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Anordnung zur Messung der Wirk- und Blindkomponente niederfrequenter
Wechselspannungen bzw. -ströme
Es ist bekannt, Wirk- und Blindkomponenten niederfrequenter
Wechselspannungen und -ströme durch Schwingkontaktgleichrichter zu messen. Die zu
messenden Größen erzeugen dabei Ströme in Meßkreisen, welche mit Gleichstrommeßgeräten
ausgestattet sind und Schwingkontakte enthalten.
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Die Steuerung dieser Kontakte, d. h. die Einstellung der Phasenbereiche,
in denen die Kontakte geschlossen und in denen sie geöffnet sind, erfolgte bisher
durch Fremderregung. Diese wurde dabei im allgemeinen aus einer mit den zu messenden
Größen gleichfrequenten Spannungsquelle bezogen.
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In der Regel wird, um von Thermospannungen frei zu sein, der Meßkreis
in Form einer Brückenschaltung ausgelegt, wobei zwei parallel geschaltete, erregerseitig
um I800 bzw. für Grundwellenmessungen um 120 versetzte Meßkontakte ein im Querzweig
liegendes Galvanometer speisen (Vollweggleichrichter).
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Das Wesen der Komponentenmessung niederfrequenter Größen beruht darauf,
ihre Amplitude in zwei um go" gedrehten Phasenlagen zu messen.
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Wenn die Erregung der Schwingkontakte durch die drei um 120 versetzten
Spannungen eines Dreiphasensystems erfolgt, ist es üblich, zur Drehung der Phasenlage
beispielsweise einen durch
Bremsung stillgesetzten Asynchronmotor
zu benutzen, wobei die Einregulierung von Hand durch Drehung des Rotors erfolgt.
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Wenn man, sofern kein besonderer Generator für die Erregung der Schwingkontakte
zur Vergung steht, auf die Benutzung eines solchen einmal vorhandenen Dreiphasensystems
angewiesen ist, so führen dessen im allgemeinen vorhandene, zeitlich veränderliche
Unsymmetrien zu einem Meßfehler, der sich mit der Zeit verändert und überdies sein
Vorzeichen wechseln kann. Obgleich nämlich die Kontaktgabe der Schwinggleichrichter
in Abhängigkeit von der Erregung sehr genau ist, führen die genannten Unsymmetrien
zu Verschiedenheiten der gewünschten Kontaktschließzeiten von beispielsweise zwei
mal 1800 oder der resultierenden Kontaktschließzeiten von zwei mal I20".
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Dadurch bereitet die Einstellung der Phasenlage der Gleichrichtererregung
häufig erhebliche Schwierigkeiten, besonders dann, wenn es sich um die Messung verhältnismäßig
kleiner Wirk- bzw.
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Blindanteile vorwiegend imaginärer bzw. vorwiegend reeller komplexer
Größen handelt. Die Einstellung der Schaltzeitpunkte der Gleichrichter, d. h. also
die Phasenlage der Erregungen, die bei den gebräuchlichen Anordnungen, wie erwähnt,
von Hand geschieht, erfodert dann einen erheblichen, zuweilen einen unerträglichen
Aufwand an Zeit.
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Ziel der Erfindung ist, die Messung niederfrequenter Wechselstromgrößen
durch Schwingkontaktgleichrichter so zu gestalten, daß die jedesmalige Einregelung
der Phasenlage von Hand bei der Messung entfällt und durch eine einmalige Einstellung
der Apparatur ersetzt wird.
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Bei einer Anordnung zur Messung der Wirk-und Blindkomponente niederfrequenter
Wechselspannungen bzw. -ströme mittels in Brücke geschalteter, von Strömen der gleichen
Stromquelle gesteuerter Schwingkontaktgleichrichter werden die genannten Schwierigkeiten
dadurch beseitigt, daß erfindungsgemäß die Steuerung der Schwingkontakte durch eine
der Meßgrößen selbst über eine Elektronenröhrenschaltung erfolgt, an deren Eingang
die Meßgrößen angelegt sind. Um die Phasenlage der Schwingkontakte um 900 drehen
zu können, gabelt sich der Stromweg hinter der Anode der Eingangsröhre derart in
zwei Kanäle, daß die am Ende beider Kanäle vorhandenen Spannungen unabhängig von
der Meßgröße für alle oberhalb eines unteren Grenzwertes liegenden Frequenzen ständig
um go0 gegeneinander verschoben sind; an beide Kanäle ist der die Schwingkontakte
steuernde Kreis umschaltbar angeschlossen.
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Damit die Anordnung die Eigenschaften eines Grundwellenmeßgerätes
hat, ist vorzugsweise im Anodenkreis der Eingangsröhre ein auf die Grundwelle abgestimmter
Resonanzkreis angeordnet, der der Steuerspannung der Schwingkontakte die Oberwellen
fernhält. Die Speisung der die Schwingkontakte betätigenden Spulen erfolgt über
eine Gegentaktschaltung von Elektronenröhren, auf deren Gitter wahlweise die Spannung
einer der beiden Kanäle gegeben werden kann.
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Um die für Grundwellenmessungen notwendige resultierende Kontaktschließzeit
der Gleichrichteranordnung von zwei mal I200 zu erzielen, kann einer der beiden
Erregerspulen ein RC-Glied parallel geschaltet werden, das eine Phasendrehung der
Grundwelle um 60° bewirkt.
