DE897737C - Messanordnung fuer Gleichstromkreise mit welligen Spannungen bzw. Stroemen - Google Patents

Description

• Meßanordnung für Gleichstromkreise mit welligen Spannungen bzw. Strömen Bei einer großen Zahl von Geräten der modernen Starkstromtechnik ebenso wie der Fernmeldetechnik treten Mischungen vontGleich- und Wechsel -größen in Form von welligen Strömen, Spannungen, Flüssen usw. auf. Die meßtechnische Untersuchung und theoretische Behandlung derartiger Anordnungen bereitet keine Schwieriglçeiten, soweit man mit linearen Elementen im Stromkreis arbeiten kann.
• Die Gesetze für die Verläufe von Strom und Spannung sind genauestens bekannt.
• Schwierigloeiten treten auf, sobald, und das ist bei den meisten Geräten der Fall, mit den elektrischen Kreisen magnetische Kreise verkettet sind, die Eisen enthalten. Ebenso können natürlich auch nichtlineare Elemente im Stromkreis selbst in Form von Trockengleichrichtern, Entladungsstrecken und ähnlichem die Anwendung des Superpositionsgesetzes unmöglich machen. Für die meßtechnische Untersuchung derartiger Probleme in allgemeinster Form bietet die im folgenden angegebene Schaltung ein wesentliches Hilfsmittel zur Erleichterung der Messungsdurchführung und vor allem zur Erhöhung der Messungsgenauiglçeit.
• Es ist bereits eine Anordnung zur Leistungsmessung bei stromrichtergespeisten Verbrauchern mit großen Induktivitäten vorgeschlagen worden, die eine Auftrennung der Einflüsse von Gleich- und Wechselkomponenten durch Verwendung eines Stromwandlers erreicht, der vom welligen Strom durehflossen wird, und bei dem die Gleicll:lçomponente des letzteren durch eine gegengeschaltete gleichstromdurchflossene Wicklung in ihrer Wirkung auf den magnetischen Pfad aufgehoben wird.
• Für diesen Kompensationskreis gilt dabei die For- derung, daß er .aus Gründen des technischen Aufwandes für den Gleichstromverlauf niederohmig ausgeführt werden sollte, während sein Widerstand für Wechselkomponenten sehr hoch gehalten werden sollte, um eine genügend große Meßgenauigkeit am Wandler zu erhalten. Diese gleiche Forderung tritt auf, wenn man in einer der bekannten Anordnungen für Ringkerne oder Streifenproben Eisenbleche auf ihr magnetisches Verhalten untersuchen will und gegenüber den bisher bekannten Anordnungen die Forderung stellt, daß keine reinen Wechselflüsse, sondern wellige Ströme im Material unter Einwirkung welliger magnetischer Feldstärlcen zur Wirkung kommen. In allen Fällen ist es notwendig, entweder zur Kompensation oder zur bewußten Erzeugung der Gleichkomponenten für diese einen Kreis vorzusehen, dessen Innenwiderstand für Gleichstrom aus Gründen des Aufwandes innerhalb tragbarer Grenzen bleiben sollte, dessen Widerstand für Wechselstrom aber möglichst hoch sein muß und eine um so höhere Meßgenauigkeit eingibt, je größer der Wechselstromwiderstand tatsächlich ist.
• Die bisher vorgeschlagenen Anordnungen dieser Art beschränkten sich meistenteils auf die Empfehlung, den Gleichstromkreis durch Drosseln entsprechend gegen Wechselströme abzuriegeln. Eine praktische Untersuchung zeigt aber, daß hier bald Grenzen erreicht werden, derentSberschreitung eine untragbare Steigerung des Aufwandes an aktivem Material (Eisen, Kupfer) für die Drossel verlangt.
• Gegenüber dieser Lösung geht die vorgeschlagene Meßanordnung einen grundsätzlich anderen Weg.
• Betrachtet man einen Gleichstromkreis dieser Art ganz allgemein, so wie er z. B. für eine Wellig keitsmessung in Fig. I der Zeichnung schematisch dargestellt ist und einen von einem welligen Strom gespeisten Wandler W, ein Hochvakuumrohr H, einen Speisegleichrichter G enthält, so kann man gemäß Fig. 2 sagen, daß in ihm außer dem Ersatzgenerator Ug für treibende Gleichspannung einer oder mehrere Ersatzgeneratoren U1 , U2 für zusätzliche Wechselspannungen enthalten sind.
