DE707603C - Anordnung und Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, insbesondere bei Magnetisierungsstroemen - Google Patents

Anordnung und Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, insbesondere bei Magnetisierungsstroemen

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DE707603C
DE707603C DEA85002D DEA0085002D DE707603C DE 707603 C DE707603 C DE 707603C DE A85002 D DEA85002 D DE A85002D DE A0085002 D DEA0085002 D DE A0085002D DE 707603 C DE707603 C DE 707603C
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Germany
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circuit
arrangement
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harmonic
harmonics
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Expired
Application number
DEA85002D
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Werner Kraemer
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AEG AG
Original Assignee
AEG AG
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Publication date
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R23/00Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
    • G01R23/02Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)

Description

  • Anordnung und Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, insbesondere bei Magnetisierungsströmen Schaltungen zur Aussiebung von Oberwellen aus Wechselströmen und spannungen bestehen meistens aus einer Kombination von Resonanz- und Sperrkreisen, die das Heraussieben einer bestimmten Oberwelle aus einem Frequenzgemisch gestatten. Derartige Anordnungen haben wegen ihrer hohen Dämpfung einen schlechten Ausnutzungsgrad und sind wegen dieser Dämpfung nicht imstande, bei geringen Oberwellenanteilen leine völlig saubere Trennung, beispielsweise von der Grundwelle, zu erzielen. Eine hohe Dämpfung weisen auch die Brückenschaltungen auf. Da die Messung im Nebenschluß erfolgt, ist die Meßleistung gering.
  • Dler Nachteil der relativ hohen Dämpfung wirkt sich vor allem unangenehm blei der Oberwellenmessung in Magnetisierungsströmen aus. Diese muß meistens an Stromwandlern vorgenommen werden, die für den Nennstrom des Transformators ausgelegt sind und durch den Magnetisierangsstrom nur mit wenigen Prozenten belastet werden und denen daher nur außerordentlich geringe Meßleistungen entnommen werden können.
  • Mißt man aber bei einem mit Nennstrom und Magnetisierungsstrom belasteten Wandler die überlagerten Oberwellen, so sind diese im Verhältnis zum Gesamtstrom so klein, daß das Meßergebnis durch den hohen Grundwellenanteil wegen der geringen Trennschärfe der bekannten Anordnungen gestört würde.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile wird daher bei ,einer an sich bekannten Anordnung bzw. Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, bei der einer oder mehreren Oberwellen in zwei parallelen Stromzweigen jeweils Widerstände gleicher Größe und gleicher Art zugeordnet sind, während für die übrigen Oberwellen in beiden Zweigen ungleiche Impedanz besteht und die Ungleichheit der Teilströme als Differenzstrom in eine Differentialschaltung übernommen wird, erfindungsgemäß die Differenz der Teilströme durch einen Differentialwandler in vollem Umfange einer Nutzbürde zugeführt. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn für die zu messende Oberwelle der eine Zweig der Schaltung einen kapazitiven und der andere Zweig einen induktiven Widerstand gleicher Größe haben. Um die Verschiedenheit der Dämpfung beider Zweige auszugleichen, ist ferner ein Ausgieichswider. stand vorgesehen.
  • Das Meßgerät bzw. die Nutzbürde erfindungsgemäß also nicht im Nebensch; sondern im Hauptschluß, so daß die Diffe renz in vollem Umfange übernommen bzw. gemessen wird. Die Messung ist daher praktisch verlustlos. Auch ist es auf diese Weise möglich, zwei Frequenzen verlustlos zu trennen.
  • Dies ist wichtig für Steuerzwecke, etwa bei einer regelbaren Oberwellenkompensation.
  • Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung in folgendem erläutert.
  • Abb. I zeigt eine Schaltung, die aus einem Gemisch von zwei Frequenzen die Herauslösung der zu messenden Obenvelle praktisch ohne zusätzliche Verluste für diese Oberwelle gestattet und sie von der anderen Frequenz beliebig hoher Amplitude vollkommen trennt.
  • Die Anordnung besteht aus den Kapazitäten Ca und Cb, der Induktivität Lb, dem Differentialstromwandler D, der gegebenenfalls in Sparschaltung ausgeführt sein kann, sowie dem Meßkreis M mit der Bürde R.
  • Ein kleiner Zusatzwiderstandp ist dazu vorgesehen, die Verschiedenheit der Dämpfung beider Zweige auszugleichen.
