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Einrichtung zur Prüfung oder Eichung von Elektrizitätszählern
Bei Eichung
oder Prüfung von Zählern wird in jeder Prüfperiode eine bestimmte Anzahl von Zählerumdrehungen
abgestoppt, wenn man nicht von einer stroboskopischen Messung Gebrauch machen will.
Um sich das Abstoppen und Abzählen der Zählerumdrehungen zu ersparen, hat man verschiedene
Prüfeinrichtungen entwickelt, die entweder das Zählen und Abstoppen selbsttätig
durchführen oder bei fehlerfreiem Prüfling mit irgendeinem Synchronlauf arbeiten,
so daß Fehler des Prüflings durch Abweichungen vom Synchronismus erkennhar sind.
So kann man z. B. von dem Prüfling den einen Teil eines Differentialgetriebes in
dem einen Sinne, von einem Zeitwerk oder einem Prüfzähler den zweiten Teil dieses
Getriebes in entgegengesetztem Sinn antreiben lassen, während der dritte, mit einer
Anzeigevorrichtung versehene Teil des Getriebes den Synchronismus der beiden ersten
Teile vergleicht, oder man kann die Zählerumdrehungen, da sie eine periodische Bewegung
sind in elektrische Impulse und damit in Umlauffrequenzen umformen und dann die
vom Prüfling und vom Prüfzähler oder einer anderen Anordnung erzeugten Impulse oder
Frequenzen miteinander vergleichen.
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Die Elektrizitätszähler, die auf solche Weise geprüft und so eingestellt
sind, daß diese Fehler innerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzen liegt,
haben auch noch andere Fehlerarten. Sie zeigen beispielsweise, auch wenn die Leistung
genan konstant gehalten wird, je nachdem die Netzspannung höher oder tiefer liegt,
eine sogenannte Spannungsabhängigkeit oder einen Spannungsfehler, j; auch, wenn
außer der Leistung noch die Spannung
genau konstant gehalten wird,
aber die Frequenz des Netzes sich ändert, dann zeigen die Zähler noch bestimmte
Frequenzfehler. Zur Prüfung dieser anderen Fehler sind die eingangs geschilderten
Prüfeinrichtungen nicht fähig. Ein Zählerprüfstand muß deshalb noch mit weiteren,
diese Fehlerarten ermittelnden Geräten ausgestattet sein. Er muß also auch noch
einen Frequenzmesser enthalten, in der Regel ist dies ein Zungenfrequenzmesser.
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Soll nun nach Beseitigung der ührigen Meßfehler der Frequenzfehler
ermittelt oder verringert werden, dann wird folgendermaßen vorgegangen.
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Bei Konstanthaltung der Leistung und der Spannung wird geprüft, was
der Zähler bei Sollfrequenz, bei einer um einige Prozente tiefer liegenden und bei
einer um einige Prozente höher liegenden Frequenz zeigt, und dann werden die Fehler
in Form einer Kurve in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. Die Kurve verläuft
in der Regel nicht parallel zur Abszissenachse, sondern zeigt beispielsweise je
nach der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung steigende oder fallende
Tendenz. Sie ist aber praktisch eine Gerade, obwohl theoretisch der Frequenzfehler
keine lineare Funlition der Frequenz ist. Da aber die Frequenzschwankungen eines
Netzes sich in verhältnismäßig engen Grenzen halten und deshalb auch bei der Frequenzfehlerprüfung
die Frequenzstufen nur um wenige Prozent auseinanderliegen, macht sich die Krümmung
der Kurve in diesem Bereich praktisch nicht bemerkbar. Jedenfalls sind die Abweichungen
der Frequenzfehlerkurve von einer Geraden so klein, daß sie unterhalb des Pegels
der sonstigen Fehler liegen.
