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Verfahren zur Kompensierung in Wechselstromkreisen. Messung oder Abgleichung
nach der Kompensationsmethode begegnen bei der Anwendung in Wechselstromkreisen
der Schwierigkeit, daß der Phasenunterschied der beiden zu vergleichenden Größen
störend wirkt. In den verschiedenen- Schaltungen, die für Wechselstromkompensation
angegeben sind, ist daher immer eine Kompensation der Phase für sich allein vor
der Kompensation der zu prüfenden Größen vorgesehen. Die zweimalige Kompensation
bedeutet nicht nur eine Vergrößerung des erforderlichen Apparatesatzes, sondern
besonders auch einen erhöhten Arbeitsaufwand.
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Durch die Erfindung wird es ermöglicht, das «richtige Kompensationsverfahren
in Wechselstromkreisen mit einer einzigen Einstellung durchzuführen. Der Einfluß
der Phasenverschiebung der beiden Vergleichsgrößen gegeneinander wird dadurch ausgemerzt,
daß als Anzeigegerät ein solches nach Art der Leistungsmesser benutzt wird, in dem
die geometrische Differenz der Vergleichsgrößen, deren arithmetische Differenn
=
o werden soll, auf die geometrische Summe wirkt. Die Erfindung benutzt dabei den
Umstand, daß, wenn die Größen zweier Ströme gleich sind, wenn also die aritlinietische
Dirferenz der Ströme - o ist, die hase.iverschiebung der geometrischen Differen,
gegen aie geometrische Summe 9o' beträgt, die Wirkung der geometrischen Differenz
auf die geometrische Summe in einem Gerät nach Art eines Leistungszeigers also=
o ist. Die Abb. i zeigt die Phasenverschiebung der geometrischen Summe J,. -j--
J, und der geometrischen Differenz h - J2 mit einer Phaseilverschiebung von 9u°
bei der Annahme, daß J,. und J2 gleich gro,a sind. Es wird also, wie gewünscht,
sobald die Größen der zu vergleichenden Ströme oder Spannungen gleich sind, das
Meßgerät auf o stehen, obwohl es unter dem Einüuß der im allgemeinen nicht verschwindenden
geometrischen Differenz der Vergleichsgrößen steht. Die Worte »geometrische Summe«
und »Differenz« bedeuten im vorstehenden natürlich nur, daß bei der einen Zusammensetzung
der beiden Größen die Richtung von einer derselben umgekehrt sein soll als bei der
anderen; denn es ist ja von vornherein beliebig, in welchem Sinne man einen gegebenen
Wechselstrom rechnen und ob man demnach die Resultierende zweier Ströme als ihre
Summe oder Differenz bezeichnen will.
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Als Meßgerät kann grundsätzlich jede der Leistungsmessung dienende
Art von Wechselstromgeräten benutzt werden. In erster Linie kommen dynamometrische
Geräte ohne und mit Eisen in Frage, doch sind andere Leistungsmesser, darunter auch
elektrometrische, nicht ausgeschlossen. Es kann dabei, je nach Art der Schaltung,
auch angebracht sein, Meßwandler zu verwenden, um die Vergleichsgrößen in dem einen
oder anderen Sinne zusammenzusetzen. Die in den Meßgeräten vorhandenen Phasenverschiebungen
zwischen einem Strom und der ihn erzeugenden Spannung einerseits oder zwischen einem
Feld und dom ihn erzeugenden Strom andererseits sind in vielen Geräten praktisch
zu vernachlässigen, können aber auch erforderlichenfalls mit bekannten Mitteln ausgeglichen
werden, so daß der Zweck der Erfindung, die Einstellung der Phase bei der Einzelmessung
zu vermeiden, völlig gewahrt bleibt. Der Einfluß der Phasenverschiebung zwischen
den beiden Vergleichsgrößen auf die Empfindlichkeit der Anzeige ist nur ein geringer.
Am ungünstigsten ist eine Phasenverschiebung von 9o°. Denkt man sich bei dieser
Verschiebung von den beiden zunächst gleichgedachten Vergleichsströmen oder -spannungen
den Betrag der einen ein wenig verändert, so erkennt man, daß zur Anzeige im Instrument
eine Komponente dieser Änderung kommt, dal3 deren Größe dLs i : y 2fache = 0, 207fache
der ganzen Änderung ist.
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Die Aob. 2 bis q. zeigen Ausführungsoeisp.eie von achaltungen gemäß
der Erfindung, bei denen als hnzeigegerät ein Dynamometer angenommen ist.
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Abb. 2 zeigt das Schema einer Strommessung durch Kompensation gemäß
der Erfindung. Der bekannte regelgare Strom J, wird den Klemmen 1, 2 entnommen,
der unbekannte zu messende J2 den Klemmen i i, 12. Die Stärke des regelbaren bekannten
Stromes wird angegeben durch den Stromzeiger 3, der zur Regelung dienende Widerstand
ist mit q. bezeichnet. Das Dynamometer enthält unter sich gleiche Feldspulen 5 und
15, deren jede von einem der beiden Vergleichsströme in demselben Sinne durchnossen
wird, so daß das Feld von der Summe beider Ströme erregt wird. In dem Felde ist
beweglich eine Doppelspule angeordnet, deren beide Hälften 6 und 16 von den Vergleichsströmen
in entgegengesetzter Richtung durchflossen werden, so daß die Doppelspule wirkt
wie eine einzige Spule, die von der Differenz beider Ströme durchflossen wird. In
der Abb. 2 hängen die beiden Stromkreise in der als widerstandslos anzunehmenden
Verbindungsleitung 7, die zu einem gemeinsamen Pol der beiden Spulen 6 und 16 führt,
zusammen. Die Wirkung bleibt dabei dieselbe, als ob die beiden Stromkreise getrennt
wären.
