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Einrichtung zum Messen von Gleichströmen Zur Messung von Gleichströmen
ist ein Meßgerät bekannt, das aus einem um den Gleichstrom fiihrenden Leiter herumgelegten
Eisenring besteht, der mit einer Sekundärwicklung und einem Luftspalt zur Aufnahme
eines polarisierten schwingenden Ankers versehen ist. Das durch den zu messenden
Gleichstrom erzeugte Magnetfeld wird hier durch einen die Sekundärwicklung durchfließenden,
vom polarisierten Anker gesteuerten Hilfsstrom, der ein entgegengesetzt gerichtetes
Magnetfeld erzeugt, kompensiert, so daß die Größe des Hilfsstromes der Größe des
zu messenden Gleichstromes entspricht, sobald der Anker in seiner Null stellung
verbleibt. Bei einer anderen bekannten Gleichstrommeßeinrichtung dreht sich in dem
Luftspalt des um den Gleichstromleiter herumgelegten Eisenringes ein kleiner induzierter
Läufer mit konstanter Geschwindigkeit, der eine EMK erzeugt, die dem Kraftfluß im
magnetischen Kreis verhältnisgleich ist. Eine auf dem Eisenring angeordnete Hlfswidclung
wird mit einem Hilfsgleichstrom gespeist, der so lange geregelt wird, bis ein an
den Läufer angeschlossenes Galvanometer keinen Ausschlag mehr zeigt. Der Strom in
der Hilfswicklung ist dann ein Maß für den zu messenden Gleichstrom. Beide bekannte
Anordnungen haben neben anderen Mängeln insbesondere den Nachteil, daß die Hilfs-oder
Sekundärwicklung nicht den ganzen Eisenring systematisch umfassen kann, da der Eisenring
einen Luftspalt zur Aufnahme des polarisierten Ankers bzw. des Läufers erhalten
muß. Die Folge dieses unsymmetrischen Aufbaues ist die Gefahr einer Sättigung einzelner
Eisenringteile und damit einer falschen Anzeige. Wollte man zur Beseitigung dieses
Nachteiles an mehreren Stellen des Eisenringes den magnetischen Kraftfluß überprüfen,
so würde man mehrere Luftspalte nebst Anker oder Läufer anordnen müssen und dadurch
noch mehr Raum für die Sekundärwicklung verlieren, so daß die Unsymmetrie noch größer
würde.
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Dieser Nachteil ist zwar bei einer weiteren bekannten Gleichstrommeßeinrichtung
vermieden, bei welcher der von dem zu messenden Gleichstrom in einem Magnetkern
hervorgerufene Fluß durch einen Hilfsgleichstrom kompensiert wird und zur Messung
des Kompensationsgrades eine auf dem Magnetkern angeordnete, mit Wechselstrom gespeiste
Wicklung dient. Ein Luftspalt zur Aufnahme eines Ankers oder Läufers ist bei dieser
Anordnung naturgemäß nicht erforderlich, jedoch hat sie den Nachteil. daß aus der
Anzeige des in dem Stromkreis der wechselstromgespeisten Wicklung befindlichen Wechselstrominstrumentes
nicht zu ersehen ist, in welcher Richtung der zur Kompensation benutzte Hilfsgleichstrom
verändert werden muß. Bei Kompensationsschaltungen müssen zuden zwei Nullindikatoren
gleichzeitig abgelesen werden, was schwierig und zeitraubend ist.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Gleichströmen,
insbesondere zur Nachprüfung der Übersetzung von Gleichstromwandlern am Einbauort,
unter Benutzung eines von dem zu messenden (primären) Gleichstrom beeinflußten Eisenkernes
mit einer Kompensationswicklung (Sekundärwicklung), die mit einem veränderbaren
Hilfsgleichstrom gespeist wird, und mit einer zur Anzeige des Kompensationsgrades