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Eine genaue Feststellung der Frequenzfehler erfordert ein genaues
Arbeiten und eine größere Geschicklichkeit, wenn, wie in der Regel, die Frequenz
am Prüfstand gewissen Schwankungen unterworfen ist. Es muß dann jedesmal durch fortgesetzte
Beobachtung des Frequenzmessers die Frequenz dauernd auf den gewollten Wert eingesteuert
werden. Die zur Frequenzmessung dienenden, die Augenblickswerte der Frequenz anzeigenden
Frequenzmesser gestatten aber keinen vollkommenen Ausgleich der Frequenzabweichungen,
dies ist durch die Natur der Augenblickswertmessung begründet. denn wenn beispielsweise
der Frequenzmesser eine höhere Frequenz anzuzeigen beginnt und wenn nun wieder auf
die Sollfrequenz zurückgeregelt wird, dann stimmt zwar nach der Beendigung des Regelvorganges
die Frequenz mit dem Sollwert überein, aber die vor Beendigung dieses Vorganges
liegenden Frequenzabweichungen, die sich natürlich in voller Größe auf den Zähler
auswirken, werden durch diese Regelung nicht beseitigt. Die Notwendigkeit, daß bei
jeder geringfügigen Frequenzabweichung nachgeregelt wird, stellt eine erhebliche
Belastung für den Prüfenden dar, der ja auch noch andere Meßeinrichtungen bei der
Prüfung beobachten muß. Treten innerhalb einer Prüfperiode nun wjederholt Frequenzschwankungen
auf, dann ist der Prüfende praktisch dauernd von der Frequenzregelung in Anspruch
genommen und kann sich kaum den anderen Meßgerätell uidlllell. Es erfordert eine
hohe Geschick lichkeit und Konzentration, um alle diese Vorgänge zusammen beobachten
und gegebenenfalls regelnd eingreifen zu können.
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Die Erfindung hat die Aufgabe, diese Mängel zu beseitigen und den
Prüfenden zu entlasten. Wenn im folgenden von Frequenz die Rede ist, so ist damit
ausschließlich die Frequenz der ,Vedselstromquelle gemeint, nicht eine von den Zählerumdrehungen
abgeleitete timlaufsfrequenz, wie sie in den eingangs geschilderten Prüfeinrichtungen
eine Rolle spielt. Ebenso sind die im folgenden erwähnten Frequenzmeßeinrichtungen
nicht als ein Ersatz der Meßeinrichtungen für die Umlaufsfrequenz bei den eingangs
geschilderten Vorrichtungen, sondern sie sind, wenn solche Vorrichtungen für die
Prüfung verwendet werden, besondere, zusätzliche Geräte.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung und Überwachung
der Abweichung der Frequenz einer ÄVedselstromquelle von einer Nonnalfrequenz mit
einem die Frequenzdifferenz integrierenden Meßgerät. Erfindungsgemäß wird ein solches
Meßgerät auf die Zählerprüfung oder -eichullg mit der Maßgabe angewendet, daß die
genannte Wechselstromquelle zur Speisung des zu prüfenden Zählers und der prüfeinrichtung
dient und durch Frequenzregelung der Ausschlag des integrierenden Gerätes am Ende
der Prüf- oder Eichperiode dem Anfangsausschlag gleichgemacht ist.
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Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht sowohl in einer Erhöhung
des Meßgenauigkeit als auch in einer Entlastung des Prüfenden, der nun nicht mehr
wie früher dauernd die Frequenz nachregeln muß. Die Erfindung macht sich die Eigenart
des integrierenden SIeßgerätes zunutze. Der Ausschlag des integrierenden Gerätes
entspricht genau oder besser gesagt, bis auf vernachlässigbare Ahweichungen, wie
oben geschildert, dem Einfluß der Frequenzänderung auf den Prüfling. Die Messung
ist richtig. wein der Einfluß der Frequenzänderung am Ende der AIeßperiode verschwindet,
gleichgültig ob imlerhalb der Meßperiode das Gerät vorübergehend nach der einen
oder anderen Seite ausgeschlagen hat. Es genügt deshalb, wenn der @ Prüfende erst
gegen das Ende der Meßperiode zu auf das integrierende Frequenzgerät bliclit und
nun die Frequenz so nachregelt, daß am Ende der Prüfperiode der Ausschlag dieses
Gerätes mit dem Anfangsausschlag übereinstimmt. Wenn innerhalb der SIeßperiode der
Prüfende sieht, daß der Zeiger des Gerätes auswandert, braucht er nicht regelnd
einzugreifen, denn es ist ja möglich. daß die ATetzfrequenz nur um den Sollwert
schwankt, und daß der Zeiger bei der folgenden entgegengesetzten Amplitude der Schwankung
von selbst wieder in die Ausgangslage zurückgeht. Höchstens bei sehr rasche Zeigerauswanderungen,
die aber nur ausnahmsweise bei irgendwelchen Störungen auftreten können, wird eine
Frequenznachregelung schon innerhalb der Prüfperiode zweckmäßig sein.
