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Einrichtung zum Messen von Gleichströmen Zum Messen von Gleichströmen
ist eine Einrichtung bekannt, bei welcher um den Leiter, der den zu messenden Gleichstrom
führt, ein Eisenring gelegt ist, der einen Luftspalt besitzt, in welchem sich ein
permanent magnetisierter oder aus Weicheisen bestehender und in diesem Falle mit
einer Wicklung versehener Anker befindet. Der Eisenring trägt eine Kompensationswicklung,
deren Strom mit Hilfe von zwei vom Anker gesteuerten Kontakten über einen Servomotor
so beeinflußt wird, daß der seitens des Primärleiters in dem Eisenring erzeugte
Fluß von dem durch hie Kompensationswicklung erzeugten gerade aufgehoben wird. Der
Kompensationsstrom ist demgemäß :dem zu messenden Strome proportional und wird in
einem Anzelgeinstrument gemessen.
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Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß eine zeitrichtige und
formgetreue Nachbildung des zu messenden Stromes durch den Kompensationsstrom nicht
möglich ist. Einmal wird bei dieser Einrichtung, bei der im Kompensationskreis durch
den Servomotor ein Widerstand verstellt wird, eine Verstellung -des Stromes nur
stufenweise vorgenommen, vor allen Dingen aber mit einer erheblichen zeitlichen
Verzögerung. Wenn man daher den Stromverlauf im 1VIeßleiter bei der bekannten Einrichtung
mit dem Stromverlauf im Anzeigemeßgerät vergleicht, so ergeben sich verhältnismäßig
große Abweichungen. Außerdem besitzt diese Einrichtung noch den Nachteil, daß sich
bei hohen Überströmen in dem Leiter, dessen Stromstärke gemessen werden soll, der
permanent magnetisierte Anker im Luftspalt des Eisenringes entmägnetisiert, so daß
die Meßeinrichtun:g unbrauchbar ,gemacht wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung der bekannten Einrichtung,
und zwar soll eine Verbesserung der Anzeigegenauigkeit und eine Erhöhung ihrer Widerstandsfähigkeit
gegen Überströme nach der Erfindung dadurch erzielt werden, daß die Größe des Hilfsstromes
durch einen ständig spielenden, vom Anker gesteuerten Kontakt eingeregelt wird,
derart, daß die Öffnungs- und Schließungszeiten das Maß für die Größe des Hilfsstromes
bilden, dessen Mittelwert in einem Anzeigemeßgerät gemessen wird; dabei ist die
Anordnung so getroffen, daß der Anker aus Weicheisen besteht und sich im Felde einer
besonderen feststehenden Spule befindet.
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Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispi.eles
näher erläutert. Die Abb. i .der Zeichnung zeigt die Anordnung in schematischer
Darstellung, Abb.2 den Verlauf der in der Koinpen.sationswicklung wirksamen Ströme.
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In Abb. i bedeutet io den Querschnitt des Leiters, welcher den zu
messenden Strom
führt, i i die Kompensationswicklung, 12- den Eisenring,
in dessen Luftspalt sich der Weicheisenanker 13 befindet; mit 14 ist die feststehende
Hilfsspule zur Magnetisierung des Ankers 13 bezeichnet, mit 15 die vam Anker gesteuerte
Kontaktvorrichtung; 16 ist ein Kondensator, 17 ein Widerstand und 18 eine Drosselspule,
welch letztere gegebenenfalls auch fortgelassen werden kann, wenn die Kompensationswicklung
i i eine ausreichende Induktivität besitzt. Auf den Anker 13 wirkt eine Spiralfeder
19 mit einem gegebenen konstantenDrehmoment ein. Das Anzeigeinstrument, das mit
2o bezeichnet ist, liegt ebenfalls im Kreise der Kompensationswicklung.
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Der Anker 13 steht demnach unter der Einwirkung dreier Drehmomente.