dienenden Hilfswicklung. Erfindungsgemäß werden die geschilderten Nachteile dadurch
beseitigt, daß im Zuge des Einsenweges des Eisenkernes mehrere auf den geschlossenen
Eisenkern gleichmäßig vertile Hilfs- und Sekundärwicklungen bzw. Wicklungsabschnitte
angeordnet und derart umschaltbar sind, daß die Güte der Kompensation sowohl für
Teile des Eisenkernes (bei Serienschaltung der Sekundärwicklungsabschnitte und Beeinflussung
durch nur eine Hilfswicklung) als auch für den gesamten Eisenkern (bei Serienschaltung
der Sekundärwickluingsabschnitte und Beeinflussung durch sämtliche in Reihe geschalteten
Hilfswicklungen) ermittelt werden kann. Die Sekundärwicklungsabschnitte besitzen
zwecknäßig veränderbare Windungszahlen, so daß die Sekundärdurchflutung dem primären
Feldbild angepaßt werden kann. An die Sekundärwicklung oder an die den Hilfswicklungsabschnitten
entsprechenden Teile der Sekundärwicklung kann über Kondensatoren ein Gleichstromgalvanometer
zur Anzeige der Güte des Kompensationsgrades angeschlossen werden. Die zur Anzeige
des Kompensationsgrades dienende Hilfswicklung wird zur Messung zweckmäßig kurzzeitig
ein oder mehrmals an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Ihr Kraftfluß ist im
kompensierten Zustand weder mit der Primärwicklung noch mit der Sekundärwicklung
verkettet.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel für eine Einrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt. die Abb. 1 zeigt schematisch die räumliche Anordnung
des Eisenkernes mit seinen Wicklungen, während in Abb. 2 zum besseren Verständnis
die Abwicklung des Eisenkernes mit den Wicklungen dargestellt ist. In der Abb. 3
ist schließlicli ein Schaltschema für eine gemäß der Erfindung beispielsweise aufgebaute
Einrichtung zur Nachprüfung der Übersetzung eins Gleichstromwandlers dargestellt.
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Mit 11 ist der von dem zu messenden Gleichstrom durchflossene Leiter,
d. h. die Primärwicklung, bezeichnet. Er durchsetzt den aus zwei Hälften 12a und
12b bestehenden rahmenförmigen Eisenkern. Auf jedem der vier Schenkel 1, 11, 111
und IV des Eisenkernes 12 ist gemäß Abb. 2 und 3 ein Sekundärwicklungsabschnitt
13, 14, 15 bzw. 16 aufgebracht, der beide Kernhälften umfaßt. In Abb. 1 ist der
Einfachheit halber nur der auf dem Schenkel 1 angeordnete Sekundärwicklungsabschnitt
13 dargestellt. Die in Abb. 2 gezeichnete Abwicklung läßt jedoch alle vier Abschiiitte
erkennen. Jeder von diesen Sekundärwicklungsabschnitten ist mit Anzapfungen versehen,
die in üblicher Weise mit Anzapfschalternnn 17, 18, 19 bzw. 20 ausgerüstet sind.
Jeder von den vier Schenkeln des Eisenkernes 12 trägt außerdem eine Hilfwicklung,
die aus zwei Teilen gleicher Windungszahl besteht, von denen der eine lediglich
den einer Schenkel der Eisenkernhälfte 12a, der andere lediglich den entsprechenden
Schenkel der anderen Eisenkernhälfte 12b umfaßt. Die beiden Hilfswicklungsteile
jedes Schenkels sind so geschaltet, daß sie in einander entgegengesetzter Richtung
vom Strom durchflossen werden. In der Abb. I ist wieder nur die auf dem Schenkel
1 angeordnete, aus den beiden Teilen 21a und 21b bestehende Hilfswicklung gezeichnet.
Die auf den übrigen Schenkeln vorgesehenen Hilfswicklungen 22a und 22b, 23a und
23b, 24a und 24b sind aus Abb. 2 ersichtlich.
