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Verfahren und Vorrichtung zum Messen der Phasenverschiebung
Es ist
oft nötíig, die Phasenverschiebung von Wechselströmen zu messen oder Unregelmäßigkeiten
od. dgl. im Strom- bzw. Spannungsverlauf phasenwinkelmäßig genau festzulegen. Die
bisher bekannten, diesem Zweck dienenden Verfahren sind umständlich, zeitraubend
und außerdem meist ungenau. Sie erfordern eine nachträgliche Auswertung der aufgenommenen
Daten und werden mit Hilfe von Instrumenten vorgenommen, die beim Messen der elektrischen
Werte beachtliche Fehlerquellen darstellten. Davon abgesehen, bringt die nachträgliche
Auswertung der Meßergebnisse erhebliche Zeitverluste mit sich. Gegenstand der Erfindung
ist demgegenüber eim Verfahren, das eine sehr schnelle, keine weitere Auswertung
erfordernde und überdies sehr genaue Messung gestattet. Wie an sich bei Phasenmessungen
bereits bekannt, wtilrd ein periodisch arbeitender Unterbrecher benutzt, der durch
einen Synchronmotor angetrieben wird.
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Die Erfindung liegt darin, einen solchen Unterbrecher im Zusammenhang
mit einem Kathodenstrahloszillographen zu verwenden, und zwar derart, daß er in
den Ablenkplattenstromkreis des synchronarbeitenden Oszillographen geschaltet wird
und einen meßbar verschieblichen 1 8o oder 360 elektrischen Graden entsprechenden
bzw. einen sehr kurzen Teill des' Kurvenbildes unterdrückt, so daß an der entsprechenden
Stelle lediglich ein von zwei um I80 oder 3600 auseinanderliegenden bzw. von nahezu
zusammenfallenden Ordinaten begrenztes Stück der Zeitlinie sichtbar bleibt.
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Zur Durchführung dieses Verfahrens wird vorzugsweise ein von einem
Synchronmotor angetriebener, in den Meßstromkreis geschalteter Metall-
zylinder
mit isolierten Umfassungsteilen und eine Einstellvorrichtung für die strom abnehmende
Bürste verwendet, mit der jede beliebige Bürstenstellung als Nullage eingestellt
und alsdann jede weitere Veränderung der Bürstenlage winkelmäßig gemessen werden
kann. Damit die einzelne Vorrichtung Messungen der verschiedensten Art gestattet.
nehmen die isolierten Umfassungsteile des Unterbrecherzylinders in verschiedenen
Höhen desselben. auf welche die Bürste jeweils einstellbar i'st, verschiedene Längen
ein. Wird als Antriebsmotor en vierpoliger Synchronmotor benutzt, dann umfassen
die verschiedenen Längen der isolierten Umfassungsteile z. B. drei Viertel, die
Hälfte oder nur ein sehr kurzes Stück seines Umfanges.
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Als Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung ist in
den Zeichnungen dargestellt, es zeigt Fig. I eine Draufsicht auf die Moßeinrichtung,
Fig. 2 einen Schnitt derselben nach Linie II-II in Fig. I, Fig. 3, 4 und 5 je einen
Schnitt durch den Kontaktzylinder nach Linie III, IV bzw. V der Fig. 2.
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Fig. 6 bis 12 Stromkurven, wie sie auf dem Leuchtschirm der Braunschen
Röhre erscheinen.
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Auf der Grundplatte 1 ist eine Ringskala 2 befestigt, die nach zwei
Richtungen mit einer Einteilung von 1800 versehen ist. In ihr ist, um eine Metallbuchse
8 drehbar, ein Ring 3 aus Isolierstoff angeordnet, der einen Einstellhebel 15 und
einen Zeiger i6 trägt. über ihm liegt der ebenfalls aus Isolierstoff bestehende
Ring 4, der auch um die ßuchse 8 drehbar ist. Er trägt die beiden Metallsäulen 5,
welche oben durch die den Einstellknopf 7 enthaltende Brücke miteinander verbunden
sind.
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Auf der Säule 5 ist eine kleine an der Metallbuchse 8 schleifende
Kontakfeder 14 und die verschiebliche durch die Klemmschraube 11 feststellbare Kontaktbürste
9 angeordnet, die auf verschiedene Hhhe der Kontaktwalze 13 einstellbar ist.
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Die Kontaktwalze besteht aus Isolierstoff und ist von einem Metallzylinder
Io umgeben, der sie in der Höhe III zu einem Viertel, in. der Höhe IV zur Hälfte
und in der Höhe V vollständig bis auf ein kurzes Stück 12 umgibt. Die Kontaktwalze
ist isoliert auf der Welle 18 eines Synchronmotors befestigt, von dem in der Zeichnung
nur der vierpolige Rotor angedeutet ist. Selbstverständlich kann auch ein zweipoliger
Synchronmotor Verwendung finden. Unterhalb der Grundplatte I ist eine Kontaktbürste
19 befestigt die dauernd an dem Otetallzylinder 10 schleift. Der Strom tritt von
dlieser Bürste 19 in den Metallzylinder 10 und läuft von dort über die Bürste 9,
diie Metallsäule 5 und die Kcntaktfeder 14 zu der Buchse 8, von der er zu einer
der Ablenkplatten des Oszillographen geführt wird. Mittels der Klemmschraube 11
läßt sich die auf der Säule 5 verschiebbare Bürste 9 auf die Höhen III, IV oder
V einstellen.
