DE555323C - Method for the determination of small loss angles of alternating current resistors - Google Patents

Description

Verfahren zur Bestimmung von kleinen Verlustwinkeln von Wechselstromwiderständen In der Technik besteht ein Bedürfnis für ein Verfahren zur Bestimmung sehr kleiner Verlustwinkel von Wechselstromwiderständen, z. B. von Kapazitäten, Spulen o. dgl., welches einerseits äußerst genau arbeitet und andererseits nicht zu umständlich ist. Die bekannte Methode unter Verwendung einer Brückenanordnung z. B. mit einem Vergleichskondensator, der in Form eines Luftkondensators ausgebildet ist, hat den Nachteil, daß die Anordnung außerordentlich umfangreich wird durch die Größe des erforderlichen Vergleichskondensators, der bis zu einigen Metern Größe besitzen kann.Method for the determination of small loss angles of alternating current resistances There is a need in the art for a method of determining very small Loss angle of alternating current resistances, e.g. B. of capacities, coils or the like., which on the one hand works extremely precisely and on the other hand not too cumbersome is. The known method using a bridge arrangement e.g. B. with a Comparison capacitor, which is designed in the form of an air capacitor, has the Disadvantage that the arrangement is extremely extensive due to the size of the required comparison capacitor, which have a size of up to a few meters can.

Nach einem anderen bekannten Verfahren wird in Reihe mit dem zu messenden Wechselstromwiderstand die Stromspule eines Wattmeters gelegt, dessen Spannungsspule in Reihe mit einem Widerstand an einem Teil eines Potentiometers liegt, welches an die Meßspannung angeschlossen ist. Der Nachteil des Potentiometers besteht darin, daß durch die Teilung der Wattspannung eine komplizierte Formel entsteht, aus der dann der Verlustwinkel des Wechselstromwiderstandes ausgerechnet werden kann. Ferner ist ein völlig selbstinduktionsfreier Widerstand nötig, so daß in der Praxis Wasserwiderstände mit ihren Nachteilen verwendet werden müssen. Werden andere Widerstände angewendet, so kann der Strom in der Spannungsspule nicht die richtige Phase besitzen. Da jedoch beim Kondensatorbau z. B. sehr kleine Winkel von q. bis 6 Minuten gemessen werden sollen, so kommt es auf die geringen Phasenverschiebungen, die selbst durch sogenannte induktionsfreie feste Widerstände auftreten, schon an. Ferner muß man die Ströme sehr groß machen, damit der Phasen-Winkel sehr klein wird. .Another known method is in series with the one to be measured Alternating current resistance placed the current coil of a wattmeter, its voltage coil in series with a resistor on part of a potentiometer, which is connected to the measuring voltage. The disadvantage of the potentiometer is that that by dividing the watt voltage a complex formula arises from which then the loss angle of the alternating current resistance can be calculated. Further a completely self-induction-free resistor is necessary, so that in practice water resistances must be used with their disadvantages. If other resistances are used, so the current in the voltage coil cannot be in the correct phase. However, since in capacitor construction z. B. very small angles of q. up to 6 minutes can be measured should, then it comes to the small phase shifts, which are themselves caused by so-called induction-free fixed resistances occur already. Furthermore, one must have the currents make it very large so that the phase angle is very small. .

Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet ein nach denn Wattmeterprinzip arbeitendes Meßinstrument, dessen einer Zweig in Reihe mit dem zu messenden Wechselstromwiderstand und dessen anderer Zweig über einen Widerstand an einer Spannung liegt. Nach der Erfindung wird der andere Zweig in Reihe mit einem regelbaren Scheinwiderstand direkt an die volle Meßspannung gelegt, so daß der Scheinwiderstand so abgeglichen werden kann, daß die "Phasenverschiebung innerhalb des Meßinstrumentes 9o° beträgt und der Verlustwinkel aus der Beziehung des anderen Zweiges errechnet werden kann.The method according to the invention uses a measuring instrument operating according to the wattmeter principle, one branch of which is in series with the alternating current resistance to be measured and the other branch of which is connected to a voltage via a resistor. According to the invention, the other branch is connected in series with a controllable impedance directly to the full measuring voltage, so that the impedance can be adjusted so that the "phase shift within the measuring instrument is 90 ° and the loss angle from the relationship of the other branch can be calculated.