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Die Sekundärwicklungsabschnitte I3 bis 16 sind, wic die Abb. 2 erkennen
läßt, sämtlich in Reihe geschaltet und werden von einem Hilfsgleichstrom gespeist.
Will man die Güte der Kompensation für den gesamten Eisenkern ermitteln, so werden
die Hilfswicklungen 21 bis 24 ebenfalls sämtlich in Reihe geschaltet. Um die Güte
der Kompensation für die einzelnen Teile des Eisenkernes zu ermitteln, braucht man
lediglich die Reihenschaltung der Hilfswicklungen aufzulösen und dann nur mit der
dem betreffenden Teil des Eisenkernes zugeordneten Hifswicklung
allein
zu arbeiten. Die Anordnung der Anzapfungen an den Sekundärwicklungsabschnitten hat
den Zweck, die Sekundärdurchflutung dem primären Feldbild anzupassen.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung soll im folgenden an Hand des Schaltbildes
der Abb. 3 erläutert werden. Mit 25 ist ein bekannter Gleichstromwandler bezeichnet,
dessen Übersetzung am Einbauort nachgeprüft werden soll. Hierzu wird eine an sich
bekannte Kompensationseinrichtung benutzt, die das Verhältnis des am Strommesser
26 ablesbaren Sekuntdärstromes des zu prüfenden Wandlers 25 und des am Strommesser
27 ablesbaren Stromes in der Sekundärwicklung 13 bis I6 des Eisenkernes 12 zu messen
gestattet. Die Kompensationseinrichtung besteht aus dem von je einem dieser Ströme
durchflossenen Widerstand 28 und 29, dessen Spannungsabfälle über ein Gleichstromgalvanometer
30 unter Zwischenschaltung eines regelbaren Spannungsteilers 3I (z. B. SchleiEdraht)
gegeneinandergeschaltet sind. Das Galvanometer 30 ist zur besseren Anzeige des Kompensationsgrades
des Eisenkernes 12 über Kondensatoren 32 und 33 mittels der Umschalter 34, 35 an
die ganze Sekundärwicklutig oder walweise an deren einzelne Abschnitte 13 bis 16
anschließbar. Mit den Umschaltern 34, 35 sind die Umschalter 3ö, 37 gekuppelt, über
welche entweder jede der Hilfswicklungen 21 bis 24 allein oder alle in Reihe an
die zu ihrer Speisung dienende Gleichstromquelle 38 mittels der Taste 39 angeschlossen
werden können. Von der Gleichstromquelle 38 aus kann auch die Sekundärsvicklung
I3 bis I6 gespeist werden.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Bei fließendem Primärstrom
und bereits in Betrieb befindlichem Gleichstromwandler 25 wird zunächst der Strom
der in Reihe geschalteten Sekundärwicklungen I3, 14, I5, I6 mittels des Regelwiderstandes
40 so eingestellt, daß der Ausschlag des Strommessers 26 dem des Strommessers 27
entspricht. Das heißt, man beginnt mit der Kompensation zweckmäßig unter der Annahme,
daß der Gleichstromwandler sowohl wie dessen Prüfeinrichtung den Abersetzungsfehler
o aufweisen. Die Anzapfschalter I7, I8, 19,20 liegen bei allen Wicklungsteilen an
der gleichen Anzapfung. Die miteinander gekuppelten Umschalter 34, 35, 36, 37 befinden
sich in der ersten Schaltstellung. Der Spannungsteilerwiderstand 3I wird so eingeregelt,
daß das Gleichstromgalvanometer 30 stromlos ist. Es muß sich nun aus den Widerstandsgrößen
28 und 29 und der Einstellung des Spannungsteilers 3I das genaue Verhältnis der
die Instrumente 26 und 27 durchfließenden Ströme errechnen lassen. Wird nun mittels
der Taste 39 die Gleichstromquelle 38 an die in Reihe geschalteten Hilfswicklungsteile
21a und 211 angeschlossen, so wird durch diesen Gleichstromstoß in dem Sekundärwicklungsteil
13 keine EMK erzeugt werden, wenn die Hilfswicklungsteile 21a und 211 gleich große
Felder erzeugen. Da die Hilfswicklungsteile 21a und 2 1 211 jedoch von Eisenkernen
durchsetzt sind, kann diese Bedingung nur erfüllt sein, wenn die beiden Eisenkernteile
(gleiche Querschnitte und gleiches Material vorausgesetzt) sich im gleichen magnetischen
Spannungszustand befinden. Dieses kann wiederum schaltungsgemäß nur dann der Fall
sein, wenn beide Eisenkernteile keinerlei magnetische Vorspannung durch die Primär-
oder Sekundärwicklung aufweisen.
