863109C DEC4530A DEC0004530A DE863109C DE 863109 C DE863109 C DE 863109C DE C4530 A DEC4530 A DE C4530A DE C0004530 A DEC0004530 A DE C0004530A DE 863109 C DE863109 C DE 863109C
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DE
Germany
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DEC4530A
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English (en)
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Robert Brogat
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Compteurs Schlumberger SA
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Compteurs Schlumberger SA
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R7/00Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement
    • G01R7/04Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement for forming a quotient
    • G01R7/06Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement for forming a quotient moving-iron type
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/08Measuring resistance by measuring both voltage and current
    • G01R27/10Measuring resistance by measuring both voltage and current using two-coil or crossed-coil instruments forming quotient
    • G01R27/12Measuring resistance by measuring both voltage and current using two-coil or crossed-coil instruments forming quotient using hand generators, e.g. meggers

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Phase Differences (AREA)

Description

  • Quotientenmesser für Wechselstrom Die Erfindung bezieht sich auf Meßgeräte, die als Quotientenmesser oder Logometer bezeichnet werden und die Messung des Verhältnisses zweier elektrischer Größen gestatten. Insbesondere betrifft die Erfindung jene Geräte dieser Art, die in einen Wechselstromkreis geschaltet und für Frequenz- oder Phasenverschiebungsmessungen verwendet werden.
  • Der gemäß der Erfindung ausgebildete Quotientenmesser kennzeichnet sich durch folgende Maßnahmen: Die beiden Meßsysteme, welche die beiden aktiven Drehmomente erzeugen, besitzen je einen beweglichen Rahmen und einen feststehenden, aus zwei Wicklungen zusammengesetzten Induktor, wobei die beiden beweglichen Rahmen in Reihe geschaltet sind und jede Wicklung des Induktors eines Meßsystems in Reihe mit einer Wicklung des Induktors des anderen Meßsystems angeschlossen ist und die Feldwicklungen dabei so angeordnet sind, daß der Sinn der dem einen Meßsystem entsprechenden Wicklungen zu dem Wicklungssinn des anderen Meßsystems relativ entgegengesetzt ist.
  • Weitere Einzelheiten der Durchführung der Erfindung und Vorteile derselben ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. I das Prinzipschema des erfindungsgemäßen Quotientenmessers, Fig. 2 a, 2 b und Fig. 3 a, 3b Diagramme, welche die Phasenverschiebung der relativen MMKe in den verschiedenen Kreisen dieses Quotientenmessers sowie ihre Zusammensetzung veranschaulichen, Fig. 4 eine Anwendung des Schemas der Fig. I bei einem Phasenmesser für Einphasenstrom, Fig. 5 eine Anwendung des Schemas der Fig. I bei einem Phasenmesser für symmetrischen Dreiphasenstrom, Fig. 6 eine Anwendung des Schemas der Fig. I bei einem Phasenmesser für unsymmetrischen Dreiphasenstrom mit drei Leitungen, Fig. 7 eine Anwendung des Schemas der Fig. I bei einem Frequenzmesser.
  • In Fig. I sind die beiden Meßsysteme I und 2 in je einem gestrichelt angegebenen Rechteck enthalten.
  • Das Meßsystem 1 besteht aus dem beweglichen Rahmen 11 und einem feststehenden Induktor, der zwei Wicklungen 12 und 13 besitzt. Das Meßsystem 2 besteht aus dem beweglichen Rahmen 21 und einem festehenden Induktor, der zwei Wicklungen 22 und 23 besitzt. Die beiden beweglichen Rahmen 11 und 21 sind in Reihe geschaltet. Die beiden Wicklungen 12 und 22 sind in Reihe geschaltet und liegen in Reihe mit einem Widerstand 32. Die ebenfalls in Reihe geschalteten Wicklungen 13 und 23 liegen in Reihe mit einer Selbstinduktion 33. Die Stromkreise I2, 22, 32 einerseits und I3, 23, 33 anderseits sind parallel geschaltet.
  • M11, M12, M13, M21, M22, M23 bezeichnen die Werte der relativen MMKe in den Rahmen 11 und 21 und in den Feldwicklungen I2, I3, 22, 23. Anderseits bezeichnet #1 den Phasenverschiebungswinkel von M12 gegen M11, #2 den Phasenverschiebungswinkel von M22 gegen M21, fl, den Phasenverschiebungswinkel von M,2 gegen M13 und ß2 den Phasenverschiebungswinkel von M22 gegen M23 (Fig. 2a, 2b und Fig. 3a, 3b).