• Außer dem später zu besprechenden Hochvakuumrohr H mit einem Gleichstromwiderstand Rgr und dem Wechselstromwiderstand Xr und den oben bereits gekennzeichneten Ersatzspannungsquellen treten noch die Wicklungswiderstände Rg1 und L beim Wandlerkern und der InnenwiderstandRg2 d,es Gleichrichters in Erscheinung (Fig. 2). Bei den oben gekennzeichneten Fällen kann derlGleichstromgenerator in Abwandlung der Schaltung Fig. I aber auch aus der Akkumulatorenbatterie bestehen, die den Magnetisierungsstrom über die Versuchseinrichtung einer Blechprobe oder die kompensierte Wicklung eines Wandlers zur Messung welliger Ströme gemäß dem erwähnten Vorschlag treibt. In den praktischen Fällen sind aber meistens mehrere Wechselspannuugsquellen vorhanden, da man üblicherweise für die Geräte die zur Kompensation oder Vormagnetisierung erforderlichen Gleichspannungen .aus TrockengLeichrichtern entnimmt, die eine gewisse Welligkeit aufweisen (Generator U2 ). Es erscheint auf den ersten Augenblick nur möglich anzugeben, welche zu erwartenden Gesamtwechselkomponenten im Kreise äußerstenfalls auftreten werden. Eine gewisse gegenseitige Aufhebung .der Wechselkomponenten ist fallweise durchaus denkbar.
• Gemäß der Erfindung wird nun in den durch eine wellige Spannung gespeisten vormagnetisierten Kreis außer den bereits beschriebenen Elementen noch eine HochvakuumverstärkerrölhreH (Triode oder Pentode) gelegt. Ist der Gleichstromkreis für eine genügend hohe Spannung ausgelegt, so bereitet es keine Schwierigkeiten, eine solche Röhre einzuschalten. Ist der Gleichstromkreis niederohmig und für eine kleinere Spannung ausgelegt, so wird sich eine Parallelschaltung mehrerer Röhren empfehlen.
• Hochvakuumverstärkerröhren, insbesondere unter ihnen die Pentoden, haben bereits recht erhebliche Widerstände für anliegende Wechselspannung, d. h. ein derartiges Element zwingt den Kreis von sich aus bereits bei Anlegung einer reinen Gleichspannung am Steuergitter weitgehend konstanten Gleichstrom auf. Dieser Innenwiderstand solcher Röhren kann nun noch durch schaltungstechnische Maßnahmen erhöht werden. Grundsätzlich ist eine Stromgegenkopplung nach Fig. 3 möglich, die zwischen Anode und Kathode der Röhre liegende Wechselspannung über einen durch einen Abriegelungskondens ator K gespeisten Anpassungstransformator Ü sehr hoher Eingangsimpedanz in Gegenphase und geeigneter Größe so auf das bereits durch uv vorgespannte Gitter aufzukoppeln, daß die Gitterspannung gerade in Gegenphase zur Anodenwechselspannung solche Beträge annimmt, daß der Strom in jedem Augenblick absolut konstant, d. h. ein reiner Gleichstrom ist. An Stelle eines Anpassungstransformators 0 kann auch eine zusätzliche Röhrenanordnung verwendet werden, deren Aufbau nach bekannten Gesetzen relativ einfach ist, da an sie nur die Forderung gestellt wird, bei einem extrem hohen Eingangswiderstand, der dann praktisch der Wechselstromwiderstand des ganzen Gleichstromkreises wird, die für die Gittersteuerung der Hauptröhre erforderlichen Wechselkomponenten zu liefern, die mit geeigneten Übertragungsmitteln auf das Gitter der Hauptröhre leicht aufgekoppelt werden können.
• Eine andere, beinahe ebenso wirkungsvolle Lösung des Problems wird nach Fig. 4 dadurch gegeben, daß man im Gleichstromkreis bewußt auf einen endlichen Wechselstromwiderstand hinstrebt.
