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Drehspulenmeß gerät mit Trockengleichrichter und vorgeschaltetem Wandler
für mehrere Meßbereiche
Es ist allgemein erwünscht, daß die Skalen verschiedener
Meßbereiche eines Gleichrichterinstrumentes gleichen Verlauf aufweisen. Grundsätzlich
ist der Skalenverlauf von den Bedingungen abhängig, unter denen die Gleichrichtung
zustande kommt. Bei eingeprägtem Strom (Stromgleichrichtung) ergibt sich eine annähernd
lineare, bei aufgezwungener Spannung (Spannungsgleichrichtung) eine am Anfang gedrängte,
am Ende auseinandergezogene Skala. Bei Gleichrichtungsbedingungen, die zwischen
diesen beiden Grenzfällen liegen, ergeben sich Skalen, die je nach dem Grad der
Annäherung an den einen oder anderen Grenzfall einen mehr oder weniger gekrümmten
Verlauf aufweisen. Alle bisher bekannten Maßnahmen, die Skalen der verschiedenen
Bereiche zur Deckung zu bringen, laufen darauf hinaus, durch Wahl bestimmter Vor-
und/oder Nebenwiderstände in allen Bereichen dieselben Gleichrichtungsbedingungen
zu schaffen.
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Die jeweils herrschenden Gleichrichtungsbedingungen können durch
den Bedingungswiderstand Rb gekennzeichnet werden, der sich aus der Schaltung und
Bemessung der Wechselstromseite ergibt; beispielsweise ist bei einem Spannungsmesser,
bestehend aus Gleichrichter und Vorschaltung, Rs gleich dem Vorwiderstand, bei einem
Strommesser mit Nebenschluß gleich dem Nebenwider-
stand, bei einem
Strommesser mit Vor- und Nebenwiderstand gleich der Summe dieser beiden Widerstände.
Bei andersartiger Schaltung der Wechselstromseite ergeben sich einfach zu berechnende
Formeln für Rß. Wird die Wechselstromseite des Instruments, d. h. die Vorschaltung
des Gleichrichters, als Vierpol betrachtet und die Leerlaufspannung am offenen Ausgang
mit USL, der Kurzschlußstrom am kurzgeschlossenen Ausgang mit ISK bezeichnet, so
ist für eine beliebige Vorschaltung der Bedingungswiderstand Rb = USL/ISK .
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Bedingungswiderstand Rb = ISK Bei Anwendung eines Stromwandlers werden
die Verhältnisse kompliziert, da ein wegen der geringen Größe des Wandlers meist
beträchtlicher Leerlaufstrom auftritt, der dem zu messenden Strom nicht proportional
ist und eine zusätzliche Verzerrung der Skalenform zur Folge hat. Diese Erscheinung
ist in Hinsicht auf die Skalendeckung ohne Bedeutung, wenn die Meßbereichumschaltung
durch Ändern der primären Windungszahl vorgenommen, d. h. wenn in allen Bereichen
gleiche primäre Durchflutung angewandt wird. Die durch den Wandler bedingte Verzerrung
hat dann nämlich in allen Bereichen den gleichen Einfluß auf den Skalenverlauf.
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Es ist jedoch nicht immer möglich, in allen Bereichen die gleiche
primäre Durchflutung anzuwenden. In vielen Fällen, beispielsweise bei Einleiterwandlern,
insbesondere auch bei Anlegertransformatoren, ist man gezwungen, die Umschaltung
auf der Sekundärseite vorzunehmen. Die Einwirkung des Leerlaufstromes auf den Skalenverlauf
ist dann nicht mehr in allen Bereichen gleich, es treten also Skalendeckungsfehler
auf, auch wenn die Gleichrichtungsbedingungen übereinstimmen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Gleichrichterwandlerinstrument
mit sekundärseitiger Umschaltung der Meßbereiche, bei dem der durch die Verschiedenheit
des Magnetisierungsstromes hervorgerufene Skalendeckungsfehler durch eine bestimmte
Variation des Bedingungswiderstandes der Gleichrichtung in den einzelnen Meßbereichen
aufgehoben ist. Die Variation kann durch Veränderung eines Vor- oder Nebenwiderstandes
oder auch durch Einfügung eines weiteren Widerstandes gegenüber der ursprünglichen
Schaltung vorgenommen werden.