Das erste Drehmoment :entsteht dadurch, daß auf den von der Spule 14 magnetisierten
Anker 13 der von dem Primärleiter 1o herrührende Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment
möge im Sinne der Schließung,des Kontaktes 15 wirken. Das zweite Drehmoment rührt
davon her, .daß auf den Anker 13 auch der von der Kompensationswicklung i i herrührende
Fluß einwirkt. Dieses Drehmoment wirke im Sinne der Öffnung des Kontaktes 15. Das
dritte Drehmoment endlich, welches von der Spiralfeder 19 geliefert wird, möge ebenfalls
im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung 15 wirksam sein. Der Verlauf :des
Stromes i in der Kompensationswicklung in Abhängigkeit von der Zeit t und die Bewegungsvorgänge
.des -Ankers seien nun an Hand der Abb. 2 erläutert. Angenommen, die Kontaktvorrichtung
15 sei geschlossen, der Strom in der Kompensationswicklung sei jedoch Null. Dieser
muß :dann nach einer Kurve ansteigen, deren Anfangstangente durch die Induktivität
18 bzw. die Induktiv ität der Wicklungen 11 und 14 und durch den Gesamtwiderstand
des Kompensationskreises gegeben ist und die einem -Endwert zustrebt, welcher lediglich
von dem Gesamtwiderstand des Kompensationskreises und von d .er Höhe der den Kompensationskreis
speisenden Gleichspannung abhängt. Diese Kurve ist in Abb. - mit A bezeichnet. In
die Abb. ä ist außerdem eine waagerechte Linie 19 eingezeichnet, deren Abstand von
der Abszissenachse dem Drehmoment ider Spiralfeder 19, und eine waagerechte Linie
io, deren Abstand von der Linie 19 :dem von dem Primärleiter herrührenden Drehmoment
auf den Anker proportional ist. Noch bevor der Endwert der Kurve A erreicht wird,
werde die Linie io überschritten. Es überwiegt demnach nunmehr das im Sinne der
Kontaktöffnung wirkende Drehmoment die beiden Im Sinne der Kontaktschließung wirkenden.
Die Kontaktvorrichtung 15 öffnet sich also, so daß in den Kompensationsstromkreis
der ungeladene Kondensator 16 eingeschaltet wird. Dieser Kondensator wird nun auf
die Spannung der den Kompensationskreis spe.is@6nden Gleichstromquelle aufgeladen,
der dabei fließende Strom wird in dem Maße abnehmen, in welchem die zunehmende Ladung
des Kondensators 16 eine Gegenspannung zu der Gleichstromquelle bildet. Der nach
der Kontaktöffnung fließende Strom ist in der Abb. 2 mit B bezeichnet. Sobald der
Strom die Linie io unterschreitet, überwiegen wieder die beiden im Sinne der Kontaktschließung
wirkenden Drehmomente. Die Kontaktvorrichtung 15 wird also wieder geschlossen, so
daß der Strom ,im Kompensationskreis wieder nach der Kurve A ansteigt. Sofort nach
der Kontaktschließung entlädt sich der Kondensator 16 über den Widerstand 17, so
daß bei der nächsten Kontaktöffnung wieder der ungeladene Kondensator in den Kompensationskreis
eingeschaltet wird. In dieser Weise pendelt der Kompensationsstrom um einen Wert,
welcher dem in dem Primärleiter io fließenden Strom entspricht; dieser Kompensationsstrom
kann im Instrument 2o abgelesen werden. Wird der Primärstrom Null, so wird der Kompensationsstrom
,auf einen dem Drehmoment der Spiralfeder 19 entsprechenden Betrag eingeregelt.
Das Anzeigeinstrument kann durch eine Vorspannung seiner Spiralfeder dabei leicht
so eingerichtet werden, daß es bei diesem Werte des Kompensationsstromes den Ausschlag
Null zeigt.
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Es läßt sich zeigen, daß der Kompensationsstrom dem in dem Primärleiter
io fließenden Ström mit großer Annäherung proportional ist. Diese Betrachtung sei
für den allgemeineren Fall durchgeführt, daß der Primärleiter io in mehreren Windungen
um,das Eisenjoch 12herumgeführtsei. EinederartigeAnordnung wird verwendet werden,
wenn die neueEinrichtung zur Messung der Höhe einer Gleichspannung dienen soll.
