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Einrichtung zum Messen hoher Gleichströme Es sind Einrichtungen zum
Messen hoher Gleichströme bekanntgeworden, bei denen das von dem zu messenden Gleichstrom
erzeugte magnetische Feld auf einen von einem Hilfsstrom durchflossenen Leiter,
z. B. eine Drehspule, drehmomenterzeugend einwirkt. Beispielsweise kann man in Anlehnung
an das Eisenprüfgerät nach Köpsel einen Eisenring um eine von dem zu messenden Strom
durchflossene Kupferschiene legen und in einem Luftspalt dieses Eisenringes eine
mit Federrichtkraft versehene Drehspule anordnen, der ein konstanter Hilfsstrom
zugeführt wird.
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Ist die Kupferschiene stromlos, so wird, remanenzfreies Eisen vorausgesetzt,
der Eisenring nicht magnetisiert. In seinem Luftspalt tritt dann kein magnetisches
Feld auf, und die Drehspule wird aus ihrer durch die Federrichtkraft gegebenen Lage
nicht abgelenkt.
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Wenn aber in der Kupferschiene ein Strom fließt, so wird die Drehspule,
ähnlich wie bei einem gewöhnlichen Drehspulinstrument, proportional diesem zu messenden
Strom abgelenkt; die jeweilige Ablenkung wird dabei an einer Skala abgelesen, über
der sich ein mit der Drehspule verbundener Zeiger bewegt.
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Ein derartiges Verfahren hat den grundsätzlichen Nachteil, daß das
aus Eisenring, Drehspule, Zeiger und Skala bestehende Meßgerät an die von dem zu
messenden Strom durchflossene Kupferschiene räumlich gebunden ist und daß infolgedessen
keine Fernanzeige möglich ist.
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Um die in der Praxis in den meisten Fällen geforderte Fernanzeige
zu ermöglichen, hat man verschiedenartige Kompensationsverfahren durchgebildet,
bei denen das von der stromdurchflossenen Kupferschiene in dem sie umgebenden Eisenring
hervorgerufene magnetische Feld durch ein von einem veränderbaren Hilfsstrom erzeugtes
magnetisches Feld kompensiert wird. Bei diesen Kompensationsverfahren
trägt
der Eisenring eine längs seines Umfangs gleichmäßig verteilte Wicklung, der ein
veränderbarer IIi'fsstrom zugeführt wird, und die Stärke dieses Hilfsstromes wird
entweder von Hand oder selbsttätig so eingestellt, daß die im Luftspalt des Eisenringes
angeordnete und von einem zweiten Hilfsstrom durchflossene Drehspule mit Federrichtkraft
keine Ablenkung erfährt.
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Zum Erkennen dieses Kompensationszustandes wird bei dem bekannten
Verfahren ein mit der Drehspule verbundener und über einer Skala sich bewegender
Zeiger oder eine Signallampe benutzt, die von dem Drehspulzeiger über eine Kontaktvorrichtung
betätigt wird, sobald die Drehspule eine Ablenkung erfährt. Als Maß für den zu messenden,
die Kupferschiene durchfließenden Gleichstrom wird hier der der Eisenringwicklung
zugeleitete und den oben gekennzeichneten Kompensationszustand herbeiführende Strom
benutzt, der über Fernleitungen einem Strommesser zugeführt wird. An diesem Strommesser
kann die jeweilige Stärke des die Kupferschiene durchfließenden Stromes unmittelbar
abgewiesen werden.
