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Prüfeinrichtung ffir Messwandler mit einem Gleichstromgerät als Messgerät.
Es ist bekannt, die Messung schwacher Wechselströme in der Weise zu bewerkstelligen, dass man sie gleichrichtet, was am einfachsten durch halbperiodische Unterbrechung geschieht, und mit einem
Gleichstromgerät misst. Diese Methode ist auch naheliegend für die Prüfung von Stromwandlern in der
Schaltung nach Fig. 1. Es bedeutet in dieser x den zu prüfenden Wandler, n einen Normalwandler gleicher Art. Die'Primärwicklungen Pu px werden von demselben Strom i durehflossen. Die Sekundärwicklungen su Sx sind an einen Widerstand R gelegt, in dem die Differenz der Sekundärströme 8 fliesst.
Diese Differenz lässt sich nach Fig. 2 zerlegen in eine Komponente f, die in Phase mit dem Sekundärstrom des Normalwandlers in ist, und eine Komponente a, die um 90 gegen die Phase des Stromes i1x versetzt ist. i2tl und i2x weichen derart voneinander ab, dass im allgemeinen ihre Grösse und ihre Richtung nicht übereinstimmt. Die Winkelabweichung ist jedoch sehr klein, so dass im Diagramm die Ströme n und a ! und praktisch parallel verlaufen. In der üblichen Darstellung der Übersetzungs-und Winkelfehler von Wandlern wird daher der Ausgangspunkt der Vektoren beider Ströme gar nicht gezeichnet, sondern ausgehend von der Richtung eines Stromes wird aufgetragen, wie weit infolge des Übersetzungsund Winkelfehlers die Endpunkte der Vektoren voneinander abweichen.
Die Komponente f gibt den Unterschied des Übersetzungsverhältnisses beider Wandler, die Komponente 3 den Unterschied des Ähasenfehlers. Man kann die beiden Ströme f und S mit Hilfe eines wattmetrischen Gerätes bestimmen, dessen eine Spule von dem Strom zip durchflossen wird, während die andere einen Strom entweder in Phase mit ira führt oder einen Strom in der Phase um 900 verschoben gegen i2n.
Wenn man bei dieser Messung den Wechselstrom durch halbperiodische Unterbrechung in Gleichstrom verwandeln will, so kann man die beiden Komponenten fnnd i2'dadurch gewinnen, dass man den Strom ai, in den Gleichrichter hineinschickt und die Phase der Unterbrechung so legt, dass das eine Mal eine Halbwelle in der Phase von i2tl eingeschaltet wird und das andere Xal eine Halbwelle in einer Phase, die um 90 verschoben ist. Es ergeben sich aber dabei Schwierigkeiten sowohl allgemeiner Natur als auch im besonderen Schwierigkeiten bei der oben angegebenen Schaltung.
Die für die Gleichrichter allgemein verwendeten Kommutatoren haben den Nachteil, dass bei der Reibung der Bürsten Thermokräfte entstehen, die bei der Verwendung sehr empfindlicher Gleichstromgeräte, um die es sich meist handelt, störend wirken, auch lässt sieh die Phase an diesen Geräten nicht sehr genau einstellen. Der erste Mangel wird gemäss der Erfindung dadurch behoben, dass als Gleichrichter ein reibungsfreies Gerät benutzt wird, nämlich ein Membrangleiehrichter. Dieses Gerät hat Ähnlichkeit mit einem Telephon.
Die schwingende Membran macht mit einem ihrer Mitte gegenüberstehenden Stift je für eine halbe Periode Kontakt, wenn die Spulen mit Wechselstrom gespeist werden, und ein Wechselstrom, der durch diesen Kontakt hindurchgeleitet wird, wird dann halbperiodisch unterbrochen und je nach der Phasenlage mehr oder weniger vollständig gleichgerichtet, Der zweite Mangel einer nicht sehr. genauen Phaseneinstellung wird durch Verwendung eines Phasenschiebers behoben.
Mehr als die genannten Mängel fällt die Verwendung des gleichgerichteten Wechselstromes gerade in der Schaltung Fig. 1 ins Gewicht. Die Messung ist um so genauer, je geringer der Widerstand Rist.