• Hierzu wird in Reihe mit der Hochvakuumröhre im Gleichstromkreis ein kleiner Übertrager hohen Ubersetzungsverhältnisses (Stromtransformator S) in den Anodenkreis gelegt, auf dem die Einflüsse der Gleichstromvormagnetisierung z. B. durch einen Luftspalt eliminiert werden. Die von ihm abgenommene Wechselspannung wird in den Gitterkreis der Röhre eingeführt und nach Größe so geregelt und in der Phase so geschaltet, daß man ein Minimum von Wechselkomponenten im Gleichstromkreis erhält. Es ist ohne weiteres möglich, schon mit dieser Anordnung in Kompensationskreisen, in denen Leistungen zwischen Io und 100 Watt bei Gleichströmen bis etwa i A umgesetzt werden, Wechselstromwiderstände in der Größenordnung von einigen hundert Kiloohm zu erhalten.

Claims (10)

1. PATENTANSPRUCHE: I. Meßanordnung für Gleichstromkreise mit welligen Spannungen bzw. Strömen, in denen Wechselspannungskomponenten, insbesondere über die mit dem Gleichstrom zu beaufschlagenden magnetischen Kopplungselemente, auftreten und bei denen ein Abfließen von WecEselstromleistungen über die magnetischen Kopplungselemente in den Gleichstromkreis nach Möglichkeit verhindert werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gleichstromkreis eine steuerbare Hochvakuumröhre oder mehrere derselben in Parallelschaltung zur Glättung des den Vormagnetisierungskreis durchiliefienden Stromes geschaltet ist.
2. 2. Meßanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß für steuerbare Hochvaknumröhren eine Pentode mit extrem hohem Wechselstromwiderstand vorgesehen ist und dieser am Steuergitter eine peinlich geglättete Gittergleichspannung zugeführt wird.
3. 3. Meßanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der im Kreise wirkenden Wechselspannungen zwischen Anode und Kathode der Hochvakuumröhre über einen Übertrager extrem hoher Eingangsimpedanz unter Abriegelung der Gleichspannung abgenommen und in Gegenschaltung in den Gitterkreis der Röhre über die betriebsmäßig erforderliche Gleichspannung (uv) hinaus eingeführt wird.
4. 4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsetement extrem hoher Eingangsimpedanz parallel zur Hochvakuumröhre eine weitere Röhrenanordnung bekannter Art vorgesehen ist.
5. 5. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der im Gegensinn eingekoppelten Wechselspannungskomponente z. B. durch einenTransformator mit Anzapfungen oder über veränderliche Gegeninduktivitäten steuernd beeinflußt werden kann, ohne daß die Eingangsimpedanz des der Gegenkopplung dienenden Übertragers dadurch verkleinert wird.
6. 6. Meßanordnung nach Anspruch I oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Gitterwechselspaunung ein in den Gleichstromkreis eingefügter Impulserzeuger nach Art eines Übertragers dient, der gegebenenfalls durch einen Luftspalt ein maximales Übertragungsmaß bei den Betriebsbedingungen erhält.
7. 7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Stromgegenkopplung die Regelung der Wechselkomponenten für dtn Gitterkreis der Hochvakuumröhre durch einen regelbaren Ohmschen induktiven oder kapazitiven Sp.annungsteiler erfolgt.
8. 8. Meßanordnung nach Anspruch I oder den folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gitterkreis des Hochvakuumrohres zwei Spannungskomponenten zugeführt werden, von denen die eine im Sinne einer Spannungs,gegenkopplung zwischen Anode und Kathode des Rohres abgegriffen und die andere von den Wechselkomponenten des Stromes in geeigneter Weise abgeleitet wird.
9. 9. Verwendung einer Meßanordnung nach Anaspruch 1 oder folgenden bei Anordnungen zur Leistungsmessung bei stromrichtergespei sten Verbrauchern mit großen Induktivitäten zur Erfassung der in der Welligkeitskomponente von Strom und Spannung enthaltenen Leistung, wobei der Verbraucherstrom einen mit einer gleichstromdurchflos senen Kompensationswicklung versehenen Wandler durchfließt, dessen Sekundärwicklung die Stromspule eines Wattmeters speist, dessen Spannungsspule an der Verbraucherspannung liegt und gegebenenfalls durch einen Kondensator gegen die Gleichspannung abgeriegelt ist.
10. 10. Meßanordnung nach Anspruch I oder dwn folgen den, gekennzeichnet durch die Verwendung eines derartigen Kreises zur Gleichstromvormagnetisierung von Eisenproben, die mit einer der bekannten Schaltungen (Ferrometer, Vektormesser) auf ihre Eigenschaften hinsichtlich Magnetisierungskennlinien, Verluste usw. bei welligen magnetischen Feldstärken untersucht werden sollen.