  • Mit a wird der Ausschlagwinkel des beweglichen Systems bezeichnet.
  • Das von dem ersten Meßsystem, bei welchem die beiden Feldwicklungen I2 und I3 so angeordnet sind, daß die Teildrehmomente sich addieren, erzeugte aktive Drehmoment C1 ergibt sich aus folgendem Ausdruck: = = K1 M11[M,2 cos #1 + M13 cos ( ßl)]fi (a).
  • Fig. 2a und 2b zeigen die relativen MMKe in dem Meßsystem 1 und ihre vektorielle Zusammensetzung.
  • Die Strecke ö-A, stellt den Skalarwert des eingeklammerten Gliedes in dem obigen Ausdruck von dar.
  • Das von dem zweiten Meßsystem, in welchem die beiden Feldwicklungen 22 und 23 so angeordnet sind, daß die Teildrehmomente sich subtrahieren, erzeugte aktive Drehmoment C2 ergibt sich aus folgendem Ausdruck: C2 = K2 . M21[M22 cos #2 - M23 cos (#2-ß2)]f2(α).
  • Fig. 3a und 3b zeigen die relativen MMKe in dem Meßsystem 2 und ihre vektorielle Zusammensetzung.
  • Die Strecke O-A2 stellt den Skalarwert des eingeklammerten Gliedes in dem Ausdruck von C dar.
  • Der mit den beiden Rahmen 11 und 21 fest verbundene Zeiger des Gerätes stellt sich auf eine Gleichgewichtslage ein, in welcher die Drehmomente C, und C2 gleich sind. Unter diesen Umständen ergibt sich in einem derartigen Quotientenmesser ist somit der Zeigerausschlag nur abhängig von dem Verhältniswert K1f1 (a) K2f2 (a) Es besteht also eine Beziehung zwischen dem Zeigerausschlag und den verschiedenen Größen, welche in das zweite Glied der Gleichung (I) eingehen.
  • Man kann beispielsweise den verschiedenen in die Gleichung (I) eingehenden Größen solche Werte geben, daß ? = #2 = (P #1 = #2 = # M11 = M21 M,3 = M23 = a M,2 M22 = b M12 Diese Gleichung erhält dann die Form: K1f1(α)/K2f2(α) = K = b cos # - a cos (# - ß)/cos # + a cos (# - ß) (2) b - a (sin ß tg # + cos ß) . l + a (sin ß tg ß + cos ß) Diese Beziehung bestimmt K, d. h. den Zeigerausschlag als Funktion von S7 und ß.
  • Das durch die Erfindung geschaffene Gerät kann zur Messung von Phasenverschiebungen, d. h. als Phasenmesser, und zur Messung von Frequenzen benutzt werden.
  • Fig. 4 zeigt einen mit einem erfindungsgemäßen Gerät hergestellten Phasenmesser für Einphasenstrom. In dieser Figur haben die Bezugszeichen I, 2, II, I2, 13, 2I, 22, 23, 32 und 33 dieselbe Bedeutung wie in Fig. I. 24 ist eine Regelimpedanz, die an den Klemmen der Wicklung 22 angeordnet ist. Die Stromkreise I2-22-32 und I3-23-33 sind parallel geschaltet, und die ganze Anordnung liegt an den Klemmen einer Wechselstromquelle S1. Diese Quelle S1 ist ihrerseits an die Klemmen eines Stromkreises P geschaltet und liefert einen Strom I, dessen Phasenwinkel in bezug auf die Spannung U dieser Quelle gemessen werden soll. Die beweglichen Rahmen II und 21, die in Reihe liegen, sind über einen Stromwandler T in den Kreis geschaltet. Der Winkels der Formel (2) ist unveränderlich und durch den Wert der Selbstinduktion 33 bestimmt.
  • Aus dieser Formel ergibt sich, daß das Verhältnis K und somit der Ausschlagwinkel a ausschließlich eine Funktion des Winkels 9o ist.