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so würde man die Forderung eines kleinen Widerstandes nicht erfüllen können ; denn naturgemäss haben die stromempfindlichsten Instrumente einen höheren Widerstand. Weiter ergäbe diese Anordnung auch folgendes Bedenken : Bei der Unterbrechung und Schliessung des Wechselstromes in beliebigen, um eine Halbperiode voneinander verschiedenen Phasen ergeben sich Schaltvorgänge, die eine Verzerrung der wiederzugebenden Stromkurve hervorrufen.
Diese Schaltvorgänge werden nur dann zu vernachlässigen sein, wenn die Phasenverschiebung in dem anzuschliessenden Gleichstrominstrument sehr gering ist. Dies würde wieder einen grösseren Widerstand des Messgerätes bedingen, der mit der Forderung des Einbaues in den Zweig des Widerstandes Rim Widerspruch steht. Eine noch schlimmere Folge der Anordnung des Unterbrechers in dem Zweige von R ist aber die, dass bei Unterbrechung dieses Zweiges auf einmal der Ausgleich der Ströme innerhalb des von den Sekundärwicklungen, su su allein gebildeten Zweiges erfolgen müsste. Durch diese halbperiodische Umschaltung werden in den stark induktiven Stromkreisen der Sekundärwicklungen Schaltvorgänge erzeugt, die die ganze Messung illusorisch machen.
Gemäss der Erfindung werden die in der Schaltung Fig. 1 auftretenden Schwierigkeiten dadurch überwunden, dass das Anzeigegerät mit dem Gleichrichter nicht in Reihe mit dem Widerstand R geschaltet 'wird, sondern parallel zu diesem. Der Zweck des Widerstandes R wird also niemals unterbrochen, und der Stromverlauf in den Sekundärwicklungen ist normal. Das Messgerät selbst kann einen höheren Widerstand haben, wie es erforderlich ist, damit seine Angaben nicht von Schaltvorgängen beeinflusst werden, und wie es sich für ein Instrument hoher Empfindlichkeit im allgemeinen von selbst ergibt. Der Strom im Messgerät ist dabei so gering gegen den Strom im Widerstand R,. dass der Einfluss seiner Unterbrechungen auf die ganze Schaltung zu vernachlässigen ist.
Fig. 3 zeigt eine Schaltung gemäss der Erfindung. Von dem Endpunkt 1 des Widerstandes R geht eine Leitung 2 zu einem doppelpoligen Umschalter 3. In der punktierten Stellung dieses Schalters führt
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widerstände 5, zweiten Pol des Schalters 3 und Leitung 6 zum andern Endpunkt 7 des Widerstandes R zurück. Der Membrangleichriehter 4 wird durch die Spule 8 erregt, die an einen Phasenschieber 9 angeschlossen ist. Um den Unterbrecher, der auf Halbperiodenunterbrechung eingestellt ist, auf eine solche Phase zu bringen, dass die von ihm eingeschaltete Halbperiode in Phase mit dem Strom i2n ist, wird der Schalter 3 in die ausgezogene Stellung gelegt, bei der der Zweig mit dem Gleichrichter 4 und dem Anzeigegerät mV parallel an einen Widerstand r im Sekundärkreise des Normalwandlers n gelegt wird.
Bei Einstellung des Phasenschiebers auf maximalen Ausschlag des Anzeigegerätes mV hat man gleiche Phase zwischen dem Erregerstrom der Spule 8 und dem Sekundärstrom s-Zweckmässig stellt man aber, der grösseren Empfindlichkeit wegen, den Phasenschieber so ein, dass das Anzeigegerät auf Null zeigt, dann sind die genannten beiden Ströme um 900 verschieden, und um die Phasen gleichzumachen, dreht man den Phasenschieber um 90'. hast man den Erregerstrom von 8auf Phasengleichheit mit dem Sekundärstrom in gestellt, so gibt das Anzeigegerät bei Umschaltung des Schalters 3 auf 2 und 6 einen Ausschlag proportional der Stromdifferenz f (Fig. 2).