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Ein Beispiel der Erfindung wird an Hand der Abbildungen näher erläutert.
In Fig. I ist eine in Graetz geschaltete Gleichrichtermeßwerkanordnung 8 über einen
Vorwiderstand 7 an die Enden eines angezapften Nebenwiderstandes mit den Teilen
4, 5, 6 angeschlossen. Der Nebenwiderstand ist einmal direkt und über einen Umschalter
3 mit der Sekundärwicklung 2 eines Wandlers verbunden, dessen Primärwicklung I in
den zu messenden Stromkreis eingeschaltet wird. Der Nebenwiderstand ist in bekannter
Weise so bemessen und geschaltet, daß in jedem höheren Meßbereich ein Teil des Nebenwiderstandes
zum Vorwiderstand wird, so daß die Summe aus Neben- und Vorwiderstand 4, 5, 6, 7
in allen Meßbereichen gleich ist. Da somit die gleichen Gleichrichtungsbedingungen
vorherrschen, wäre Skalendeckung vorhanden, wenn der Wandler keine zusätzlichen
Fehler bringen würde.
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In Fig. 2 ist die Schaltung eines Instruments nach der Erfindung
dargestellt. Die Wandlerwicklungen sind wiederum mit I und 2, die Anordnung Gleichrichter
+ Meßwerk mit 8 bezefichnet. Über den Meßbereichumschalter g werden Nebenwiderstände
10, II, I2, dabei gleichzeitig zusätzliche WiderStände I3, 14 und 15 vor die Gleichrichteranordnung
7, 8 geschaltet. Der Bedingungswiderstand der Gleichrichtung, in diesem Fall die
Summe aus Neben- und Vorwiderstand, ist nicht mehr gleich. Die notwendige Variation
des Bedingungswiderstandes Rb läßt sich wie folgt errechnen.
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Allgemein ist bei abweichendem Rb der Skalendeckungsfehler F eines
Strommessers in einem beliebigen Bereich gegenüber dem Grundbereich: F=Fe (RbRbo)
(Rk + Rb) . (Rk + Rb0) Dabei ist Fe der größtmögliche Skalendeckungsfehler zwischen
Strom- und SpanungsgleiclDrichtallg und Rk der bei Endausschlag auftretende Widerstand
der Kombination Gleichrichter + Meßwerk. Durch Umformung läßt sich aus der Gleichung
Rb ermitteln.
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Nach der Erfindung soll die Variation des Bedingungswiderstandes
der Gleichrichtung dR> = Rb-Rbo so gewählt werden, daß der durch den Wandler
bewirkte zusätzliche Skalendeckungsfehler F' ausgeglichen wird, d. h. F + F' = o.
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Damit ergibt sich die Bestimmungsgleichung: # Rb = - F' # (Rk+Rb0)²/Fe
# Rk+F' # (Rk+Rb0).
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Der errechnete Wert von AR' muß selbstverständ lich derart auf Vor-
und Nebenwiderstand I3 und 10, 14 und II, 15 und I2 verteilt werden, daß der Meßbereichabgleich
erhalten bleibt.
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Die Erfindung ist auf das Ausführungsbeispiel nicht beschränkt. Die
gleichen Maßnahmen können angewendet werden bei einem Instrument, dessen Meßbereichumschaltung
durch sekundäre Anzapfungen des Wandlers erfolgt. Die Maßnahmen der Erfindung lassen
sich besonders vorteilhaft verwenden, wenn das Instrument gleichzeitig zur Strom-
und Spannungsmessung benutzt wird.