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Meßphasenschieber mit einphasiger Speisung Meßphasenschieber haben
den Zweck, eine in der Phase einstellbare, in der Amplitude aber von der Phaseneinstellung
unabhängige ein- oder mehrphasige Wechselspannung zu erzeugen und finden bei manchen
Wechselstrommeßverfahren, insbesondere Kompensationsmessungen, Verwendung. Ihre
Anwendung beschränkt sich jedoch nicht auf das Laboratorium oder das Prüffeld, sondern
erstreckt sich, meist unter Anwendung einer selbsttätigen Kompensation, auch auf
das Nachrichtenwesen und auf das Gebiet der elektrischen Regelung. Die Speisung
des Meßphasenschiebers geschieht vorzugsweise durch eine einphasige Wechselspannung.
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Bisher sind drei verschiedene Arten von Meßphasenschiebern mit einphasiger
Speisung bekanntgeworden. Zwei davon, der Widerstandsphasenschieber.und der Brückenphasenschieber,
bestehen aus einem Netzwerk aus Widerständen, Drosseln und Kondensatoren. Bei dem
Widerstandsphasenschieber liegt der Verbraucher in Reihe mit dem Netzwerk an der
Speisespannung. Der Brückenphasenschieber besteht aus einer nichtabgestimmten Brückenschaltung,
bei der der Verbraucher im Nullzweig liegt. Der Phasenwinkel der Verbraucherspannung
wird bei beiden Phasenschiebern durch Veränderung eines Ohmschen Widerstandes oder
Spannungsteilers eingestellt. Eine gewisse Schwierigkeit besteht darin, die Schaltung
und die Elemente der Netzwerke so zu bemessen, daß bei Veränderung des Phasenwinkels
die Amplitude der Verbraucherspannung konstant bleibt.
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Ein Nachteil der beiden beschriebenen Arten von Phasenschiebern ist
der geringe, äußerstenfalls -f- go'
betragende Bereich, innerhalb
dessen der Phasenwinkel der Verbraucherspannung verändert werden kann, ferner daß
auch nicht annähernd eine Proportionalität zwischen der Veränderung des Regelwiderstandes
und dem Phasenwinkel besteht; sowie daß- der erzeugte Phasenwinkel vom Verbraucherwiderstand
abhängt.
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Die dritte Art der bekannten Meßphasenschieber ist der sogenannte
Drehfeldphasenschieber. Dieser besteht aus zwei gekreuzten Erregerspulen, die von
zwei um go° phasenverschobenen Strömen durchflossen werden und somit in der gemeinsamen
homogenen Feldzone ein Kreisdrehfeld erzeugen. In dem Drehfeld ist eine drehbare
Spule angebracht, an der die Verbraucherspannung abgenommen wird, deren Phasenlage
sich mit dem räumlichen Einstellwinkel der Spule ändert. Die beiden um go° phasenverschobenen
Ströme werden durch eine Kunstschaltung aus Drosseln; Kondensatoren und Widerständen
erzeugt, bei deren Abgleichung die Scheinwiderstände der Erregerspulen zu berücksichtigen
sind. Damit die go°-Verschiebung unabhängig von der Größe der Speisespannung ist,
müssen die Erregerspulen entweder als Luftspulen aufgebaut werden oder die Kunstschaltung
ist bei der Verwendung von Eisen derart bemessen, daß der alsdann stromabhängige
Scheinwiderstand des . Phasenschiebers -verschwindend klein gegenüber den Widerständen
in der Kunstschaltung ist. Hierdurch wird die der Drehspule zu entnehmende Leistung
so gering, daß der Phasenschieber praktisch nur für Meßzwecke brauchbar ist, da
die bei einer Kompensations-Schaltung entstehende Fehlspannung keine Verstell-oder
.Steuereinrichtungen .zu betreiben vermag. Bei Belastung der Drehspule entsteht
ein für verschieden große Drehwinkel verschieden großer Phasenfehler. Ein weiterer
Nachteil dieser Anordnung ist, daß sich die belastete Drehspule nicht drehmomentfrei
verstellen läßt, da sie sich in einem Drehfeld befindet. Dies stört besonders bei
Kompensationsschaltungen mit selbsttätiger Kompensation (vgl. hierzu ATM 6i-2).
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Die vorliegende Erfindung schafft einen einphasig gespeisten Meßphasenschieber,
der die erwähnten Nachteile nicht besitzt.
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Erfindungsgemäß wird die einphasige Speisespannung einer verstellbaren
Abgriffeinrichtung zugeführt, die die einphasige Spannung in drei (oder mehr) Teilspannurigen
zerlegt, derart, daß die Vektoren der Teilspannungen auf einer geraden Linie liegen
und in ihrer Summe Null. ergeben und die Teilspannungen werden einem Drehspannungsscheider
zugeführt, an dessen Ausgangsklemmen die in der Phase einstellbare Wechselspannung
abgenommen wird. Unter Abgrifieinrichtung wird jede Einrichtung verstanden, bei
der durch eine mechanische Verstellbewegung (beispielsweise eine Drehung) ein System
von Widerständen oder Induktivitäten oder Kapazitäten verändert wird, wodurch eine
vorgegebene Spannung in Teilspannungen zerlegt wird, deren gegenseitiges Verhältnis
der Verstellbewegung zugeordnet ist. Im vorliegenden Fall wird eine solche Abgriffeinrichtüng
verwendet, daß die obige Bedingung erfüllt ist. Ein derartiges Spannungssystem läßt
sich bekanntlich als Überlagerung zweier symmetrischer gegenläufiger Drehspannungssysteme
gleicher und konstanter Amplitude auffassen. Bei einer Verstellung des Abgriffes
ändert sich die Aufteilung der Spannung: Diese Änderung in der Aufteilung ist dann
gleichbedeutend mit einer entgegengesetzten Phasendrehung der beiden symmetrischen
gegenläufigen Drehspannungssysterne konstanter Amplitude.
