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Einrichtung zum Messen von kleinen Gleichstromgrößen mit einer Wechselstrom-Differenzschaltung
Zusatz zum Patent 932 508
Die Erfindung betrifft eine Verbesserung einer Einrichtung
zum Messen von kleinen Gleichstromgrößen mit einer aus einer Wechselstromquelle
gespeisten Wechselstrom-Differenzschaltung, die in ihren beiden Differenzstromkreisen
die Erregerwicklung mindestens je eines mit einer von der zu messenden Größe beaufschlagten
Steuerwicklung verschenen Eisenkerns enthält, der nach Patent 932 508 zusätzlich
über Gleichrichter aus dem betreffenden Differenzstromkreis erregt ist. Bei derartigen
Meßeinrichtungen tritt die Erscheinung auf, daß die in den 1a iden Differenzstromkreisen
fließenden Ströme für den Fall, daß die zu messende Größe den Wert Sull hat (Ruhenströme),
um so größer werden, je weiter die Meßempfindlichkeit durch die sogenannte magnetische
Rückluopplung infolge der zusätzlichen Magnetisierung der Eisenkerne durch die Ausgangsströme
der Gleichrichter gesteigert wird.
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Wenn die Ruheströme in den beiden Differenzstromkreisen genau gleich
stark sind, so heben sie sich allerdings in dem SullzN-eiR der Differenzschaltung
gegenseitig auf. so daß einer Meßgröße Null auch ein Strom Null in der im Nullzweig
der Differenzschaltung angeordneten Meßgerätwicklung entspricht. Es ist
aber
zu beachten, daß infolge von äußeren Einflüssen, insbesondere Temperaturänderungen,
die auf die beiden Differenzstromkreise nicht in dem gleichen Maße einwirken, die
Ruheströme in ihrer Stärke Schwankungen unterworfen sind, so daß ein Differenzstrom
verbleibt, dessen Betrag um so größer wird, je größer die Stromstärke der Ruheströme
in den beiden Differenzstromkreisen ist.
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Man kann nun die Stärke der Ruheströme dadurch wesentlich verringern,
daß man in den beiden Differenzstromkreisen die Erregerwicklungen der Eisenkerne
durch je einen Kondensator überbrückt. Da aber die Kapazität dieser Kondensatoren
ebenfalls nicht unveränderlich ist und äußere Einflüsse nicht genau in dem gleichen
Maße auf die Kapazitäten der beiden Kondensatoren einwirken, ist es auf diese Weise
nicht möglich, den Ruhestrom in dem Nullzweige der Differenzschaltung völlig zu
beseitigen, so daß die Nullage der Meßgerät-Anzeige Schwankungen unterworfen ist.
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Dieser Nachteil läßt sich nun bei einer Einrichtung zum Messen von
kleinen Gleichstromgrößen mit einer aus einer Wechselstromquelle gespeisten Wechselstrom-Differenzschaltung,
die in ihren beiden Differenzstromkreisen die Erregerwicklung mindestens je eines
mit einer von der zu messenden Größe beaufschlagten Steuerwicklung versehenen Eisenkern
enthält, der nach dem Hauptpatent zusätzlich über Gleichrichter aus dem betreffenden
Differenzstromkreis erregt ist, erfindungsgemäß durch eine an die Wechselstromquelle
angeschlossene Hilfsgleichrichteranordnung vermeiden, die in einer Stromüberlagerungsschaltung
die Steuerwicklungen der Eisenkerne mit Hilfsströmen in dem Sinne speist, daß die
Hilfserregung der zusätzlichen Erregung aus dem betreffenden Differenzstromkreis
entgegenwirkt.
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Man kann dann durch an sich bekannte Mittel die Ruheströme in den
beiden Differenzstromkreisen möglichst verringern und die Schaltung so abgleichen,
daß die Ruheströme beide genau gleich stark sind und sich daher in dem Nullzweig
gegenseitig aufheben.
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Da in diesem Fall ein und dieselbe Gleichrichteranordnung für beide
Differenzstromkreise benutzt wird, werden sich äußere Einflüsse in gleichem Maße
auf beide Stromkreise auswirken, so daß der Abgleich durch die auf die Hilfsgleichrichteranordnung
wirkenden Einflüsse nicht gestört wird.
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Vouugsweise wird die Schaltung so gewählt, daß die Steuerwicklungen
von einem der zu messenden Größe entsprechenden Steuerstrom in Reihenschaltung und
von dem aus der Hilfsgleichrichteranordnung entnommenen Strom in Parallelschaltung
gespeist werden. Man kann dann z. B. bei einer Einrichtung mit vier Eisenkernen,
deren Erregerwicklungen paarweise in je einem der beiden Differenzstromkreise liegen,
eine bequeme Regelung des Abgleichs dadurch erreichen, daß die Ausgangsklemmen der
Hilfsgleichrichteranordnung einerseits an die Verbindungsleitung zwischen den Steuerwicklungen
der den beiden Differenzstromkreisen zugeordneten Eisenkerne und andererseits an
den verschiebbaren Abgriffkontakt eines regelbaren Widerstandes angeschlossen sind,
der einen Nebenschluß zu dem Steuerstrom bildet.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gemäß
der Erfindung in Fig. I im Schaltschema dargestellt, während Fig. 2 ein zur Erläuterung
der Wirkungsweise dienendes Diagramm zeigt.
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An eine Wechselstromquelle 1 ist die Primärwicklung 2 eines Transformators
3 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung in zwei Hälften 4 und 5 unterteilt ist.
