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Brückenanordnung zur Messung der Wirk- oder Blindkomponente eines
Wechselstromwiderstandes Es besteht häufig die Aufgabe, sowohl die Wirkkomponente
als auch die Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes zu messen. Für solche
Messungen eignen sich die an sich bekannten Brückenschaltungen deshalb besonders,
weil sie eine große Meßgenauigkeit besitzen. Bei den bekannten Brückenschaltungen
wird der Strom im Diagonalzweig der Brücke zum Verschwinden gebracht, indem zwei
Bedingungen erfüllt werden, nämlich erstens, daß das Verhältnis der Wirkwiderstände,
und zweitens, daß das Verhältnis der Blindwiderstände zu den Wirkwiderständen ein
ganz bestimmtes wird.
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Die bekannten Wechselstrombrücken sind wegen der Notwendigkeit der
doppelten Abstimmung meist nur vom gelernten Personal zu verwenden, wenn die mit
diesen Brücken erzielten Meßresultate zuverlässig sein sollen.
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Eine Anordnung zur Messung der Wirk-oder Blindkomponente eines Wechselstromwiderstandes
mit Hilfe einer Brückenschaltung bildet den Gegenstand der Erfindung, und zwar'
wird eine Brückenschaltung erfindungsgemäß angewendet, bei der, wie an sich bereits
bekannt, der zu untersuchende Widerstand einen der vier Brückenzweige bildet. Die
Anordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleichswiderstand
in dem dem zu untersuchenden Widerstand-benachbarten Brückenzweig nur ein Ohmscher
Widerstand vorgesehen ist und daß als Nullinstrument ein wattmetrisches Instrument
dient, dessen eine Spule in Reihe mit dem zu messenden Widerstand liegt und dessen
andere Spule in die Brückendiagonale eingeschaltet ist. Es erfolgt die Abstimmung
der Brücke bei der Erfindung im Gegensatz zu einer bekannten Anordnung mit einem
verstellbaren Ohmschen und einem verstellbaren induktiven Widerstand lediglich durch
die Einstellung eines Ohmschen Widerstandes. Wenn es sich um die Messung der Wirkkomponente
handelt, enthält die- Brückenanordnung gemäß der Erfindung, abgesehen von dem zu
untersuchenden Widerstand, nur rein Olimsche Widerstände. Wenn dagegen die Blindkomponente,
sei es die induktive Komponente oder die kapazitive Komponente, gemessen werden
soll, wird in dem einen Brückenzweig, welcher nicht den zu untersuchenden Widerstand
enthält, eine Kunstschaltung angewendet, um eine Nacheilung bzw. eine Voreilung
von go° für einen Teil der Brückenspannung zu erhalten; die- Einstellung der Brücke
erfolgt in beiden Fällen, aber nur durch Änderung eines Ohmschen Widerstandes. An
Stelle des Wattmeters kann auch ein Instrument mit einem permanenten Feld oder Gleichstromfeld
verwendet
werden, sofern der Erregerstrom dem einen-der beiden Ströme in dem vorhin erwähnten
Wattmeter entspricht und durch einen periodischen Schalter, welcher von dem zweiten
Strom des Wattmeters gesteuert wird, entsprechend der Phasenverschiebung zwischen
diesen beiden Strömen zerhackt wird. Es ist an sich bekannt, daß man mit Hilfe derartiger
synchroner Schalter und eines Drehspulinstrumentes die gleiche Phasenabhängigkeit
zwischen zwei Strömen erzielen kann wie mit Hilfe eines Wattmeters.
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Zur Erläuterung der Erfindung dienen die Ausführungsbeispiele.
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In Abb. i a ist eine Brückenschaltung entwickelt, mit deren Hilfe
die Wirkkomponente eines in diesem Falle als gewickelte Spule dargestellten Wechselströmwiderstandes
ermittelt werden können. Zwei Widerstände i -und 2 sind die beiden Zweige.des einen_Aates
der Brücke, und ein Widerstand 3 ein- Reihd" mit dem zu untersuchenden Wechselstromwiderstand
4 bilden die Zweige des zweiten Astes der Brücke. Im Diagonalzweig liegt die Spule
8 eines wattmetrischen Gerätes, und in Reihe mit dem zu untersuchenden Wechselstromwiderstand
4 liegt die Spule 5, die, zweite Spule des wattmetrischen Brückengerätes. Die -Brücke
-wird gespeist - von -der Spannungsquelle 6. - Die - Abstimmung.' der Brücke erfolgt
durch Einstellung des- Widerstandes 3- vermittels des- verschiebbaren Kontaktes
7. Wenn die Ströme in den Spulen 5 -und 8 um 9o° in der Phase versetzt sind,, geht
der Ausschlag_des Meßinstrumentes auf Null zurück. Der Widerstand - der im Diagonalzweig
der Brücke liegenden Spule 3 ist Ohmisch. In Abb. a b ist das, Spannungsdiagramm
für- die Schaltung entwickelt unter der Voraussetzung, daß der Brückenstrom vernachlässigbar
klein ist, d.-h. der- untersuchte Wechselstromwiderstand nur eine kleine induktive
Komponente hat. Die -von der Spannungsquelle gelieferte Spannung ist dargestellt
durch. den Vektor A" Bt._ ,In.-der Richtung A1 B1 fließt der. Strom durch die Ohmschen
Widerstände z und 2. In abweichender Richtung fließt der Strom durch die Brückenzweige
3, 4 in der - Richtung. des Vektors Al, Dl. In dieser Richtung fällt die Wirkkomponente
des Spannungsverbrauchs im untersuchenden Leiter 4. Die Blindkomponente des Spannungsverbrauches
des Leiters 4 ist gegeben durch den Vektor B1, Dl. Die Brückendiagonale ist in Abb.