  • Ein Skalenverlauf, der mit einem gegebenen Winkels bestimmt wurde, kann für jeden anderen Wert des Winkels ß beibehalten werden, sofern man die Werte der Koeffizienten a und b entsprechend abändert. Diese Abänderung kann in sehr einfacher Weise vorgenommen werden, indem man beispielsweise die Werte der Widerstände 24 und 32 verändert. Dadurch kann man fl einen Wert geben, der es ermöglicht, die optimalen Verhältnisse für die Temperatur- und Frequenzkompensation zu erzielen, ohne den Skalenverlauf abzuändern.
  • Bei diesem Gerät läßt sich leicht ein symmetrischer Skalenverlauf erreichen, wenn man für b den Wert (I + 2( cosP) wählt.
  • In diesem Fall erhält dann die Formel (2) die Form: 1 + a cos ß - a sin ß tg # K(a) = , (3) 1 + a cos ß + a sin ß tg # daraus folgt: 1 - K 1 + a cos ß tg # = . . (4) 1 + K a sin ß Ersetzt man in (4) K durch 1/K, so wird tg # ersetzt durch tg (-#).
  • Fig. 5 zeigt einen mit einem erfindungsgemäßen Gerät hergestellten Phasenmesser für symmetrischen Dreiphasenstrom. In diesem Fall nutzt man die Phasenverschiebung von 120° aus, die zwischen den drei Dreiphasenspannungen vorhanden ist.
  • In dieser Figur haben I, 2, II, 12, 13, 2I, 22, 23 und T dieselbe Bedeutung wie in Fig. I. 24 ist eine Regelimpedanz, die an den Klemmen der Wicklung 22 angeordnet ist. 42 ist ein Widerstand in Reihe mit den Feldwicklungen 12 und 22. 43 ist ein Widerstand in Reihe mit den Feldwicklungen I3 und 23. 44 ist ein Widerstand, dessen eines Ende mit dem gemeinsamen Punkt der Stromkreise I2-22-42 und 13-23-43 verbunden ist. Die Widerstände 42, 43 und 44 sind so bestimmt, daß der betreffende Wert der Wider stände der drei Stromkreise 12-22-42 bzw. 13-23-43 bzw. 44 derselbe ist. Die freien Enden dieser drei Kreise sind an je eine Phase der Quelle S2 angeschlossen. In diesem Fall ist P = 600.
  • Fig. 6 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellten Phasenmesser für unsymmetrischen Dreileiter-Dreiphasenstrom.
  • In dieser Figur haben 1, 2, 11, 12, 13, 21, 22, 23 dieselbe Bedeutung wie in Fig. 1. 24 ist eine an den Klemmen der Wicklung 22 angeordnete Regelimpedanz. 52 ist ein Widerstand in Reihe mit den Feldwicklungen 12 und 22. 53 ist ein Widerstand in Reihe mit den Feldwicklungen 13 und 23. Die Stromkreise 12-22-52 und I3-23-53 haben einen gemeinsamen Punkt 5I, der mit der Phase I verbunden ist. Die freien Enden der Kreise I2-22-52 und I3-23-53 sind mit den Phasen III bzw. II verbunden. Die in Reihe liegenden Rahmen II und 21 sind an die Klemmen eines Widerstands 54 und einer Impedanz 55 geschaltet. T, ist ein in die Phase I geschalteter Stromwandler, dessen Sekundärwicklung den Widerstand 54 speist. Tq ist ein in die Phase II geschalteter Stromwandler, dessen Sekundärwicklung die Impedanz 55 speist. Diese hat dasselbe Argument wie der Widerstand 54, und ihr Modul ist 60°.
  • Bei dieser Anordnung werden die Rahmen in an sich bekannter Weise von einem Strom durchflossen, der zu der direkten, der Phase I zugehörigen Komponente proportional und gegen diese Komponente um 30° in der Phase verschoben ist. Der Winkel ß der Formel (2) ist 60°, und der Winkeln dieser Formel stellt den Phasenverschiebungswinkel der unsymmetrischen Dreiphasen-Dreileiter-Anlage dar.
  • Fig. 7 zeigt einen mit dem erfindungsgemäßen Gerät hergestellten Frequenzmesser. In dieser Figur haben I, 2, II, 12, I3, 21, 22, 23 dieselbe Bedeutung wie in Fig. I. 24 ist eine an den Klemmen der Wicklung 22 angeordnete Regelimpedanz. 6I ist ein Widerstand in Reihe mit den beiden Rahmen II und 21. 62 ist ein Widerstand in Reihe mit den Feldwicklungen I2 und 22. 63 ist eine Selbstinduktion in Reihe mit den Wicklungen I3 und 23. Die drei Stromkreise 11-21-61 bzw. I2-22-62 bzw. I3-23-63 sind parallel geschaltet und an die Klemmen einer Wechselstromquelle, deren Frequenz gemessen werden soll, angeschlossen.
