DE879269C - Einrichtung zur Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom mit Gleichstrominstrumenten - Google Patents

Einrichtung zur Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom mit Gleichstrominstrumenten

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DE879269C
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Germany
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current
voltage
measured
instruments
alternating
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DES16290D
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Hans Dr Poleck
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/22Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc
    • G01R19/225Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using conversion of ac into dc by means of thermocouples or other heat sensitive elements

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Description

  • Einrichtung zur Strom-1 Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom mit Gleichstrominstrumenten Strom- und Spannungsmessungen werden bei Wechselstrom häufig mit Gleichstrominstrumenten ausgeführt, die an Organe angeschlossen sind, die dem Quadrat der ihnen zugeführten Wechselströme entsprechende Gleichspannungen liefern. Solche Organe sind z. B. Thermoumformer, aber auch Röhrengleichrichter und Sperrschichtgleichrichter können unter Umständen für diesen Zweck benutzt werden.
  • Solche Einrichtungen werden insbesondere auch mit Vorteil bei Hochfrequenzmessungen benutzt. Wenn die Aufgabe vorliegt, eine oder mehrere Oberwellen bei einem Wechselstrom oder einer Wechselspannung zu messen, so können die gleichen Meßeinrichtungen benutzt werden, wobei man Siebmittel, z. B. Filter oder Resonanzkreise benutzt, um nur die gewünschten Oberwellen wirksam werden zu lassen.
  • Auch zur Leistungsmessung kann man Organe dieser Art, z. B. Thermoumformer oder Röhrengleichrichter benutzen. So ist eine Schaltung angegeben worden, bei der in einer Verbraucherzuleitung zwei Thermoelemente in Reihe liegen. Von ihrem gegenseitigen Verbindungspunkt ist über einen dritten Thermoumformer und einen Vorschaltwiderstand ein Spannungszweig zur Verbraucherrückleitung abgezweigt. Die Leistungsmessung erfolgt mit Hilfe eines Strommessers, der an die gegensinnig in Reihe geschalteten drei Thermoelemente anzuschließen ist.
  • Unter Verwendung eines doppelpoligen Umschalters mit drei Kontakten kann diese Vorrichtung zur aufeinanderfolgenden Messung von Leistung, Strom und Spannung umschaltbar gemacht werden. Die bekannte Einrichtung erfordert die Innehaltung einer bestimmten Bedingung für die drei Thermoelemente, was nur mit Hilfe eines mühseligen gegenseitigen Abgleichs der drei Thermoelemente und auch dann meistens nur ungenau zu erzielen ist.
  • Ein anderes Verfahren zur Leistungsmessung mittels Thermoumformern oder Röhrengleichrichtern beruht grundsätzlich auf der Erkenntnis, daß die Differenz c (U + i)2 - C ' (-i -4ci ist, wobei u der Augenblickswert der zu messenden Wechselspannungen und i der Augenblickswert des zu messenden Wechselstroms ist. Infolgedessen erhält man die Leistung eines Wechselstroms durch Differenzbildung zwischen den Quadraten der Summe und der Differenz der Augenblickswerte von zwei dem zu messenden Strom bzw. der zu messenden Spannung entsprechenden Meßgrößen. Es sind z. B. Hitzdrahtinstrumente gebaut worden, die nach diesem Verfahren arbeiten, und auch Thermoumformer wurden für diesen Zweck bereits vorgeschlagen. So ist eine Meßanordnung bekanntgeworden, bei der der zu messende Wechselstrom einen Ohmschen Widerstand durchfließt, an dessen Enden über Vorwiderstände die Heizdrähte von zwei Thermokreuzen hintereinander angeschlossen sind. Der Verbindungspunkt der beiden Heizdrähte steht über einen hochohmigen Widerstand mit dem anderen Spannungspol in Verbindung. Die Thermodrähte sind in gegensinniger Reihenschaltung einerseits durch eine Drosselspule und andererseits durch ein Gleichstrominstrument miteinander verbunden. Ferner sind Einrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen Strom- und Spannungswandler benutzt werden, sowie zwei Thermoumformer, die derart an diese angeschlossen sind, daß sie Gleichspannungen liefern, deren von einem an die Reihenschaltung der Thermoelemente angeschlossenen Gleichstrominstrument gemessene Differenz der zu messenden Leistung entspricht. Dieses Meßverfahren setzt natürlich voraus, daß die beiden vom Strom bzw. von der Spannung abhängigen Meßkreise voneinander isoliert sind, was durch an sich bekannte Mittel, z. B. durch Verwendung von Meßtransformatoren, erreicht werden kann. Bekannte bzw. bereits vorgeschlagene Leistungsmesser ähnlicher Art bilden auch jene Brückenschaltungen, bei denen der einen Diagonale ein dem zu messenden Strom proportionaler Wechselstrom und der anderen Diagonale eine der zu messenden Spannung proportionale Wechselspannung zugeführt wird sowie zwei Brückenzweige Thermoumformer oder Gleichrichter enthalten, die ausgangsseitig in Differentialschaltung mit einem Gleichstrommeßinstrument verbunden sind.