Der Erfindungsgegenstand ergibt sich am klarsten aus den beiliegenden Abbildungen. In Abb. i ist zunächst die prinzipielle Anordnung dargestellt, in der beispielsweise der Verlustwinkel eines Kondensators gemessen werden soll. Der zu prüfende Kondensator C wird mit der fraglichen Wechselfrequenz gespeist. In den Kreis ist ein Wattmeter eingeschaltet, das aber nicht nach dem bekannten Verfahren, bei dem E # I # cos p gemessen wird, sondern als Nullinstrument arbeitet. Die Einstellung auf den Nullwert erfolgt mit Hilfe des in den Kreis der Spannungsspule L2 eingeschalteten Widerstandes R. Die andere Spule L1 ist in bekannter Weise als Stromspule geschaltet.The subject of the invention can be seen most clearly from the accompanying illustrations. Fig. I first shows the basic arrangement in which, for example, the loss angle of a capacitor is to be measured. The capacitor C to be tested is fed with the alternating frequency in question. A wattmeter is connected to the circuit, but it does not work according to the known method in which E # I # cos p is measured, but rather works as a zero instrument. The setting to the zero value takes place with the aid of the resistor R connected to the circuit of the voltage coil L2. The other coil L1 is connected in a known manner as a current coil.

Wird nun der Widerstand R so einreguliert, daß sich am Meßinstrument kein Ausschlag zeigt, so gilt das in der Abb. a dargestellte Vektordiagramm. Die zu den Kreisen der Induktivität L1 bzw. L2 gehörenden Vektoren sind mit entsprechenden Indizes versehen. Durch den Widerstand R wird der Winkel <p1, 2 zwischen den Vektoren zu 9o° gemacht, d. h. aus dem Dreieck .T2 R2, J2 cv 4 und E läßt sich der Verlustwinkel tga nach der Beziehung co errechnen. Dieses Diagramm ergibt sich, weil das Instrument als Nullinstrument geschaltet ist.If the resistance R is now adjusted so that there is no deflection on the measuring instrument, the vector diagram shown in Fig. A applies. The vectors belonging to the circles of inductance L1 and L2 are provided with corresponding indices. The resistance R makes the angle <p1, 2 between the vectors to be 90 °, ie from the triangle .T2 R2, J2 cv 4 and E, the loss angle tga according to the relation co calculate. This diagram results because the instrument is switched as a null instrument.

Handelt es sich um besonders genaue Messungen oder hat man nur ein Meßinstrument zur Verfügung, das einen sehr großen Selbstinduktionswert besitzt, so kann man in Reihe mit der Spannungsspule L1 eine Zusatzkapazität Cz schalten, die selbst wiederum mit einem Widerstand r überbrückt sein kann (Abb. 3).Is it a matter of particularly precise measurements or does one only have one? Measuring instrument available which has a very high self-induction value, an additional capacitance Cz can be connected in series with the voltage coil L1, which in turn can be bridged with a resistor r (Fig. 3).

Für manche Zwecke wird es sich als günstig erweisen, an Stelle des gewöhnlichen, dynamometrisch arbeitenden Wattmeters ein Elektrometer bekannter Ausführung, z. B. Binantenelektrometer, zu verwenden. Eine derartige Schaltungsanordnung mit einem Binantenelektrometer wird in der Abb. q. gezeigt. Bei hohen Frequenzen allerdings spielen die Ladeströme des Elektrometers evtl. eine größere Rolle als die große Selbstinduktion des Dynamometers.For some purposes it will prove beneficial in place of the ordinary, dynamometric wattmeter, an electrometer of known design, z. B. Binantenelectrometer to use. Such a circuit arrangement with a binary electrometer is shown in Fig. q. shown. At high frequencies, however the electrometer's charging currents may play a greater role than the large ones Self-induction of the dynamometer.

Wird bei der Schaltung gemäß Abb. 4. die gestrichelt eingezeichnete Verbindung hergestellt und ist der Ladestrom des Elektrometers ohne Einfluß auf die Phase des Stromes durch den Kondensator gegenüber dem Strom J1, so ist keine Korrektur am tga anzubringen. Bei jedem anderen Instrument, auch dem Dynamometer, welches Energie verzehrt, ist naturgemäß eine Korrektur, wie noch weiter unten angeführt wird, anzubringen.If the circuit shown in Fig. 4 is shown in dashed lines Connection established and the charging current of the electrometer has no influence on the phase of the current through the capacitor with respect to the current J1 is none Correction to be made on tga. With any other instrument, including the dynamometer, which consumes energy is naturally a correction, as stated below will be attached.