  • Beispielsweise werde ein Strom J1 + Jn der Anordnung zugeführt, wobei sich die Frequenzen F1 und Fn der Komponenten J1 und Jn um den Faktor n unterscheiden. Es ist also Fn=n#F1.
  • Nun sind die Blindwiderstände der Stromverzweigung a, b so bemessen, daß sie z. B. für J1 in beiden Zweigen gleich und für J verschieden sind. Das bedingt für die Schaltung nach Abb. I 1 I - j # = - J # + j#Lb, 1 1 - j # = - j # + jwnLb. wn # Ca wn # Cb Da J1a und J1b mit gleicher Amplitude und gleicher Phase, aber in verschiedener Richtung durch den Differentialstromwandler D fließen, heben sie sich in bezug auf die Sekundärwicklung auf und werden nicht in den Meßkreis M übertragen. Jna und Jnl, sind aber ungleich. Sie werden mit dem Betrag Jna - Jnb = Jn' auf die Meßseite übertragen.
  • Wählt man ferner die Blindwiderstände der parallelen Zweige so, daß sie für die Frequenz Fn gleich groß, aber in a kapazitiv und in der Zusammensetzung in b induktiv sind, so sind die Teilströme gleich groß und um 180° phasenverschoben, d. h. sie werden im vollen Betrag in den Meßkreis M übertragen. Es ist also: Jn' = Jna - (-Jnb) = Jna + Jnb Ist jα der Blindwiderstand des Zweiges a und Jß der Blindwiderstand des Zweiges b so gilt allgemein wobei R die Bürde des Wandlers darstellt.
  • Für <z1 ßi ist also J'=0# J1 wird demnach nicht übertragen.
  • Für αn= fl ist Für |αn|=-|ßn|=2R wäre also J'=J.
  • Für die Leistung gilt im Sekundärkreis und im Primärkreis d. h. Nprim = N,ek.
  • Die Übertragung der nte" Harmonischen in den Meßkreis erfolgt also theoretisch vollständig ohne Verlust an Wirk- und Scheinleistung.
  • Weiter geht aus Gleichung 3 und 4 hervor, daß l. J' gegen J um 900 phasenverschoben ist.
  • 2. J' unabhängig von der Größe der Bürde ist.
  • Würde man etwa die Schaltung so auslegen, daß z. B. für die Frequenz F1 ß=#1#Lb=-α=-#1#Ca bei Fortfall der Kapazität des Zweige ist, so würde für diese Frequenz die Schaltung eine praktisch verlustlose Quadraturschaltung darstellen, über die man z. B. die Spannungsspule eines Blindwattmeters anschließen könnte. Hierzu macht sie besonders der Umstand geeignet, daß J' in weiten Grenzen frequenzunabhängig in Größe und Phase ist.
  • Damit nun die Schaltung nach Abb. 1 in günstigster Weise der Frequenztrennung dient, d.h. aus einem Gemisch von zwei Frequenzen F1 und Fn eine Harmonische verlustlos und praktisch ohne Zusatzbürde herausnimmt und dem Meßkreis zuführt, während die andere nicht übertragen wird, muß die Bedingung gelten: # # (n2 + 1) #a = , # # (n2 - 1) xb = .
  • 2 Darin ist #a = I/#1 # Ca ; #b = I/#1Cb ; # = Lb # #I .
  • Zur Aufspaltung zweier Frequenzen kann an Stelle der Schaltung nach Abb, 1 auch eine Schaltung nach Abb. 2 gewählt werden.
  • Hier gilt die Bedingung n2 #a = 2 # # # n2 n2 + 1 Schließlich kann man nachweisen, daß eine Schaltung nach Abb. 3 bei geeigneter Bemessung aus einem Gemisch von drei Frequenzen eine Frequenz in den Meßkreis überträgt, während die beiden übrigen Frequenzen sich jeweils im Differentialwandter in ihren Teilströmen aufheben.
  • Um nun aus einem Frequenzgemisch, wie es z.B. der Magnetisierungsstrom von Transformatoren darstellt, das sich in der Hauptsache aus der ersten, dritten und fünften Harmonischen zusammensetzt, die fünfte Harmonische z. B. praktisch verlustlos herauszulösen und einem Meßinstrument zuzuführen, bildet man die Schaltung zweckmäßig zu einer Kettenschaltung aus, die in diesem Fall aus wenigstens zwei Gliedern bestehen würde.
  • Teil 1 unterdrückt gemäß Abb. 4 die Grundwelle und ist nach den angegebenen Dimensionierungsgleichungen auf verlustlose Übertragung der fünften Harmonischen ausgelegt.
  • Die dritte Harmonische wird hierbei zwar auch, aber schon geschwächt, übertragen. Im Teil II der Schaltung wird jetzt aus dem restlichen Gemisch von dritter und fünfter Harmonischer die fünfte Harmonische wieder praktisch verlustlos @herausgelöst und dem Meßgerät zugeführt. Die geringen Anteile noch weiterer Harmonischen könnten durch weitere Zusatzglieder herausgelöst werden. Es genügt aber, wenn man die Meßanordnung an einen Resonanzkreis S legt, der für die fünfte Harmonische einen hohen Widerstand hat, wie Abb. 5 veranschaulicht. Die für den Resonanzkreis S benötigte Drossel kann hierbei gleichzeitig als Anpassungsstromwandler mit Meßbereichschaltung ausgelegt werden (siehe Abb. 6).
  • Es ist natürlich immer möglich, ein oder mehrere Glieder dieser Differentialschaltung mit den bekannben Resonanzschaltungen zu kombinieren, um besonders starke Harmonische auszuscheiden.