z a von dein: Punkt C1 zum- Punkt Ei gezogen. _ Wenn vier. Ausschlag des Meßinstrumentes
gleich Null .ist, ist, die Spannung zwischen. Cl und El senkrecht zur Richtung Al,
Dl. Die Einstellung der Brücke, d. h. das Verschieben. des: Punktes E1 auf den Widerstand
3 - wäre in Abb. z b darzustellen durch eine Bewegung des Punktes Ei auf dem Vektor
Al, Dl. Die Abstimmung der Brücke ist erreicht, wenn, wie in Abb. i b gezeichnet
ist, der Vektor C1, El senkrecht auf A1, Dl steht.
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Aus der Ähnlichkeit der beiden rechtwinkligen Dreiecke Al, Ci, Ei
und Al, B1, Dl ergibt sich, ,daß die Wirkkomponente des Widerstandes des untersuchten
Wechselstrom--leiters 4, welche in der Abb. i b durch die "Strecke gl,-@Dl proportional
wiedergegeben ist, die Gleichung: -
Es ergibt sich also, daß der gesuchte Widerstand der Größe des eingestellten Widerstandes
Al, E1 direkt proportional ist. Dies gilt, wenn es sich nachweisen läßt, nicht unter
der- Voraussetzung; -daß der Stromdiagonalzy eig verschwindend klein ist, sondern
auch dann, wenn dieser. Strom nicht verschwindend klein ist.
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Wenn anstatt des dynamischen Wattmeter s ein Ferrarisinstrument benutzt
werden soll, so ist es selbstverständlich, daß dann nur richtig gemessen wird, wenn
der Strom in Richtung der im Diagonalzweig liegenden Spule um go°- gegen die zugehbrige
Spannung verdreht wird. -. Die Anwendung des Erfindungsgedankens zur Ermittlung
der induktiven oder kapazitiven Komponente eines Widerstandes zeigen die- Abb. g
a, 2 b; 3. Für den induktiven Widerstand wird die Anordnung der Abb. i a insoweit
geändert, daß die Ohmschen Widerstände. i, 2 durch eine Kunstschaltung ersetzt werden,
welche eine um 9o°-gegen die Spannung in der Brücke nacheilende. Spannungskomponente
liefert. Die nach der Abstimmung bestehenden Ströme und Spannungsverhältnisse gibt
Abb.2b unter den gleichen Voraussetzungen wie Abb. i b für. die Messung der induktiven
Widerstandsompone_ nte wieder. Es bedeuten in Abb. 2b -A2, B2« die Richtung der
Brückenspannung. A2, C2; ist eine gegen die Brückenspannung um go°
versetzte Teilspannung, -welche durch die Parallelschaltung einer Kapazität und
eines Ohmsehen Widerstandes, zu welchen, eine Induk= tivität in Reihe geschaltet
wird, erzielt wird. A2, D2 bedeuten den Ohmschen SpannÜngsabfall des unteren
Brückenzweiges und D2, B2
den induktiven Spannungsabfall des zu untersuchenden
Leiters. Durch Einstellung des auf -dem unteren Brückenzweig verstellbaren Widerstandes
wird dieBrückendiagonale C2, E2 $o -gezogen, däß .der Vektor der Spannung
C2, E2 senkrecht auf dem Vektor der Wirkkomponente A2, -D2 -steht. Es kann: in dein
wattmetrischen Gerät durch den Strom
in dem zu untersuchenden Leiter
bei dieser Abstimmung der Brücke kein Drehmoment entwickelt werden. Aus der Lage
des Punktes E2 ist die Lage des Vektors A2, D2 zu erkennen und mithin auch die des
Vektors B2, D2, d. h. die Größe des gesuchten induktiven Widerstandes.
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Durch Abänderung der Abb. 2 a, indem im oberen Brückenzweig statt
der nacheilenden Spannungskomponente nunmehr eine der Brückenspannung um go° vorauseilende
Spannungskomponente gewonnen wird, ergibt sich die in Abb. 3 dargestellte Meßbrücke
zur Bestimmung der kapazitiven Komponente eines Widerstandes.
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Mit Hilfe einer Anordnung nach der Erfindung ist es grundsätzlich
möglich, beliebige Wechselstromwiderstände zu messen. - Beispielsweise wird durch
die 'Messung eines Widerstandes, insbesondere des Blindwiderstandes einer Freileitung
oder des Ohmschen Widerstandes einer Kabelleitung, die Lage der Fehlerstelle in
einer solchen Leitung ermittelt. Für die Freileitung eignet sich die Messung des
Ohmschen Widerstandes allein nicht gut, weil die wechselnde Höhe des Übergangswiderstandes
in der Fehlerstelle die Größe des Wirkwiderstandes ebenfalls beeinflußt und dadurch
eine zuverlässige Messung unmöglich macht. Es kann aber durch Wahl einer passenden
Widerstandskomponente mit der Anordnung nach der Erfindung die Fehlerstelle ermittelt
werden. Die Messung des Ohmschen Widerstandes kann auch eine Grundlage für einen
Schluß auf die Art des entstandenen Fehlers ergeben.