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Die mit dem Abgriff erzeugten Teilspannungen werden einem Drehspannungsscheider
zugeführt, der eines der beiden-gegenläufigen Drehspannungssysteme ausscheidet,
so daß ein mehrphasiges, symmetrisches Spannungssystem übrigbleibt, dessen Phasenwinkel
sich proportional mit der Verstellung des Abgriffes ändert, womit also zwischen
je zwei Ausgangsklemmen des Drehspannungsscheiders die gewünschte, in der Phase
einstellbare Wechselspannung konstanter Amplitude liegt.
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Die verstellbare Abgriffeinrichtung zur Zerlegung der einphasigen
Speisespannung in drei (oder mehr) Teilspannungen, deren Vektoren auf einer geraden
Linie liegen und in ihrer Summe Null ergeben, kann in verschiedener Weise verwirklicht
werden. Im einfachsten Fallist sie eine Widerstandsabgriffeinrichtung und besteht
gemäß Abb. i aus einem ringförmigen Potentiometer, das an zwei gegenüberliegenden
Punkten A, B vom Netz N gespeist wird und auf dem drei (oder mehr) symmetrisch verteilte
Abnahmebürsten C, D, E mit konstantem Abstand schleifen. Die an den Abnahmebürsten
abgenommenen Teilspannungen x, y, - sind teils gleichphasig, teils um =$o°
in der Phase verschoben; ihre Vektoren liegen also auf einer geraden Linie und ihre
Summe ist aus Symmetriegründen. Null.- I)ie Abgriffeinrichtung kann -auch gemäß
Abb. z induktiv ausgebildet sein und besteht dann beispielsweise aus einem einphasig
gespeisten Drehtransformator, dessen Erregerwicklung i an der einphasigen Speisespannung
N liegt und dessen Anker eine Drei-(oder Melir-)Phasenwicklung 2, 3, q. trägt, in
der die gesuchten Teilspannungen x, y, z induziert werden, so daß sie über
Schleifbürsten abgenommen werden können. Gleichheit von Verdrehungswinkel des Ankers
und eingestelltem Phasenwinkel erhält man durch räumlich sinusförmge Flußverkettung
zwischen , Erregerfeld und Ankerspulen. Besonders für hohe Frequenzen kann statt
dessen auch eine kapazitive Abgriffeinrichtung verwendet werden, die beispielsweise
gemäß Abb. 3 aus einem Differentialkondensator gebildet wird, dessen Rotor aus drei
(oder mehr) glei- i chen, geeignet geformten und symmetrisch angeordneten Segmenten
F, G, H besteht, an denen die Teilspannungen abgenommen werden.
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Abgriffeinrichtungen der beschriebenen Art sind in ihren Grundzügen
und in ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise bekannt. Sie müssen nur in der dargelegten
Weise dem vorliegenden Zweck angepaßt werden.
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Ein für die Zwecke der Erfindung geeigneter Drehspannungsscheider
besteht, wie an sich bekannt, aus einem Netzwerk mit einer der Zahl der vom verstellbaren
Abgriff abgegebenen Teilspannungen entsprechenden Anzahl von Anschlußklemmen. Das
Netzwerk ist so aufgebaut, daß bei der verwendeten Wechselströmfrequenz die Spannungen
zwischen je zwei Anschlußklemmen durch einen Spannungsteiler ins reellen und komplexen
Widerständen so aufgeteilt
werden, daß die Teilspannungen gleiche
Amplituden haben und unter sich in der Phase um
verschoben sind, n ist hierbei die Zahl der dem Drehspannungsscheider zugeführten
Phasen. Bein = 3 muß also die Phasenverschiebung der Teilspannungen jeweils 6o°
betragen. Das symmetrische Drehspannungssystem, dessen Phasenwinkel mit der Verstellung
der Abgriffeinrichtung sich proportional ändert, wird an den Spannungsteilpunkten
des Netzwerkes abgenommen. Zwischen je zwei Abnahmeklemmen liegt damit eine durch
die Abgriffeinrichtung in der Phase einstellbare Wechselspannung.
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Die Abb. 4 zeigt als Ausführungsbeispiel das Schaltbild des gesamten
Meßphasenschiebers unter Verwendung eines einphasig gespeisten Drehtransformators
und eines Drehspannungsscheiders der beschriebenen Art. Die Erregerwicklung i des
Drehtransformators ist an das Speisungsnetz N angeschlossen. Der Anker trägt drei
um i2o° räumlich versetzte, in Stern geschaltete, symmetrisch aufgebaute Wicklungen
2, 3, 4. Der Drehspannungsscheider besteht aus einem Netzwerk mit den Ohmschen Widerständen
5, 6, 7 und den komplexen Widerständen 8, g, io. Die an den komplexen Widerständen
liegenden Teilspannungen sind gegenüber den an den Ohmschen Widerständen 5, 6, 7
liegenden um 6o° in der Phase verschoben. An den Spannungsteilpunkten P1, P, P3
sind die drei Abnahmeleitungen u, v, w des Meßphasenschiebers angeschlossen.
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An Stelle des in der Abb. 4 dargestellten, ringförmig aufgebauten
Drehspannungsscheiders kann selbstverständlich auch einer mit sternförmig geschalteten
Widerständen Verwendung finden.