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Verfahren zur Herstellung einer nach Größe und Phase in bezug auf
eine Grundspannung vorgegebenen Spannung, insbesondere für Prüf- und Eichzwecke
Bei
der Prüfung und Eichung wattmetrischer Meßgeräte, also z. B. Zähler, Wattmeter mit
höchster Genauigkeit, muß die Prüfung häufig bei ganz bestimmten Phasenverschiebungen
zwischen Strom und Spannung durchgeführt werden. Die Einstellung dieser Phasenverschiebung
macht um so größere Schwierigkeiten, je höher die Meßgenauigkeit sein soll.
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Die gewünschte Spannung wird unter Zuhilfenahme eines Spannungdreiecks
eingestellt, von dem die Grundspannung die eine, die einzustallende Spannung die
andere Seite bildet. Letztere kann durch bekannte Mittel, z. B. durch Längs- und
Querregelung mittels anzapfbarer Transformatoren, eingestellt werden.
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Sobald aber ein solcher Transformator durch die unvermeidliche Stromentnahme
für die Messung belastet wird, geht die genaue Abgleichung verloren. Man kann also
nicht genau eine nach Größe und Phase vorbestimmte Spannung herstellen. Die Erfindung
vermeidet diese Mängel.
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Erfindungsgemäß kann man dadurch genau ohne Störung durch die Meßstromentnahme
die gewünschte Spannung herstellen, daß an die Grundspannung zwei Teilwiderstände,
die sich wie die Vektorprojektion der herzustellenden Spannung auf die Grundspannung
zu dem verbleibenden Vektorrest dieser Spannung verhalten, angeschlossen und die
Verbindungsstelle der Teilwiderstände über einen weiteren Widerstand an die her-
zustellende
Spannung angeschlossen und schließlich etwa mittels Lufttransformator und Vibrationsgalvanometer
der Spannungsabfall am letztgenannten Widerstand durch Größe und Phasenregelung
der herzustellenden Spannung auf go°-Verschiebung gegenüber der Grundspannung eingestellt
wird. Die genannten Widerstände, vorzugsweise rein Ohmsche Widerstände bzw. auf
Induktions- und Kapazitätsfreiheit abgeglichene Wi,derstandskombinationen, müssen
dahei die gleiche Zeitkonstante haben.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert.
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In Fig. I ist OT die Grundspannung, OC die herzustellende Spannung,
die mit der Grundspannung genau den Winkel g einschließt. Die Spannungen und die
daran angeschlossenen Widerstände sind im Vektordiagramm dargestellt. An der Grundspannung
liegen die Widerstände R2, R3.
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Zwischen der Verbindungsstelle R2, R3 und C ist der Widerstand R1
angeschlossen. R3 und R2 werden so eingestellt, daß sie sich verhalten wie die Vektorprojektion
OB der herzustellenden Spannung OC auf die Grundspannung OT zum Vektorrest BT dieser
Spannung. Dies kann in einfacher Weise durch Entlangschalten des Punktes B an einem
aus R2 und R3 zusammengesetzten Widerstand geschehen. Rechnerisch läßt sich nachweisen,
daß bei Änderung des Widerstandes R1 zwischen den Grenzen Null und Unendlich die
Spannung BC stets genau senkrecht auf der Spannung OT steht, daß also bei Änderung
des Widerstandes, der Punkt B auf der senkrechten BC wandert. Diese wichtige neue
Erkenntnis ist von großer praktilschler Bedeutung für die Brauchbarkeit der angegebenen
Schaltung zur genauesten Spannungseinstellung, denn sie besagt, daß Änderungen des
Widerstandes R1 beispielsweise durch notwendige Meß- oder Einstelleingriffe das
Senkrechtstehen der Spannungen BC und OT nicht beeinflussen. Man kann also die Phase
der Spannung OC stets dadurch genau einstellen, daß man das Senkrechtstehen der
beiden genannten Spannungen beispielsweise mittels Lufttransformator und Vibrationsgalvanometer
überwacht. Auf die Größe des Widerstandes R1 und auf die Lage des Punktes B braucht
also dabei keine Rücksicht genommen zu werden.
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Fig. 2 zeigt ein Schaltbild einer Meßanordnung, bei der beispielsweise
ein Wattmeter gr bei einer bestimmten Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung
geprüft werden soll. Der Spannungsspule I des Wattmeters ist in bekannter Weise
ein Widerstand 2 vorgeschaltet, die Teile I und 2 liegen an der Spannung OC, deren
Größe und Phase mittels regelbarer, an verschiedenen Phasen eines Drehstromnetzes
liegender Transformatoren 3 in bekannter Weise hergestellt werden kann. UCROT ist
ein Wieklungszug dieses Transformators 3. An der Grundspannung OT liegen die Widerstände
R2, R3, die zu einem durchlaufenden Widerstand R4 zusammengefaßt sind; der eine
verstellbare AnzapfungB hat. An diese Anzapfung ist ein Widerstand R1 mit Abgreifkontakt
4 angeschlossen, dessen anderes Ende mit C verbunden ist. An die Abgreifstelle 4
ist über eine Sekundärwicklung 52 eines Lufttransformators 5 ein Vibrationsgalvanometer
6 angeschlossen, das zum Punkt geführt ist. An den Punkten 0 und T liegt noch ein
weiterer Widerstand 7 mit Abgreifkontakt 8, an dem ein weiteres Vibrationsgalvanometer
9 angeschlossen ist, das zu einem Punkt Io führt. Die Stromspule II des Wattmeters
W liegt an einer Phase eines Phasenreglers I2. Mit ihr ist ein Widerstand 13, die
Primärwicklung 51 des Lufttransformators und ein Regelwiderstand 14 in Reihe geschaltet.