  • Wenn nun nach dem zuletzt angeführten Prinzip sowohl Strom- und Spannungsmessungen als auch Leistungsmessungen ausgeführt werden sollen, so war bisher dazu neben den Strom- und Spannungsmeßeinrichtungen eine vollständige Leistungsmeßeinrichtung mit getrennten Thermoumformern und einem besonderen an diese angeschlossenen Gleichstrominstrument oder mindestens ein sehr verwickelter Schaltungsaufbau mit vielen Kontaktstellen, d. h.
  • Fehlerquellen, erforderlich. Sofern Einrichtungen zum Umschalten der Strom- und Spannungsmeßbereiche benötigt werden, war es erforderlich, auch für die Leistungsmessung getrennte Einrichtungen dieser Art vorzusehen. Wegen dieses umständlichen Aufbaus hat man daher meistens auf eine Leistung messung verzichtet, besonders wenn es sich um Oberwellenmessungen handelt, bei denen für die Leistungsmessung außerdem noch besondere, von den für die Strom- und Spannungsmessung erforderlichen getrennte Filter oder Resonanzkreise erforderlich waren.
  • Die Erfindung zeigt einen neuen Weg, wie man unter Benutzung von Gleichstrominstrumenten, die an Organe angeschlossen sind, die annähernd dem Quadrat der ihnen zugeführten WechseIströme entsprechend Gleichspannungen liefern, und einer Brückenschaltung, deren einer Diagonale ein dem messenden Strom proportionaler Wechselstrom und deren - anderer Diagonale eine der zu messenden Spannung proportionale Wechselspannung zugeführt wird, die wahlweise Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom mit sehr viel geringerem Aufwand und ohne besondere Schaltmittel durchführen kann.
  • Erfindungsgemäß ist in zwei benachbarten Zweigen der abgeglichenen Brücke je ein solches Organ 1, 3 bzw. 2, 4 mit daran angeschlossenen Gleichstrominstrumenten 5 bzw. 6 angeordnet, so daß beim Anschließen eines zu messenden Wechselstroms oder einer zu messenden Wechselspannung an die betreffende Diagonale beide Instrumente die zu messende Stromstärke bzw. die zu messende Spannung anzeigen, während sich die zu messende Leistung als Differenz der Skalenteile an den Gleichstrominstrumenten ergibt.
  • Eine solche Brückenschaltung erfordert nur den gegenseitigen Abgleich von zwei Thermoelementen.