Die beiden Hälften der Sekundärwicklung speisen die beiden Differenzstromkreise
einer Wechselstrom-Differenzschaltung, wobei an die Wicklung 4 über eine Gleichrichteranordnung
6 die Erregerwicklungen 7 und 8 zweier Eisenkerne g bzw. 10 und an die Wicklung
5 über eine Gleichrichteranordnung II die Erregerwicklungen I2 und I3 zweier Eisenkerne
14 bzw. 15 angeschlossen sind. Um eine Verstärkerwirkung durch r magnetischeRückkopplung.
zu erhalten, speisen die Gleichrichteranordnungen 6 und II Zusatzwicklungen I6 und
I7 bzw. i8 und 19 der Eisenkerne g und 10 bzw. 14 und 15. Dabei ist die Durchlaßrichtung
der Gleichrichteranordnungen 6 und II und die Wicklungsrichtung so gewählt, daß
die Kraftlinienrichtung der zusätzlichen Magnetisierung durch die in den Wicklungen
I6 und I7 bzw. I8 und 19 fließenden Ausgangsströme iz' bzw. i," der Gleichrichteranordnungen
6 bzw. II der Richtung der gestrichelt gezeichneten Pfeile entspricht. Außerdem
sind die Eisenkerne mit Steuerwicklungen 20 bis 23 versehen, die in Reihenschaltung
an eine zu messende kleine Gleichspannung Uz angeschlossen sind.
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An die Sekundärwicklung 4, 5 des Transformators 3 ist nun über einen
regelbaren Widerstand 24 eine Hilfsgleichrichteranordnung 25 angeschlossen, deren
Ausgangsklemmen einerseits an die Verbindungsleitung zwischen den Erregerwicklungen
21 und 22 und andererseits an einen Abgriffkontakt 26 angeschlossen sind, der auf
einem Schleifdraht 27 verschiebbar ist. Dieser liegt zwischen zwei Widerständen
28 und 29, die zusammen mit dem Schleifdraht 27 einen Nebenschluß zu dem von der
Spannung U2 ausgehenden Steuerstrom bilden, der die Steuerwicklungen 20 bis 23 durchfließt.
Die Hilfsgleichrichteranordnung 25 speist somit die Erregerwicklungen 20 und 2I
bzw. 22 und 23 in Parallelschaltung, wobei die Stromrichtung der Hilfsströme in'
und H" durch entsprechende Pfeile dargestellt ist. Man erkennt dann aus der Richtung
der eingezeichneten Pfeile, daß die Eisenkerne durch die Hilfsströme -i11' und iH"
in entgegengesetztem Sinne magnetisiert werden wie durch die Ausgangsströme der
Gleichrichteranordnungen 6 und II.
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Die Messung kann dann in einer Kompensationsschaltung erfolgen, die
durch einen z. B. nach Art eines Zählertriebwerkes gebauten Nullmotor selbsttätig
abgeglichen wird. Die Triebwicklung 3I des Nullmotors liegt in dem Nullzweig der
Wechselstrom-Differenzschaltung, während die Feldwicklung 32 des Nullmotors an die
Sekundärwicklung 4, 5 angeschlossen ist.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung gemäß der Erfindung wird durch
die Fig. 2 erläutert. Wenn ein von der zu messenden Gleichspannung U, herrührender
Gleichstrom iZ die Steuerwicklung 20 bis 23 durchfließt und zunächst angenommen
wird, daß die Hilfs-
gleichrichteranordnung 25 nicht vorhanden wäre,
so bewirkt die Gleichstromvormagnetisierung der Eisenkerne durch den Steuerstrom
ix infolge der magnetischen Rückkopplung durch die zusätzliche Gleichstrommagnetsierung
aus dem Erregerkreis eine verstärkte Änderung der in den beiden Differenzstromkreisen
fließenden Wechselströme J' und J", die durch die enstprechend bezeichneten Kurven
in Fig. 2 dargestellt sind. Man erkennt daraus, daß, wenn die Steuerstrommstärke
ix = 0 ist, Ruheströme J0' bzw. J0" beträchtlicher Stärke aufftreten. Die mit J
= J' - J" bezeichnete Kurve veranschaulicht die Stromstärke des in dem Nullzweig
der Differenzschaltung die Triebwicklung 31 durchfließenden Wechselstromes. Die
Stromstärke in der Triebwicklung 31 ist dann, falls J0' = J0" ist, gleich Null,
dann i = O ist. und beim Anwachsen von 1 nimmt die Stromstärke im wesentlichen linear
zu und wechselt ihre Phasenlage, wenn sich die Richtung der Weßgröße umkehrt.
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Wenn nun die Magnetisierung der Eisenkerne durch pass@@d gewählte
Hifsströme iH' und iH" verringert wird, so so macht sich dies in der Weise bemerkbar,
daß die Kennlinien sich in beiden Differenzstromkreisen in dem Sinne verschieben,
wie es in Fig, 2 durch die gestrichelt gezeichneten, mit i' und i" bezeichneten
Kurven - veranschaulicht ist. Man erhält dann die Werte i0' bzw. i0" als Ruheströme
in den beiden Differenzstromkreisen und die mit i = i' - i" bezeichnete Kurve für
den Nullstrom.
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Man kann nun bei einer Meßgröße Sull zunächst durch Regeln an dem
Widenstand 24 die Stärke der Ruheströme i0' und i0" auf möglichst kleine Werte bringen
und dann durch Verschieben des Abgriffkontaktes 26 auf dem Schleifdraht 27 den genauen
Abgleich herbeiführen.