Das Binantenelektrometer arbeitet nach der Gleichung wenn EB gleich absoluter Betrag der Spannung am Binanten, EN derjenige an den Nadeln ist. sind die entsprechenden Vektoren. Soll der Ausschlag ß Null werden, so muß werden. Wenn J1 - J gesetzt werden darf, so ist bei Schaltung q. iB ^ J . o ; @N = @K - CB.The binary electrometer works according to the equation if EB equals the absolute amount of the voltage on the binant, EN is that on the needles. are the corresponding vectors. If the deflection ß is to be zero, then must will. If J1 - J may be set, the circuit q. iB ^ J. o; @N = @K - CB.

Zur Korrektur des mit der Dvnamometerschaltung erhaltenen Wertes müssen folgende Überlegungen gemacht werden: Die Spannungsspule kann entweder vor oder hinter der Stromspule L1 angeschlossen werden. Die letztere Schaltungsmöglichkeit ist in der Abb. 5 dargestellt. Schließt man vor der Spule gemäß Abb. z an, so wird der Verlust in der Stromspule mitgemessen.To correct the value obtained with the dvnamometer circuit, The following considerations should be made: The voltage coil can either be in front of or connected behind the current coil L1. The latter circuit option is shown in Fig. 5. If you connect in front of the coil as shown in Fig the loss in the current coil is also measured.

Dieser ist J2 # r, wenn r der Widerstand der festen Spule ist. Wird der Verlust im Kondensator mit P, bezeichnet, so beträgt der gemessene Verlust P- P, + J2 y - EI'c . J. cos 99. Es ist dann. EK . J. cos 99 -EK # J. cos (9o- a) 1 = EK # J . sin a =EK # J . tg a , wenn a klein ist. Somit ist P,=EK . J#tga-J2#y=EK. J.tga' also wenn EK ";=EK gesetzt wird, was für die Korrektur wohl stets , zulässig ist.This is J2 # r when r is the resistance of the fixed coil. If the loss in the capacitor is denoted by P, then the measured loss is P- P, + J2 y - EI'c . J. cos 99. It is then. EK. J. cos 99 -EK # J. cos (9o- a) 1 = EK # J. sin a = EK # J. tg a if a is small. Hence P, = EK . J # tga-J2 # y = EK. J.tga 'so if EK "; = EK is set, which is probably always permissible for the correction.

Ist dagegen die Spannungsspule hinter der festen abgezweigt, so ist P .- P,: -I-- J° . R', wobei R' der gesamte vom Strome 1, durchflossene Verlustwiderstand des Spannungskreises ist. Es ist nun P-E«#Ji#tga-E«-J#tga'+f.;.R'. Hierin ist cl der genaue Verlustwinkel, a der gemessene. Es wird Wenn J1 --- J ist, so ist auch und wenn noch J2 . R'- Elz gesetzt wird, so wird Es sollte also 12 sehr klein gegen J sein. Was als- klein bezeichnet werden kann, hängt vom jeweiligen tg a, das gemessen wird, ab.If, on the other hand, the voltage coil is branched off behind the fixed one, then P .- P ,: -I-- J °. R ', where R' is the total loss resistance of the voltage circuit through which current 1 flows. It is now PE «# Ji # tga-E« -J # tga '+ f.;. R'. Here, cl is the exact loss angle, a is the measured one. It will If J1 --- J , so is and if still J2. R'- Elz is set, so will So it should be 12 very small against J. What can be described as small depends on the particular tg a that is measured.

Bei dieser Schaltung läßt sich die Kompensation auch im Instrument selbst vornehmen, so daß sofort der richtige Wert tg ä gemessen wird, indem tg a - tg a.' wird. Man legt zwischen die Klemmen i, a, also parallel zur festen Spule, der man einen genügend großen induktionsfreien Widerstand vorschaltet, eine Induktivität, welche der festen Spule einen wattlosen Strom von der Größe und Phase von 1. entzieht. Ist dies durch Regulieren erreicht und zeigt dabei das Dynamometer keinen Ausschlag, so wird direkt tg a gemessen.With this circuit, the compensation can also be carried out in the instrument itself, so that the correct value tg ä is measured immediately by adding tg a - tg a. ' will. An inductance is placed between the terminals i, a, i.e. parallel to the fixed coil, which is preceded by a sufficiently large induction-free resistor, which draws a wattless current of the magnitude and phase of 1 from the fixed coil. If this is achieved by regulating and the dynamometer shows no deflection, tg a is measured directly.

Die Schaltung, welche in diesem Fall zur Kontrolle der richtig durch das Instrument erfolgten Korrektur angewendet «-erden muß, ist in Abb. 6 dargestellt.The circuit, which in this case to control the correctly through the instrument must be applied after the correction has been made is shown in Fig. 6.