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Eine Erhöhung der Meßgenauigkeit gegenüber den mit Augenblickswert-Meßgeräten
arbeitenden Meßanordnungen ergibt sich dadurch. daß der Ein
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der Frequenzänderung auf den Prüfling in voller Größe korrigiert werden kann während
bei den bekannten Einrichtungen der Einfluß der vor dein Ende jedes Regel vorgangs
aufgetretenen Frequenzänderungen in voller Größe erhalten bleibt.
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Älan erhält z. B. eine für Eich- und Prüfzwecke ausreichend genau
arbeitende Vorrichtung zur Älessung oder L'berwachung der Frequenz. wemi man den
ersten Teil eines Differentialgetriebes von einem mit einer Normalfrequenz gespeisten
Synchrollmotor, den zweiten Teil in entgegengesetztem Sinne von einem mit der zu
messenden Frequenz gegespeisten Synchronmotor antreiben läßt, während der dritte
Teil des Getriebes mit einer Anzeige-oder Signalvorrichtung verbunden ist. Die gewünschte
Normalfrequenz kann man in bekannter Weise mittels Stimmgabel, mittels Schwingungskreis
od. dgl. erzeugen. Solange die zu messende Frequenz zur Normalfrequenz in einem
bestimmte ten, durch das Übersetzungsverhältnis, die Polzahlen usw. gegebenen Verhältnis
steht, bleibt der dritte Teil des Differentialgetriebes in Ruhe. Bei der Zählerprüfung.
bei der die Priifperioden nur verhältnismäßig kurze Dauer haben, ergibt eine solche
Frequenzregelung den besonderen Vorteil, daß die Frequenz während der Prüfperiode
nicht dauernd genau auf deii gleichen ÄÄ'ert eingestellt zu werden braucht, sondern
es genügt. wenn am Beginn und ani Ende der J3rüfperiode del- dritte Differentialgetriebeteil
die gleiche Stellung einnimmt. Es braucht deshalb die Frequenz nur so geregelt zu
werden, daß diese Bedingung am Ende der Prüfperiode erfüllt ist. Dies kann meist
in wenigen Sekunden durchgeführt werden, so daß der Prüfende während des übrigen
Teils der Prüfperiode genügend Zeit für die Ablesung und Eiustelluiig des anderen
Teils der Prüfanordninig hat. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch
noch darin, daß mit sehr einfachen Mitteln eine größere Genauigkeit für die Frequeiizeinstellung
erzielt wird, als es im allgemeinen bei einem Vergleich der einzustellenden Frequenz
mit einem starren Frequenznormal, z. B. einem Zungrenfrequenzmesser, möglich ist,
denn bei letzterem wird eine etwaige Abweicllung der Frequenz von ihrem Sollwert
nur durch ein möglichst genaues Einregeln auf die Sollfrequenz beantwortet, der
Fehler, der durch die Abweichung entstanden ist, bleibt bestehen. Bei der Erfindung
dagegen wird der Fehler dadurch korrigiert und vollständig aufgehoben, daß eine
Überfrequenz durch eine Unterfrequenz kompensiert wird, in der Weise, daß die Sollzahl
der Perioden über die Nießzeit einen bestimmten Sollwert erreicht.
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Für ein anderes technisches Gebiet, nämlich für Synchronuhranlagen,
ist es bekannt, die Frequenz eines Starkstromnetzes, an das die Synchronuhren angeschlossen
sind, auf einen den ersten Teil eines Differentialgetriebes antreibenden Synchronmotor
einwirken zu lassen, während der zweite Teil des Differentialgetriebes in entgegengesetztem
Sinne von einer Normaluhr angetrieben wird und der dritte Teil des Getriebes mit
einem Zeiger verbunden ist, der die Gangdifferenz von Synchronuhr und Normaluhr
anzeigt. Diese Einrichtung dient aber nur zur Überwachung und Steuerung der Synchronuhranlage
über einen langen Zeitraum. Eine genaue Frequenzüberwachung für Zählerprüfung od.
dgl. innerhalb der kurzen Prüfperioden wird hier nicht angestrebt. lii Weiterbildung
des Erfindungsgedankens kam an Stelle eines mechanischen Differentialgetriebes auch
ein elektrisches Differential, bestehend aus zwei mit Wicklungen versehenen, gegeneinander
beweglichen Teilen. z. B. aus einem Läufer und einem Ständer, verwendet werden.