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Diese bekallnten Kompensationsverfahren, bei denen das von der stromdurchflossenen
Kupferschiene in dem sie umgebenden Eisenring hervorgerufene magnetische Feld durch
ein ihm überlagertes, von der Eisenringwicklung erzeugtes magnetisches Feld kompensiert,
d. h. auf Null gebracht werden muß, führen bei ihrer praktischen Verwirlilichung
zu erheblichen Schwierigkeiten, sobald es sich um die NItssung hoher Gleichströme
(etwa 10 ooo bis 50 000 A) handelt. Die Schlvierigkeiten bestehen hauptsächlich
darin, daß die auf dem Eisenring vorgesehene Wicklung sehr hohe Amperewindungen,
nämlich 10 000 bis 50 000 AW, haben muß, um den durch das Meßprinzipt geforderten
Kompensationszustand (Gleichheit der beiden im Eisenring überlagerten magnetischen
Felder, von denen das erste von der stromdurehflossenen Kupferschiene und das zweite
von der auf dem Eisenring vorgesehenen Wicklung erzeugt wird) herbeiführen zu können.
Je höher der zu messende Strom ist, desto größer muß die Zahl der Amperewindungen
der Eisenringwicklung sein, desto größer ist aber auch der Eigenverbrauch dieser
Wicklung, der etwa 100 bis I000 W betragen kann. Solche Energien für eine derartige
Messung dauernd aufzubringen und von Hand oder selbsttätig zu regeln, bereitet praktisch
ganz erhebliche Schwierigkeiten.
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Andererseits ist eine Anordnung zur Fernmessung bekanntgeworden,
bei der ein Meßwerk, dem die Meßgröße zugeführt wird, mit einem Kompensationsmeßwerk
und einer Vorrichtung zum selbsttätigen Regeln eines das Kompensationsmeßwerk durchflißenden
Kompensationsstromes gekuppelt ist, dessen Stärke gemessen wird. Dabei wird der
Kompensationsstrom vorzugsweise aus einem Röhrenverstärker entnommen, dessen Gitterkreis
eine von den miteinander gekuppelten Meßwerken optisch gesteuerte Photozelle enthält.
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Gegenstand der Erfindung ist eine einfache Einrichtung zum Dessen
hoher Gleichströme. bei der die erwähnten Schwierigkeiten nicht vorhanden sind,
weil die für die Messung be nötigte Energie von der Stärke der zu mes senden Ströme
praktisch unabhängig ist und nur etwa 1 W beträgt. Zu diesem Zwecke wird eine von
einem Hilfsstrom durchflossene Drehspule (Meßspule) in an sich bekannter Weise von
einem durch den zu messenden Gleichstrom erzeugten Magnetfeld beeinflußt, und die
Meßspule ist mit einem Kompensationsmeßwerk und einer Vorrichtung zum selbsttätigen
Regeln eines das Kompensationsmeßwerk durchfließenden Kompensationsstromes gekuppelt,
dessen Stärke gemessen wird.
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Gemäß der Erfindung besteht nun das Kompensationsmeßwerk aus einer
von dem I(ompensationsstrom durchflossenen Drehspule eines dynamometrischen Meßgerätes,
dessen Magnetfeld von einem Hilfsstrom erregt wird, während ein Teilbetrag dieses
Hilfsstromes der Meßspule unmittelbar zugeführt wird.
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Dabei kann das Teilungsverhältnis der beiden Hilfsströme zwecks Niießbereichänderung
durch regelbare Widerstände einstellbar gemacht werden. Vorzugsweise steuern die
miteinander gekuppelten Drehspulen eine Bolometeranordnung, deren Ausgangsstrom
unmittelbar der Drehspule des Kompensationsmeßgerätes zugeführt wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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Um eine Kupferschiene K, die den zu messenden Strom, führt, ist ein
Eisenring E gelegt, in dessen Luftspalt ein dem Strom : proportionales magnetischesFel
d B = const entsteht. In diesem Luftspalt ist die richtkraftfreie Drehspule S1 vom
Widerstand RS angeordnet, der ein dem Hilfsstrom J proportionaler, durch die Widerstände
R1 und R2 einstallbarer Teilstrom J1 = J . R1/(R1 + R2 + RS) zugeführt wird. Das
an der Drehspule S1 jeweils wirksame, durch die Beziehung D1 = const . Bx . Ji gegebene
Drehmoment D1 wird erfindungsgemäß durch ein von einem richtkraftfreien Drehspulmeßwerk
M hervorgerufenes Gegendrehmoment D3 selbsttätig kompensiert, das sowohl dem die
Erregerwicklung W durchfließenden Hilfsstrom 1 als auch dem der Drehspule S2 und
dem Strommesser
A zugeführten Strom J2 proportional ist. D2 = const
. J . J2. Der Strom J2, der einer Bolometerbrücke B entnommen wird und zwischen
Null und einem Höchstwert stetig veränderbar ist, wird von einer mit den richtkraftfreien
Drehspulen S1 und SO verbundenen Abldeckfahne so eingestellt, daß die beiden gegeneinander
wirkenden Drehmomente D1 und D2 sich gegenseitig aufheben (D1 = D2).