  • Darüber hinaus ist die gegenüber der eingangs erwähnten Vorrichtung zur nacheinanderfolgenden Messung von Leistung, Strom und Spannung dadurch ausgezeichnet, daß der hier ermittelte Wert unmittelbar die Leistung, d. h. ohne Eingehen eines zusätzlichen Faktors, anzeigt und daß bei gleicher Belastung der Thermoelemente ein doppelt so hoher Ausschlag erzielt wird. Dies ist aus der ebenfalls eingangs angeführten Gleichung zu ersehen, auf der rechtsseitig der Ausdruck 4 « i erscheint, während bei der bekannten Vorrichtung die Anzeige einem 2 entspricht. Es kommt der betriebsmäßig wichtige Umstand hinzu, daß die benutzten Anzeigeinstrumente mittels einer Strom- oder Spannungsmessung leicht auf ihre richtige Anzeige überprüft werden können.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Brückenschaltung ist in-Fig. I dargestellt. Sie besteht aus den in Reihe geschalteten Heizdrähten I und 2 zweier Thermoumformer, an deren Thermodrähte 3 bzw. 4 je ein Gleichstrominstrument 5 bzw. 6 angeschlossen ist, und zwei ebenfalls in Reihe geschalteten Widerständen 7 und 8. An den Verbindungsleitungen zwischen I und 7 bzw. 2 und 8 wird der zu messende oder ein ihm proportionaler Strom i zugeführt, während an die Verbindungspunkte zwischen I und 2 bzw. 7 und 8 die zu messende oder eine ihr proportionale Spannung lt angeschlossen wird. Dabei haben sämtliche vier Brückenzweige I, 2, 7, 8 den gleichen Widerstand. Gegebenenfalls können zur genauen Justierung in den Zweigen der Heizdrähte noch besondere Abgleichwiderstände angeordnet sein.
  • Der Strom i teilt sich dabei in zwei gleiche Teile, so daß die Heizdrähte I und 2 von einem Strom i/2 durchflossen werden. Ferner liegt an den Heizdrähten je eine Spannung B/2. Dabei erzeugt die Spannung in den Heizdrähten Wechselströme in der durch die gestrichelt angedeuteten Pfeile gegebenen Richtung.
  • Man erkennt daraus, daß die in den Thermoelementen3 bzw. 4 erzeugten Gleichspannungen dem Betrag (l£/2 + i/2)2 bzw. (q2 - i/2)- entsprechen. Da nun (off/2 + ili)- - t12 - i/2)- = lt ist, so erhält man die zu messende Leistung als Differenz der Ausschläge an den beiden Gleichstrominstrumenten 5 und 6, wenn diese mit entsprechend geeichten Teilungen versehen sind. Dabei hat die Ablesung an zwei getrennten Instrumenten noch den Vorzug, daß die betreffenden, von den Wechselströmen durchflossenen Organe nicht genau auf ihrem quadratischen Kennlinienteil zu arbeiten brauchen, sondern auch auf dem anderen unmittelbar anschließenden Kennlinienteil betrieben werden können, da man die betreffenden Instrumente in jedem Fall entsprechend eichen kann.
  • Die Einrichtung gemäß Fig. 1 ist ohne weiteres auch zur Strom- und Spannungsmessung benutzbar.
  • Da nämlich bei der abgeglichenen Brückenschaltung der eingeleitete Strom i keinen Spannungsabfall an der Spannungsdiagonale und ebenso die Spannung lt keinen Strom in der Stromdiagonale erzeugt, so beeinflussen sich die Spannungs- und Stromkreise gegenseitig nicht. Wenn man nun zwecks Strommessung die Spannung lt abschaltet, so werden die beiden Thermoumformer nur noch von dem Strom i/2 durchflossen, und die angeschlossenen Gleichstrominstrumente 5 und 6 können daher bei entsprechender Eichung zur Strommessung benutzt werden, wobei sie beide den gleichen Ausschlag zeigen. Ebenso können die Instrumente als Spannungsmesser benutzt werden, wenn man die Spannung anlegt, jedoch den Strom i abschaltet.
  • Bei der einfachen, in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist es, wie erwähnt, nötig, die Ablesungen an den beiden Instrumenten 5 und 6 voneinander abzuziehen, um die Leistung zu ermitteln. Wenn dies als unbequem empfunden wird, so kann man die Brückenschaltung in der Weise abändern, daß sämtliche vier Brückenzweige Thermoumformer enthalten, von denen die Thermoelemente zweier benachbarter Thermoumformer in an sich bekannter Weise zur Leistungsmessung in gegensinniger Reihenschaltung an ein Gleichstrominstrument angeschlossen sind.
  • Dabei muß allerdings die Bedingung, daß die betreffenden Organe dem Quadrat der ihnen zugeführten Wechselströmen entsprechende Gleichspannungen liefern, möglichst genau erfüllt sein.