In diesem Falle wird die eine Wicklung von der Normalfrequenz, die andere von der
zu messenden Frequenz gespeist, während der beweglich gelagerte Teil, beispielsweise
der Läufer, mit einer Anzeige- oder Signalvorrichtung verbunden ist. Der bewegliche
Teil steht still, solange die zu messende Frequenz in einem bestimmten, durch die
Polzahl gegebenen Verhältnis zur Normalfrequenz steht, anderenfalls läuft er in
dem einen oder anderen Sinne um.
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Älit dem Netz I (Fig. I), dessen Frequenz überwacht werden soll und
an das die zu reichenden Zähler angeschlossen sind, ist eiii erster Synchronmotor
2 verbunden, der den ersten Teil 3 eines Differentialgetriebes im Pfeilsinn antreibt.
Der zweite Teil 4 des Differentialgetriebes wird im entgegengesetzten Sinne von
einem weiteren Syllchronmotor 5, der mit Normalfrequenz gespeist wird, angetrieben.
Der dritte Teil6 des Differentialgetriebes ist mit einem Zeiger 7 verbunden, der
über einer Skala 8 läuft. Die Frequenz des Netzes 1 braucht bei der Zählerprüfung
nur derart beeinflußt zu werden, daß der Zeiger 7 am Anfang und am Ende der Priifperiode
wieder die gleiche Stellung einnimmt. Durch Auswechseln von Übersetzungen können
mit einer bestimmten Normalfrequenz beliebige andere Frequenzen verglichen werden.
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Fig. 2 zeigt eine ähnliche Ausführungsform mit elektrischem Differential.
Hier wird der Ständer 9 eines Motors mit einer Spannung von Normalfrequenz gespeist.
Der dreiphasig ausgeführte Läufer io ist an ein Drehstromnetz mit der zu überwachenden
Frequenz angeschlossen und mit einem Zeiger 7 versehen. Der Läufer 10 steht still,
solange die Frequenz des Netzes 1 mit der Normalfrequenz in einem bestimmten Verhältnis
steht. läuft aber bei Abweichungen von diesem Verhältnis in dem einen oder anderen
Sinne um. Auch hier braucht die Frequenz des Netzes I nur derart während einer Prüfperiode
beeinflußt zu werden, daß der Zeiger 7 am Anfang und Ende der Meßperiode die gleiche
Stellung einnimmt. Ist das Netz I nur einphasig, dann kann man durch bekannte Kunstschaltungen
den Einphasenstrom in einen Mehrphasenstrom oder in mehrphasige Magnetfelder umwandeln.
Im übrigen erhält man aber die gleiche MTirkungsweise.
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Nicht zu verwechseln ist die Arbeitsweise des Erfindungsgenstandes
mit der bekannter Integralregler, dessen Meßwerk sich statt auf die jeweiligen Augenblickswerte
auf irgendein Integral dieser Werte einstellt und die Regelgröße auf konstantes
Integral
einzusteuern sucht. Natürlich können auch Integralregler genausowenig wie andere
Reglerarten Schwankungen der Regelgröße verhüten. Die Größen- und die Zeitabstände
dieser Schwankungen sind durch die auftretenden Störungen, die Trägheit und den
Rückführungsgrad des Reglers bestimmt. Bei Anwendung eines solchen Integralreglers
im Sinne der Erfindung würde man keine Gewähr haben, daß gerade am Ende der Meßperiode
die Frequenzabweichungen zur Gänze ausgeglichen sind. Es fehlt hier also der für
die Erfindung charakteristische, gerade mit dem Ende der Meßperiode des Zählers
zusammenfallende Fehlerausgleich.