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Fließt in der Kupferschiene K kein Strom (Jx = 0), so ist D1 = 0.
Die mit S1 und S2 vebundene Abdeckfahne stellt sich in diesem Falle selbsttätig
in eine solche Lage ein, daß die Bolometerbrücke B abgeglichen und der Strom 12
bzw. der Ausschlag des Strommessers A gleich Null ist. Wenn aber die Kupferschiene
K von einem Strom Jx durchflossen wird, so nimmt die Abdeckfahne, auf die, wie bereits
erwähnt, keine mechanische Richtkraft einwirkt, eine solche Lage ein, daß der aus
der Bolometerbrücke B entnommene und das Drehmoment D2 = const J 2 des Drehspulmeßwerkes
M hervorrufende Strom J2 eine solche Größe hat, daß das an der Drehspule S1 wirksame
Drehmoment D1 = const . Bx . J1 =const .Jx . J1 kompensiert wird.
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D1 = const Bx . J1 = D2 = const 1 2 oder J2 = const . Bx . J1/J =
const . Jx . J1/J.
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Da nun R1 J1 = J . = const . J R1 + R2 + R3 ist, so ist J2 = const
. Jx.
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Hieraus geht hervor, daß der den Strommesser A durchfließende Strom
J2 dem zu messenden Strom Jx verhältnisgleich und von Schwankungen des Stromes J,
d. h. von Spannungsschwankungen der Hilfsstromquelle H, grundsätzlich unabhängig
ist. Der Strommesser A kann als Anzeige- oder Schreibgerät mit Drehspulmeßwerk (linearer
Skalenverlauf) oder als Magnetmotorzähler (Gleichstrom-Amperestundenzähler) ausgebildet
werden. Für den Fall, daß eine Wattstundenzählung ausgeführt werden soll, wird A
durch die Hauptstromwicklung eines elektrodynamischen Gleichsrom-Wattstundenzählers
gebildet. Der Meßbereich kann durch Ändern des Widerstandsverhältnisses R11R2 in
bequemer Weise verändert und dem in der Kupferschiene K fließenden Stromes angepaßt
werden (Beispiel: J1 = 100 mA bei Jx = 100 A, J1 = 10 mA bei Jx = 1000 A und J1
= 1 mA bei Jx = 10 000 A).
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Der Eigenverbrauch der Drehspule S1 beträgt dabei etwa o,I W, der
der ganzen Meßeinrichtung, unabhängig von der Stärke des Stromes Jx, nur etwa I
W.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung kann auch in der Weise ausgeführt
werden, daß die von dem Magnetfeld des zu messenden Gleichstromes Jx beeinflußte
Meßspule S, unmittelbar, d. h. ohne einen Eisenring E in dem Magnetfeld angeordnet
wird. In diesem Fall kann man an Stelle der einen Meßspule auch zwei astatisch wirkende
Drehspulen vorsehen, um die Messung von den Einwirkungen homogener fremder Magnetfelder
unabhängig zu machen.