Claims (7)

  1. P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Anordnung und Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, insbesondere bei Magnetisierungsströmen, wobei einer oder mehreren Oberwellen in zwei parallelen Stromzweigen jeweils Widerstände gleicher Größe und gleicher Art zugeordnet sind, während für die übrigen Oberwellen in beiden Zweigen ungleiche Impedanz besteht und die Ungleichheit der Teilströme als Differenzstrom in eine Differentialschaltung übernommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Teilströme durch einen Differentialwandler in vollem Umfange einer Nutzbürde zugeführt wird.
  2. 2. Anordnung und Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die zu messende Oberwelle der eine Zweig der Schaltung einen kapazitiven und der andere Zweig einen induktiven Blindwiderstand gleicher Größe hat.
  3. 3. Anordnung und Schaltung nach Anspruch r und 2, dadurch gekennzeichnet, daß beiden Zweigen durch leinen zusätzlichen Ohmschen Widerstand gleiche Dämpfung gegeben wird.
  4. 4. Anordnung und Schaltung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ausscheidung einer Oberwelle aus einem Frequenzgemisch mehrere derartige Schaltungsanordnungen zu einer Kettenschaltung verbunden sind;
  5. 5. Anordnung und Schaltung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die der Anordnung zugeführte Spannung einem Sieb- oder Resonanzshunt lentnommen wird, der für die herauszulösende Oberwelle einen hohen Widerstand hat.
  6. 6. Anordnung und Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Resonanzkreis an die Meßanordnung gelegt wird, wobei zweckmäßig die Drossel dieses Resonanzneb enschlusses gleichzeitig als Meßbereichwandler dient.
  7. 7. Anordnung und Schaltung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Speisung der Spannungsspule eines Blindwattmeters dient.
DEA85002D 1937-11-30 1937-11-30 Anordnung und Schaltung zur Zerlegung von Frequenzgemischen und zur Oberwellenmessung, insbesondere bei Magnetisierungsstroemen Expired DE707603C (de)

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