Hat man den Erregerstrom in der Spule 8 auf 900 Phasen verschiebung gegen den Sekundärstrom in eingestellt, so ist der Ausschlag des Anzeigegerätes proportional dem Phasenfehler 0 (Fig. 2). Dadurch, dass man für verschiedene Belastungen den Vorschaltwiderstand 5 des Anzeigegerätes entsprechend ändert, kann man für dieselbe verhältnismässige Grösse der Stromdifferenz f oder dieselbe Winkelgrösse des Phasenfehlers 0 bei allen Belastungen den gleichen Ausschlag des Anzeigegerätes erhalten. Die Belastungswiderstände für die Sekundärspule Sx des Prüfwandlers sind bei 10 angegeben. Des weiteren ist noch ein Stromanzeige A vorgesehen. Dieser soll nur anzeigen, ob die Sekundärwicklungen hinter-oder gegeneinander geschaltet sind.
In der falschen Schaltung gibt er Ausschlag und warnt so vor dem Anschluss der Anzeigegeräte, die bei falscher Schaltung zerstört würden.
Will man eine gleichzeitige Ablesung der Fehler des Übersetzungsverhältnisses und der Phase erhalten, so nimmt man zwei Anzeigegeräte in der Schaltung nach Fig. 4. Das Gerät, das den Übersetzungsfehler anzeigt, kann dann direkt in v. H. geeicht werden, wenn für die verschiedenen Belastungen die geeigneten Vorschaltwiderstände 5 vorgesehen sind ; das andere Gerät, das den Phasenfehler anzeigt, mit den Vorschaltwiderständen 5'in entsprechender Weise in Minuten. Um mit demselben Phasenschieber zwei um 900 verschobene Erregerströme in den Gleichrichtern 4und 4'der beiden Anzeigegeräte zu erzeugen, verwendet man zweckmässig einen Phasenschieber 9', dessen Sekundärwicklung dreiphasig in Stern geschaltet ist, wie es Fig. 4 zeigt.
Die eine Phase wird dann von einer Nullpunktspannung, die andere von einer verketteten Spannung abgenommen. Diese Schaltung ist zur Bedienung von unkundiger Hand geeignet. Sie ist auch zur Prüfung von Wandlern am Gebrauchsort,. also zur Verwendung auf' Reisen geeignet, da der empfindlichste Teil, das Galvanometer, immer noch als Zeigergerät mit Achsenlagerung ausgeführt werden kann.
In gleicher Weise, wie für die Prüfung eines Stromwandlers, kann auch die Prüfung eines Spannungwandlers durch Vergleich mit einem Normalwandler mit Hilfe von Membrangleiehriehtern und Gleichstromanzeigegeräten ausgeführt werden, wie es Fig. 5 zeigt. Die Spannungswandler 2'sind sekundär gegeneinandergesehaltet, und die Differenzspannung wird am Schalter 13 abgenommen, an den die Anzeigegeräte für v. H. und Minuten mit den vorgelegten Gleichrichtern 14 und 14'und den Vorschaltwider-
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ständen 15, 15' angeschaltet sind. Der Phasenschieber ist geschaltet wie in Fig. 4. Die Benutzung der genannten Schaltungen kann noch dadurch vereinfacht werden, dass man als Normalwandler einen solchen von zu vernachlässigender Fehlergrösse nimmt.
Es erübrigt sich dann eine Umrechnung der von den Anzeigegeräten angegebenen Fehler, die zunächst nur relativ gegen den Normalwandler gemessen sind, auf den absoluten Wert. Beispielsweise wird die Messgenauigkeit für den praktischen Bedarf vielfach genügen, wenn die Anzeigen ohne Korrektur verwendet werden, bei einem Fehler des Normalwandlers von 0'2 v. H. im Übersetzungsverhältnis und 5 Minuten in der Phase.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Prüfeinrichtung für Messwandler mit einem Gleichstromgerät als Messgerät, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gleichrichtung ein reibungsfrei, halbperiodisch mit verstellbarer Phase kontakt-, schliessender Apparat verwendet wird, vorzugsweise ein Membrangleichriehter.