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In Abb. 3 ist eine Spannungskompensation dargestellt. An den Klemmen
i und 2 liegt eine bekannte Spannung, deren Größe durch den Spannungsmesser 3 angegeben
wird. An diese angeschlossen ist ein Spannungsteiler q.. Zwsichen dem einen Pol
q.' desselben und dem beweglichen Kontakt q." ist die eine Feldspule eines dynamometrischen
Gerätes angeschlossen, während die andere Feldspule 15' an der zu messenden
Spannung liegt, die zwischen den Klemmen i i und 12 herrscht. Im Feld ist eine bewegliche
Spule 6 angeordnet, die von einem Strom durchflossen wird, der der Differenz der
beiden Vergleichsspannungen entspricht. Um diese zu gewinnen, ist der eine Pol des
Spannungsteilers, nämlich q.', mit dem einen der Pole, zwischen denen die Prüfspannung
herrscht, durch die Leitung 7 kurzgeschlossen, und die Spule 6 ist zwischen den
Gleitkontakt 4" und den anderen Pol i i der Prüfspannung gelegt. In gleicher Weise,
wie eine Spannung durch Kompensation gemessen wird, kann bekannterweise auch ein
Strom gemessen werden, indem man zur Messung den
Spannungsabfall
benutzt, den der Prüfstrom in einem bekannten Widerstande hervorruft.
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Mit den Kompensationsschaltungen eng verwandt ist ein großer Teil
der o-Schaltungen, bei denen das Meßgerät in einer bjueiverbindung zwischen zwei
Stromzweigen i@egz, wie z. 13. in einer Wheatstoneschen bruche. ivtan kann sagen,
daß bei der Brückeneinstellung der Spannungsabfall in dem einen Zweige gegen den
am gleichen Batteriepol liegenden kompensiert wird.
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Die Abb. 4 zeigt die Anwendung des Kompensationsverfahrens gemäß der
Erfindung auf eine bekannte brückenähnliche Anordnung (Patent 349099), die zur Messung
von .brdungs- und Ausbreitungswiderständen dient. von dem Induktor i wird ein Strom
J,. durch die Primärwicklung a eines Stromwandlers über den Prüfwiderstand, in diesem
Falle den Ausbreitungswiderstand einer Erdplatte 3 und zurück durch die Hilfserde
4 geschickt. An die Sekundärspule 5 des Stromwandlers ist ein Widerstand 6 angeschlossen
mit einem Gleitkontakt 7 zur Abnahme einer regelbaren Spannung zwischen dem Gleitkontakt
und dem einen Ende 8 des Widerstandes 6, das mit der Erdplatte kurzgeschlossen ist.
Der Schleifkontakt 7 ist über das Anzeigegerät 9 mit einer in den Erdboden gesteckten
Sonde io verbunden, und es soll der Schleifkontakt soweit verschoben werden; daß
die Spannung zwischen den Punkten 8 und 7 gleich der zwischen den Punkten 3 und
io ist, daß also das Anzeigegerät den Strom o zeigt. Diese Absicht war bisher nicht
völlig ausführbar, wenn man als Anzeigegerät ein empfindliches ZV echselstromgerät
in gebräuchlicher Weise, Telephon oder V ibrationsgalvanometer, von denen praktisch
in dem vorliegenden Falle nur das erstere in Frage kommt, verwendete. Dies rührt
daher, daß infolge des Phasenfehlers des Stromwandlers die Spannung zwischen den
Punkten 8 und 7 nicht genau phasengleich ist mit der zwischen den Punkten 3 und
io. Gemäß der Erfindung wird als Anzeigegerät ein Gerät nach Art eines Leistungsmessers
verwendet, dessen Feld von der Summe der beiden Ströme J, zwischen den Punkten 3
und io und J, zwischen den Punkten 8 und 7 erregt wird. Die bewegliche Spule liegt
zwischen dem Gleitkontakt 7 und der Sonde io, also an der Differenz der Spannungen
der Widerstände zwischen 8 und 7 und zwischen 3 und io. Da aber diese Widerstände
als induktionsfrei angesehen werden können, so ist der Strom in der beweglichen
Spule nicht nur der Differenz der Spannungen an den Widerständen, sondern, wenn
man im Meßwandler ein Übersetzungsverhältnis i : i voraussetzt, auch der Differenz
der Ströme in den beiden Widerständen, also der Differenz von J,. und
1"
proportional. Das Anzeigegerät reagiert also gemäß der Erfindung nicht
auf die Phasenunterschiede in dem Meßwiderstand 6 und dein Erdungswiderstand, sondern
lediglich auf den Unterschied der Größe der Spannungen an diesen Widerständen.
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Die Verwendung eines Leistungszeigers, also eines Meßgerätes mit doppelseitigem
Ausschlag, bietet in dieser Schaltung vor der Verwendung des Telephons oder Vibrationsgalvanometers
einen weiteren Vorteil. Sobald die Schaltung zusammengebaut ist, ist jedem Regelungssinn
ein bestimmter Drehungssinn des Zeigers zugeordnet, so daß man aus der Stellung
des Zeigers auf den ersten Blick erkennen kann, in welchem Sinne die Regelung erfolgen
muß, während man beim Telephon und Vibrationsgalvanometer die einzuschlagende Richtung
erst ausprobieren muß.
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In der praktischen Ausführung des Gerätes gemäß der Erfindung läßt
sich unter Umständen noch insofern eine Vereinfachung herbeiführen, daß das Meßgerät
mit anderen Geräten, die die beiden in ihm wirksamen Ströme führen, konstruktiv
vereinigt wird.