  • Ein Ausführungsbeispiel dieser Art ist in Fig. 2 schematisch dargestellt. An Stelle der Widerstände 7,8 in Fig. I sind hier ebenfalls die Heizdrähte 9 bzw. 10 zweier Thermoumformer angeordnet, deren Thermoelemente II, 12 gegensinnig in Reihenschaltung an ein weiteres Gleichstrominstrument I3 angeschlossen sind. Dabei muß mindestens eines der Thermoelemente 11 12 von dem zugehörigen Heizdraht isoliert sein. In der Zeichnung ist angedeutet, daß die Thermoelemente zu diesem Zweck durch Glasperlen von den Heizdrähten getrennt sind. Auch hier müssen sämtliche Brückenzweige gleiche Widerstände haben.
  • Da die Strom- und Spannungsverteilung in der Brückenschaltung die gleiche ist wie bei dem Beispiel nach Fig. I, fließen auch in den Heizdrähten 9 und 10 gleich große Ströme wie in den Heizdrähten I und 2.
  • Infolgedessen wirkt auf das Instrument 13 die Differenz (g/2 + 2) - «q2 - i/2)2 = lt und an dem Instrument I3 kann bei entsprechender Eichung die Leistung unmittelbar abgelesen werden.
  • Dabei kann man die Messung an den Instrumenten 5 und 6 kontrollieren. Eine solche Kontrolle ist häufig erwünscht, um festzustellen, ob die Heizdrähte 9 und IO nicht etwa überlastet werden. Wenn nämlich die Beträge lot/2 + i/2 und 2 - i/2 sich nur wenig voneinander unterscheiden, so könnte man ohne eine solche Kontrolle durch die Instrumente 5 und 6 versucht sein, um einen größeren Ausschlag am Instrument 13 zu erhalten, die Meßbereiche entsprechend zu ändern und damit die Heizdrähte 9 und IO zu überlasten. Im übrigen kann man auch hier in der bereits beschriebenen Weise die Instrumente 5 und 6 wahlweise auch zur Strom- und Spannungsmessung benutzen.
  • In den beiden Figuren ist der Strom i an die Verbindungsleitung zwischen den Brückenzweigen I und 7 bzw. 2 und 8 und die Spannung lt an die Verbindungspunkte zwischen I und 2 bzw. 7 und 8 angeschlossen.
  • Die Strom- und Spannungsanschlüsse können aber auch miteinander vertauscht werden.
  • Die Meßeinrichtung nach der Erfindung kann auch zur wahlweisen Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Oberwellen benutzt werden. Notwendig dazu ist nur die Heranziehung an sich bekannter Siebmittel derart, daß der der Brückenschaltung in der einen Diagonale zugeführte Strom und ebenso die der Brückenschaltung in der anderen Diagonale zugeführte Spannung nur die zu messenden Oberwellen enthält.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einrichtung zur wahlweisen Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom unter Benutzung von Gleichstrominstrumenten, die an Organe angeschlossen sind, die annähernd dem Quadrat der ihnen zugeführten Wechselströme entsprechende Gleichspannungen liefern, mit einer Brückenschaltung, deren einer Diagonale ein dem zu messenden Strom proportionaler Wechselstrom und deren anderer Diagonale eine der zu messenden Spannung proportionaleWechselspannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in zwei benachbarten Zweigen der abgeglichenen Brücke je ein solches Organ (I, 3 bzw. 2, 4) mit daran angeschlossenen Gleichstrominstrumenten (5 bzw. 6) angeordnet ist, so daß beim Anschließen eines zu messenden Wechselstroms oder einer zu messenden Wechselspannung an die betreffende Diagonale beide Instrumente die messende Stromstärke bzw. die zu messende Spannung anzeigen, während sich die zu messende Leistung als Differenz der Skalenteile an den Gleichstrominstrumenten ergibt.
  2. 2. Abänderung der Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß auch die restlichen Brückenzweige die Heizdrähte (9, IO) von Thermoumformern enthalten, die in an sich bekannter Weise zur Leistungsmessung in gegensinniger Reihenschaltung an ein Gleichstrominstrument (I3) angeschlossen sind.
DES16290D 1937-08-04 1937-08-04 Einrichtung zur Strom-, Spannungs- und Leistungsmessung bei Wechselstrom mit Gleichstrominstrumenten Expired DE879269C (de)

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