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Nur in diesem Falle wird durch Betätigen der Taste 39 das Galvanometer
30 über die Kondensatoren 32 und 33 keinen Gleichstrom impuls erhalten. Entspricht
dagegen die Durchflutung des Primärleiters II nicht der Summe der Durchflutungen
der Sekundärwicklungen 13 bis 16, bzw. ist infolge einer Unsymmetrie der primären
Durchflutung im Kernteil 1 noch ein Restfluß vorhanden, so wird infolge dieses Restflusses
durch Anschließen der Stromquelle 38 mittels des Tasters 39 durch die Hilfswicklungsteile2Ia
und 211 eine verschieden große Feldänderung hervorgerufen, da die Feldänderung in
einem Hilfswicklungsteil sich zur Richtung des Restfeldes addiert, im anderen dagegen
subtrahiert. Es wird mithin an den Klemmen der Sekun;därwicklungen I3 ein Spannungsimpuls
auftreten, dessen Richtung der Polung der Gleichstromquelle 38 und der Richtung
des Restfeldes entspricht. Dieser Spannungsimpuls wird sich durch ein ruckartiges
Ausschlagen des Zeigers des Galvanometers 30 offenbaren. Es wird nun wechselweise
der Widerstand 40 und der Spannungsteiler 31 so lange geregelt, bis beim Drücken
wider Taste 39 das Galvanometer 30 in der Nullage verblei;bt. Nunmehr kann am Spannungsteiler
31 der dem Wicklungsteil 13 entsprechende Übersetzungswert abgelesen werden. Dieselbe
Abgleichung ist in der zweiten, dritten und vierten Stellung der gekuppelten Umschalter
34, 35, 36, 37 für die Wicklungsteile I4, I5 und i6 vorzunehmen. Bei unsymmetrischer
Lage des Primärleiters II zu den Eisenkernteilen 1, II, III und IV erhält man für
die vier Wicklungsteile I3, I4, I5, I6 vier verschiedene Übersetzungsverhältnisse,
deren Verhältnis der Form des primären Feldbilder entspricht. Durch Regeln der Anzapfschalter
17, I8, 19, 20 paßt man nunmehr das sekundäre Feldbild dem primären Feldb;ild an.
Man wiederholt die bisher beschriebenen
Messungen zugleich, bis
für die Primärwicklungsteile I3, 14, 15, 16 die gleicheUbersetzung gemessen wird.
Nunmehr wird auf die fünfte Stellung des Umschalters 34 bis 37 geschaltet und die
Messung bei allen in Reihe geschalteten Hilfswicklungen wiederholt: sie muß den
gleichen Wert ergeben. Da nunmehr das sekundäre Feldbild des zur Prüfung verwendeten
Eisenkernes dem primären angepaßt ist, kann bei anderen Werten des Primärstromes
1 1 oder bei anderen Werten der Bürde des zu prüfenden Gleichstromwandlers 25 die
AIessung allein in dieser fünften Stellung des Umschalters 34 bis 37 erfolgen. Der
Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß sowohl die Güte der Kompensation
mittels des Prüfei senkernes als auch das Verhältnis der Sekundärströme an einem
Nullinstrument abgelesen werden kann.