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Der Ring 3 ist mittels des Hebels r5 auf beliebige Zahlen der Skala
2 einstellbar, er kann mittels des Hebels 17 iln der Nullage festgestellt werden.
Wird der Ring gedreht, dann nimmt er den unter Reibung auf ihm liegenden Ring 4
nebst Säulen und Kontaktbürste mit. Dieser Ring 4 ist jedoch bei Überwindung der
Reibung auch gegenüber dem Ring 3 drehbar. Zu seiner Betätligung dient der Einstellknopf
7.
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Die Wirkungsweise der Meßeinrichtung ist die folgende: Der zu messende
Strom wird über die Meßeinrichtung zu den Ablenkplatten. des Oszillographen geführt.
Bei still stehendem Synchronmotor 20 und kontaktgebender Einstellung der Bürste
9 wird zunächst die Spannungskurve der Netzspannung auf den Leuchtschirm der Braunschen
Röhre eingestellt, und zwar je nach Wunsch, eine oder zwei Wellen, wie sie die Fig.
6 bzw. 9 zeigt. Jetzt wird der synchronmotor 20 eingeschaltet. Durch die Wirkung
des Unterbrechers 10 werden Teile der Kurven unterdrückt. Durch Drehen. der Kontaktbürste
mittels des Einstellknopfes 7 wird dann erreicht, daß, wie Fig. 7 oder 10 zeigt,
der Anfang und das Ende der verbliebenen Kurventeile genau die Nullinie berühren
Nach Fig. 7 ist eine Halbwelle, nach Fig. 10 sind zwei Halbwellen, die gestrichelt
angedeutet sind, aus dem Kurvenbild herausgeschnitten, so daß statt ihrer nur die
gerade Zeitlinie sichtbar bleibt.
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Durch die Einstellung ist die Kontakteinrichtung mit dem Synchronmotor
genau auf die Spannung synchronisiert. Nach Abschaltung der Netzspannung können
nun durch zusätzliche Schalteinrichtungen beliebige Ströme nacheinander über die
Kontakteinrichtung geführt werden.
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Wird z. B. ein Strom über die Kontakteinrichtung geleitet, der beispielsweise
der Spannung um 450 voreilt, dann zeigt die Braunsche Röhre ein Bild nach Fig. 8.
Zur Durchführung der Messung wird der Hebel 15 aus seiner Verklinkung I7 gelöst
und gegen die Uhrzeigerrichtung bewegt. Dabei wandert auch der Zeiger 16 entgegen
der Uhrzeigerrichtung und entgegen der Drehrichtung des Kontaktzylinders 10. Ferner
wird durch Reibung auch die Scheibe 4 mit der Kontaktbürste 9 mitgedreht.
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Die Schwenkung der Bürste 9 läßt dabei das Bild der Stromkurve wandern,
bis ihr Ende die Nulllinie berühren, was sich auf den Bruchteil eines Millimeters
genau einstellen läßt, Ist auf diese Weise das: Bild der Fig. 7 wiederhergestellt.
dann kann die Voreilung des Stromes: in Winkelgraden unmittelbar auf der Skala 2
abgelesen werden. In Fig. II ist eine nacheilende Stromkurve gezeigt. Zu ihrer Auswertung
wird der Hebel 15 mit dem Zeiger 16 so lange in Uhrzeigerrichtung bewegt, bis das
Bild nach Fig. 10 wieder hergestellt ist, alsdann kann die Nacheilung in Winkelgraden
abgelesen erden.
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Wird die Bürste auf die Stellung V eingestellt, dann erfolgt die
Stromunterbrechung nur mit dem kleinen in Fig. 5 5 gezeigten Ausschnitt I2. Das
macht sich im Strombild als; vertikaler Strich bemerkbar. Da nun der Kontakt bei
einem vierpoligen Motor einen elektrischen Winkel von fast 360° umschließt, so bleibt
das Kurvenbild immer für einen der Wechsel unverändert, während immer bei dem zweiten
Wechsel der Strich erscheint. Da-
durch wird der Vorteil erreicht,
daß an den, interessierenden Stellen, Spitzen usw. nichts herausgeschnitten wird,
weil das Nachleuchten die volle Kurve erscheinen läßt und der Markierungsstrich,
der nur bei jeder zweiten Wiederholung der Welle erscheint, ebenfalls eine sichtbare
Markierung hinterläßt. Es können also die genauesten Feinmessungen ausgeführt werden.
Die Fig. 12 zeigt eine Strom- oder Spannungskurve, bei der die Zeit-oder Winkelabstände
dr Punkte x, y, z sowie a und b mit der durch den Schlitz 12 des Kontaktzylinders
bewirkten Kennmarkeneinstellung genau abgelesen werden können.
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Wenn es zweckmäßig erscheint, können, auch mehrere solcher Unterbrechungen
an einer tieferen Stelle des Kontaktzylinders angeordnet werden.
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Selbstverständlich kann nicht nur die Phasenverschiebung von Strömen,
sondern auch der Zeitabschnitt verschiedener Spannungen voneinander festgelegt werden.