Die Anordnung 2, .I, 5, 6, 7, 8 ist eine kleine Brücke aus - am einfachsten - vier gleichen Widerständen W oder Spulen w.The arrangement 2, .I, 5, 6, 7, 8 is made up of a small bridge - the easiest - four equal resistors W or coils w.

Ist die Taste T geschlossen, so gilt für den Punkt 2 bzw. 6: J1 -;- J4 = J -E- J2; soll also J1 - J sein, so muß J4 - 122 sein, nach Größe und Phase sich also J4 in J2 festsetzen, was durch öffnen und Schließen der Taste T kontrolliert wird.If key T is closed, the following applies to point 2 or 6: J1 -; - J4 = J -E- J2; if J1 - J should be J4 - 122 , according to size and phase J4 should be fixed in J2, which is controlled by opening and closing the T key.

L4 ist eine variable Induktivität, die vom Strome J4 durchflossen wird und so lange einreguliert werden muß, bis ein Drücken der Taste T an der Nulleinstellung des Dynamometers nichts ändert. Ist dies erreicht, so ist T a>Lz-cUC' tga- T , R -I- 2 -f- Y@ Hierin ist T _ (o C1 . Y2 (»c, T -f- 0)2. C2 . 72 und Y T -f - &)2. C; . 92 zu setzen, wodurch die Parallelschaltung von r und C, in eine Reihenschaltung von r' und C umgewandelt ist. Handelt es sich um die Bestimmung des Verlustwinkels einer Induktiv ität, so muß statt der Induktiv ität L4 eine variable Kapazität genommen werden.L4 is a variable inductance through which the current J4 flows and must be adjusted until pressing the T button on the zero setting of the dynamometer does not change anything. If this is achieved, so is T a> Lz- cUC ' tga- T , R -I- 2 -f- Y @ In here is T _ (o C1. Y2 (»C, T -f- 0) 2. C2. 72 and Y T -f - &) 2. C; . 92 is converted whereby the parallel connection of R and C, in a series connection of r 'and C to set. If it is a question of determining the loss angle of an inductance, a variable capacitance must be used instead of the inductance L4.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Bestimmung von kleinen Verlustwinkeln von Wechselstromwiderständen (Spulen, Kondensatoren o. dgl.) mittels eines nach dem Wattmeterprinzip arbeitenden Meßinstrumentes, dessen einer Zweig in Reihe mit dem zu messenden Wechselstromwiderstand und dessen anderer Zweig über einen Widerstand an einer Spannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Zweig in Reihe mit einem regelbaren Scheinwiderstand direkt an der vollen Meßspannung liegt, so daß der Scheinwiderstand so abgeglichen wird, daß die Phasenverschiebung innerhalb des Meßinstrumentes 9o° beträgt und der Verlustwinkel aus der Beziehung des anderen Zweiges errechnet werden kann. PATENT CLAIMS: i. Method for determining small loss angles of alternating current resistances (coils, capacitors, etc.) by means of a measuring instrument working according to the wattmeter principle, one branch of which is in series with the alternating current resistance to be measured and the other branch of which is connected to a voltage via a resistor, characterized in that, that the other branch is in series with a controllable impedance directly to the full measuring voltage, so that the impedance is balanced so that the phase shift within the measuring instrument is 90 ° and the loss angle from the relationship of the other branch can be calculated. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßinstrument ein Dynamometer Verwendung findet. 2. Facility for carrying out the procedure according to claim i, characterized in that a dynamometer is used as the measuring instrument finds. 3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßinstrument ein Elektrometer Verwendung findet. q.. 3. Device for performing the method according to claim i, characterized characterized in that an electrometer is used as a measuring instrument. q .. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktivität des Meßkreises ganz oder teilweise durch eine eingeschaltete Kapazität kompensiert wird. Facility for carrying out the method according to claim 2, characterized in that the Self-inductance of the measuring circuit in whole or in part due to a switched on Capacity is compensated. 5. Einrichtung zur Kontrolle der richtigen Einstellung des bei Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch i verwendeten Meßinstrumentes, gekennzeichnet durch eine Brückenanordnung zum Zwecke einer meßtechnisch wirkenden Berücksichtigung des Eigenverbrauches des Meßinstrumentes.5. Device for checking the correct setting the measuring instrument used when carrying out the method according to claim i, characterized by a bridge arrangement for the purpose of a metrologically effective Taking into account the self-consumption of the measuring instrument.