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Die Anordnung arbeitet folgendermaßen: Der Strom in Stromspule II
wird größenmäßig durch den Widerstand 14 und phasenmäßig mittels des Phasenreglers
I2 so eingestellt, daß er genau in Phase mit OT liegt. Die genaue Einstellung wird
mittels der Teile 7 und 9 in bekannter Weise gemessen. Ist dies der Fall und ist
der Abgreifkontakt 8 richtig eingestellt, dann ist das Vibrationsgalvanometer g
spannungsfrei, zeigt also Null; denn dann ist der Spannungsabfall an dem Widerstand
I3 und an dem abgegriffenen Teil des Widerstandes 7 nach Größe und Phase genau gleich.
Da der Spannungsabfall am Widerstand 7 genau die Richtung OT hat, ist dann die Phasengleichheit
des Stromes in der Spule II mit der Spannung OT gewährleistet. Nun wird durch Verstellen
des Abgriffs B der Widerstand Rp so in R2 und R8 unterteilt, daß R3, wie erwähnt,
der Projektion OB (Fig. I) entspricht, und nun wird die Spannung OC so lange durch
Änderung der abgegriffenen Windungszahl der Wicklung RU geregelt unter glefchzeitigem
Verstellen des Abgriffs 4, bis der Ausschlag am Galvanometer 6 verschwindet. Die
Spannung OC hat dann auch bei Meßstromentnahme mit hoher Genauigkeit die Phasenverschiebung
p gegen die Grundspannung OT, und zwar aus folgenden Gründen: Die Spannung in der
Sekundärwicklung 52 des Lufttransformators 5 steht, da der Transformator kein Eisen
enthält, genau senkrecht auf dem diePrimärwicklung 51 durchfließenden Strom. Da
nun bei Erreichung des Sollwertes der Spannung OC, wie eingangs nachgewiesen, der
Spannungsabfall am Widerstand R1 unabhängig von der Größe dieses Widerstandes genau
senkrecht zur Grundspannung OT steht, muß bei geeigneter Einstellung des Abgriffs
4 das Galvanometer 6 stromlos werden.
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Die Prüfung des Wattmeters W kann nun mit der gewünschten hohen Genauigkeit
durchgeführt werden. Da hinsichtlich der Phasenlage eine Änderung von R1 ohne Einfluß
bleibt, gilt dies auch bei der Abgleichung der Anordnung durch Verschieben des Kontaktes
4, obwohl eine solche Verschiebung an sich eine Änderung von Rs zur Folge hat, weil
die Teile 6 und 52 einen Parallelstromkreis darstellen.
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Soll statt des Wattmeters W ein integrierendes Gerät geprüft werden
und treten infolge irgendwelcher Störungen z. B. Schwankungen der Span-
nungen
d.s Drehstromsystems auf, dann geht die Abgleichung zeitweise verloren. Es muß also
dann immer wieder nachgeregelt werden, bis der Ausschlag des Galvanometers 6 verschwindet.
Dies ist etwas umständlich und unbequem.
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In Ausgestaltung der Erfindung kann man nun an Stelle des Galvanometers
6 ein integrierendes Gerät verwenden, z. B. einen wattmetrischen Zähler ohne Bremsmagnet
mit Zeiger und Skala am Anker, dessen Spannungsspule durch Parallelschaltung eines
Kondensators auf Induktionsfreiheit dieser Kombination abgeglichen ist. Diese Spannungsspule
wird nun an die auf R, wirkende Spannung oder einen Teil derselben z. B. an die
Punkte 4 und C angeschlossen und die Stromspule des Zählers in Reihe mit dem zu
prüfenden Zähler, also mit den Teilen I3, 5I, 14, geschaltet. Bei richtiger Phasenlage
der Spannung OC steht der Zähleranker still, genau so wie wann bei einem wattmetrischen
Zähler Spannung und Strom um go0 verschoben sind. Bei Abweidungen wandert der Zähleranker
nach der einen oder anderen Seite aus, und es wird dann entsprechend nachreguliert.
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Mit dieser Regulierung kann man sich Zeit lassen, und man braucht
auch nicht jeden Augenblick genau einzuregulieren, denn es genügt, wenn am Anfang
und am Ende der Meßperiode der Zähleranker die gleiche Stellung hat. Wie sich durch
Rechnung nachweisen läßt, gleichen sich dann für die G<samtmessung die Integrale
der positiven und negativen Abweichungen ohne weiteres aus.