  • Die Ströme, welche die Kreise II-2I-6I und I2-22-62 durchfließen, sind in Phase, so daß die Phasenverschiebungswinkel von M12 gegen M11 und von M22 gegen M21 Null sind. Die Gleichung (2) erhält dann die Form: b - a cos ß K = 1 + a cos ß wobei cos ß = b - K/a(K + I).
  • Der Winkel ändert sich mit der Frequenz #, da wobei r und I die Werte des Gesamtwiderstandes bzw. der Gesamtreaktanz des Kreises 13-23-63 bezeichnen.
  • Wenn auch nur eine einzige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Quotientenmessers beschrieben und dargestellt wurde, ist doch die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt. Dieses könnte vielmehr in verschiedener Hinsicht abgewandelt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Ferner sei hervorgehoben, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Anwendungen dieses Quotientenmessers beschränkt ist. Dieser könnte vielmehr bei jeder auf Phasenverschiebung ansprechenden Anordnung benutzt werden, wie z. B. anzeigende oder registrierende Meßgeräte als Phasenmesser, Frequenzmesser oder auch diesen Geräten entsprechende Relais.

Claims (6)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E: I. Quotientenmesser für Wechselstrom, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßsysteme, welche die beiden Richtdrehmomente erzeugen, je einen beweglichen Rahmen und einen feststehenden, aus zwei Wicklungen bestehenden Induktor aufweisen, daß die beiden beweglichen Rahmen in Reihe geschaltet sind und jede Wicklung des Induktors eines Meßsystems in Reihe mit einer Wicklung des Induktors des anderen Meßsystems liegt und daß die Feldwicklungen so angeordnet sind, daß der Wicklungssinn des einen Meßsystems dem Wicklungssinn des anderen Meßsystems entgegengesetzt ist.
  2. 2. Meßgerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen durch je eine Feldwicklung der beiden Meßsysteme gebildeten Strom- kreis ein Widerstand (32) und in dem durch die anderen Feldwicklungen gebildeten Stromkreis eine Selbstinduktion (33) liegt.
  3. 3. Meßgerät nach Anspruch I und 2 als Phasenmesser für Einphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu einer Feldwicklung des einen Meßsystems eine Regelimpedanz (24) geschaltet ist und die in Reihe liegenden beweglichen Rahmen über einen Stromwandler in den Stromkreis geschaltet sind, dessen Phasenverschiebung gemessen werden soll und dessen Spannung die Feldwicklungen speist.
  4. 4. Meßgerät nach Anspruch 3 als Phasenmesser für symmetrischen Dreiphasenstrom, dadurch gekennzeichnet, daß der die beweglichen Rahmen speisende Stromwandler in einer Phase liegt, während die beiden Stromkreise der Feldwicklungen an je eine Phase und an ihrem gemeinsamen Punkt an die dritte Phase angeschlossen sind.
  5. 5. Meßgerät nach Anspruch I und 2 als Phasenmesser für unsymmetrischen Dreileiter-Dreiphasen-Strom, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Stromkreis der Feldwicklungen ein Widerstand (52 bzw. 53) liegt und jeder Stromkreis an je eine Phase angeschlossen ist, während ihr gemeinsamer Punkt an der dritten Phase liegt und die beweglichen Rahmen in Reihe an die Klemmen eines Widerstandes (54) und einer Impedanz (55) angeschlossen sind, die durch in je einer Phase liegende Stromwandler (T1 bzw. T2) gespeist werden.
  6. 6. Meßgerät nach Anspruch I und 2 als Frequenzmesser, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stromkreise der Feldwicklungen und der Stromkreis der in Reihe liegenden beweglichen Rahmen parallel geschaltet sind und gemeinsam von der Spannung, deren Frequenz gemessen werden soll, gespeist werden, wobei in diese Stromkreise passende Widerstände (6I bzw. 62) bzw. Impedanzen (24 bzw. 63) geschaltet sind.
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