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In der Zeichnung ist das Prinzipschaltschema einer Anordnung zur
Messung niederfrequenter Spannungen und Ströme mittels in Brücke geschalteter Schwingkontaktgleichrichter
und einer Elektronenröhrenschaltung dargestellt, mittels deren eine der Meßgrößen
selbst für die Steuerung der Schwingkontakte herangezogen wird..
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Die Meßbrücke besteht aus den beiden von den Erregerspulen S1 und
Se gesteuerten Kontaktgleichrichtern G1 und G2, den beiden Widerständen I6 und I7
und dem Galvanometer, Voltmeter oder Millivoltmeter V. Über den veränderlichen Vorschaltwiderstand
15 wird je nach der Stellung des Schalters2g entweder die Spannung U1 oder die Spannung
U2 bzw. die Differentialquotienten dieser Größen gtl oder gt2 an die Meßklemmen
13 und I4 der Brücke angelegt.
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Einer der zu messenden Größen, im dargestellten Falle die Spannung
U,, wird über die Leitungen 30 und 3I an das Gitter der Eingangsröhre 1 gegeben.
Im Anodenkreis dieser Röhre liegt der Schwingungskreis Z, der auf die Grundwelle
von Ut abgestimmt ist. Zwischen der Klemme 11 des Schalters Sch und den mit N bezeichneten
wechselstrommäßigen Nullpunkten der Schaltung liegt also eine Spannung, die im wesentlichen
nur die Grundwelle der Spannung U, umfaßt.
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Diese Spannung wird über den Kondensator 23 und den Ohmschen Widerstand
22 auf das durch den Kondensator 24 überbrückte Steuergitter der Röhre II gegeben,
in deren Anodenkreis der Widerstand 32 liegt. Dabei soll der Widerstand 22 sehr
viel größer als der Blindwiderstand des Kondensators 24 sein, um eine Drehung derGitterwechselspannung
um go0 zu erzielen. Die Anodenwechselspannung der Röhre II, welche an der Klemme
12 des Schalters Sch liegt, ist dann gegenüber der an II liegenden Spannung um go0
verschoben (nacheilend).
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Die über die Umschaltkontakte II bzw. I2 auf das Gitter der Röhre
111a gelangenden Steuerspannungen sind also um go" in der Phase gegeneinander verschoben.
Die Röhren lila und IIIb arbeiten im Gegentakt auf die Primärwicklung 27 eines Übertragers.
Die Sekundärwicklung 28 der Übertragers liefert die Spannung für die Erregung der
Spulen und S2 der Meßkontakte. Diese sind so geschaltet, daß die Kontaktgaben in
der Phase um I80° verschoben sind. Eine Verschiebung der Kontaktgabe eines der beilden
Gleichrichter gegenüber derjenigen des anderen um 60° und damit eine resultierende
Kontaktschließzeit der Gleichrichteranordnung von zweimal I20° kann man dadurch
erreichen, daß der Schalters geschlossen
und auf diese Weise das
aus dem Kondensator 19 und dem Widerstand 20 bestehende Element zur Spule S, parallel
geschaltet wird.
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Bei der Inbetriebnahme der Schaltung wird bei anliegender Spannung
U an die Brücke der maximale Ausschlag des Instrumentes V oder eine Nullstellung
desselben dadurch herbeigeführt, daß die Phasenlage der Erregung mittels irgendeines
Schaltelementes gedreht wird. Dies kann beispielsweise durch eine leichte Verstimmung
des Resonanzkreises Z erfolgen. Diese Verstimmung führt dazu, daß die Meßkontakte
immer dann geöffnet bzw. geschlossen werden, wenn die Grundwelle der Spannung U1
durch die Nullinie geht bzw. durch das Maximum. Die Verstimmung wird ein für allemal
durchgeführt. Wird eine der Spannung gen U, oder U2 an die Brücke gelegt, so lassen
sich durch Verstellen des Schalters Sch kurz hintereinander zwei aufeinander senkrecht
stehende Komponenten dieser Spannung messen. Wird in Schalterstellung 11 z.B. die
Wirkkomponente von U2 in bezug auf U, gemessen, so erfolgt in Schalterstellung I2
die Messung der Blindkomponente. Nach erfolgtem Abgleich sind die Schalterstellungen
nicht mehr vertauschbar.
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Der Meßkreis kann in bekannter Weise mittels Sperr- oder Saugkreisen
für Oberwellen höherer Ordnung unempfindlich gemacht werden. Dem Kreis der Röhre
1 kann ein Regelorgan parallel geschaltet werden, welches auch bei veränderlicher
Eingangsspannung die Ausgangsspannungen annähernd konstant hält.
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Mit der neuen Anordnung kann die Messung der reellen bzw. imaginären
Anteile komplexer Spannungs- und Stromwerte in erheblich kürzerer Zeit erfolgen.
Dies wirkt sich besonders vorteilhaft dann aus, wenn bei Reihenmessungen überhaupt
nur ein einziger Wert, z. B. die Wirkkomponente, festgestellt zu werden braucht.
Das Meßinstrument V zeigt diese Komponente unmittelbar an, ohne daß es nötig ist,
die Phasenlage der Gleichrichtererregungen von Hand in die gewünschte Vektorlage
zu drehen.
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PATENTANSPPTÜCHE: I. Anordnung zur Messung der Wirk- und Blindkomponente
niederfrequenter Wechselspannungen bzw. -ströme mittels in Brücke geschalteter,
von Strömen der gleichen Stromquelle gesteuerter Schwingkontaktgleichrichter, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerung der Schwingkontakte durch eine der Meßgrößen selbst
über eine Elektronenröhrenschaltung erfolgt, an deren Eingang die Meßgröße angelegt
ist.