Der Primärstrom sei mit Ji, die Windungszahl der Primärwicklung mit w1, der Kompensationsstrom
mit T2, die Windungszahl der Kompensationswicklung mit w2 und die Windungszahl der
Wicklung 14 mit w3 bezeichnet. Das Drehmoment der Spiralfeder 19 sei 1?. Nach den
oben gemachten Voraussetzungen wirkt im Sinne der Schließung der Kontaktvorrichtung
15 das Drehmoment D und das von dem Primärleiter im Zusammenhang mit dem Strom in
der Wicklung 14 erzeugte Drehmoment, welches der Größe w1, l1, w3, T2 proportional
ist. Im Sinne der Kontaktöffnung wirkt das Drehmoment der Kompensationswicklung,
welches dem Strom in der Wicklung 14 und seiner Windungäz:ahl zvg und dem Strom
in der Kompensationswicklung i i und der Windungszahl w2
proportional
ist, also ein Drehmoment von der Größe w2, w3, J-,. Es gilt
demgemäß die Gleichung D+wi1iwsT2 -w"w;@I2. Eine Umformung dieser Gleichung ergibt
Hieraus ist zu ersehen, daß der Kompensationsstrom 12 dem Strom 11 im Primärleiter
proportional ist bis auf ein Glied, welches seinerseits von dem Strom 12 umgekehrt
proportional abhängt. Dieses ist jedoch dem Drehmoment D linear proportional und
kann, da -über das Drehmoment der Feder i9 frei verfügt werden kann, .in allen praktisch
vorkommenden Fällen genügend klein gemacht werden.
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Wenn bei einer derartigen Einrichtung durch einen besonders hohen
Stromstoß in dem Primärleiter io der Anker 13 kurzzeitig entmagnetisiert wird, stellt
sich sofort nach Verschwinden des Überstromes unter der Einwirkung der Spule 14
die normale Magnetisieru.ng des Ankers ein.
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Ein weiterer Vorteil der beschriebenen Einrichtung besteht darin,
daß der Kompensationsstrom bei Änderungen des Stromes im Primärleiter sich sehr
viel schneller auf einen dem neuen Primärstrom entsprechenden Betrag einstellt,
als dies bei der bekannten Einrichtung wegen .des langsam arbeitenden Servomotors
der Fall ist; infolgedessen zeigt auch ein Amperestun@d-enzähler, der mit dem Anzeigeinstrument
in Reihe geschaltet werden kann, das Zeitintregal des in dem Primärleiter fließenden
Stromes mit viel höherer Genauigkeit an als bei der bekannten Einrichtung.
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Die beschriebene Einrichtung ist gegenüber der bekannten auch noch
mit Rücksicht auf die Hystereseeigenschaften des Eisenjoches i2 im Vorteil. Der
Kompensationsstrom besteht nämlich, wie aus Abb.2 hervorgeht, aus einem Gleichstromanteil,
welcher dem jeweiligen Wert des Primärstromes entspricht, und aus einem überlagerten
Wechselstromanteil von dreieckiger Kurvenform. Dieser Wechselstromanteil bewirkt,
daß der Arbeitspunkt auf der Hysteresiskurve des im Joch 12 verwendeten Eisens zwischen
dem aufsteigenden und absteigenden Ast hin und her läuft; die bei der bekannten
Einrichtung durch die endliche Breite der Hysteresiskurve möglichen Fehler werden
also 'vermieden.
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Die Einrichtung kann auch derart getroffen werden, .daß der Kompensationsstrom
nicht über die den Anker magnetisierende Wicklung 14 geleitet wird, sondern daß
nur die Kompensationswicklung i i, die Kontaktvorrichtung 13 und das Anzeigeinstrument
2o im Kompensationskreise liegen. Die Wicklung 14 wird dann an eine besondere Spannungsquelle
angeschlossen, de einen konstanten Strom liefert. Gegebenenfalls kann die Wicklung
14 etwa unter Vorschaltung eines Eisenwasserstoffwderstandes parallel zu dem Kompensationskreise
an dieselbe Stromquelle angeschlossen werden, welche den Kompensationskreis speist.