Archly ffir 80 G e y g e r, Ein neuer Wechselstromkompensator. Elektrotechnik.

Ein neuer Wechselstromkompensator.

Von

Wilhelm (ieyger, Frankfurt a. M.

Inhalt: Es wird ein einfacher Wechselstromkompensator beschrieben, welcher Amplitude und Phase der zu prafenden Wechselspannung sowie deren Wirk- und Blindkomponente un- mittelbar abzulesen gestattet.

Einle i tung .

Die Besfimmung der Amplitude und Phase einer Wechselspannung durch Kompen- sation kann bekanntlich in der Weise ausgeffihrt werden, daft die zu untersuchende Wechselspannung kompensiert wird durch eine in bezug auf Amplitude und Phase ver~inderliche Kompensationsspannung, welche aus zwei hintereinandergeschalteten, um 9 ~ in der Phase gegeneinander verschobenen TeiIspannungen zusammengesetzt wird. Bei der Messung werden die beiden Teilspannungen so lange ge/indert, bis die zusammengesetzte Spannung die zu prfifende Spannung kompensiert.

Die ver~inderlichen Teilspannungen werden bei den bisher bekannt gewordenen Mefianordnungen dargestellt durch regelbareSpannungsabf~ille an mit Abgreifkontakten verseheneri Kompensationswider'st~inden oder durch regelbare elektromotorische Kr/ifte, welche in Lufttransformatoren mit ver~inderlicher gegenseitiger Indukfivit/it induziert werden. Bei dem komp!exen Kompensator yon A. L a r s e n 1) wird die eine Teil- spannung durch Schleifkontakte an einem geeichten Mefidraht abgegriffen, welcher mit der Prim~irspule eines in der Koppelung ver~inderlichen Lufttransformators in Reihe geschaltet ist, w/ihrend die andere Teilspannung durch die in der Sekund~r- spule dieses Transformators induzierte EMK dargestellt wird. Ein von D o u g l a s C. G a 11 e) angegebener Wechselstromkompensator ermSglicht die beiden Teilspannungen an zwei Kompensationsapparaten einzuregulieren, die von zwei um 900 in der Phase gegeneinander verschobenen Str6men durchflossen werden.

Bei diesen Kompensatoren werden Amplitude und Phase der zu prfifenden Wechselspannung nach erfolgter Kompensation aus den Amplituden der Teilspannungen berechnet.

F/Jr Kompensationsmessungen bei niederen und mittleren Frequenzen benutze ieh seit I/ingerer Zeit nachstehend beschriebenen Wechselstromkompensatorl we]chef die Mefiergebnisse unmittelbar abzulesen gestattet.

Prinzip des K o m p e n s a t o r s .

Der Kompensator ist in Bild I schematisch dargestellt. Die zur Kompensation dienenden Teilspannungen werden als Spannungsabf/ille an zwei gle!chartigen, mit Schleifkontakten K1, K 2 versehenen Mefidr~ihten M1, M s abgegriffen, die in einem r~iumlichen Winkel von 900 auf einer ebenen Unterlage U fest angeordnet sind und yon zwei um 9 ~ in der Phase gegeneinander verschobenen Wechselstr6men Jr, J~ gleicher Stromst~irke durchflossen werden, welche dieselbe Frequenz besitzen wie die zu prfifende Wechselspannung. Die Mittelpunkte A1, A 2 der Mel3dr/ihte sind leitend verbunden und es k6nnen an den vier Mefidrahth~i|ften Spannungsabf~ille beliebiger Richtung abgegriffen werden so dal3 man Spannungsvektoren in allen Quadranten kompensieren kann. Die Spannungsabf/ille El, E~ sind den wirksamen

1) A. Larsen , ETZ 191o, S. lO39. 2) Douglas C. Gall, The Electrician, 9o, Nr. 2342 , I923.

XlII . Band. ~92,. O e y g e r , E i n n e u e r W e c h s e l s t r o m k o m p e n s a t o r . $1

Drahtl/ingen L1, La proportional. Da die Megdr~ihte in bezug auf Material, Quer- schnitt und spezifischen Widerstand gleichartig beschaffen sind und die sie durch- fliegenden Str6me gleiche Stromst~irke besitzen, so ist das VerhNtnis der abgegriffenen Teilspannung zur wirksamen Drahtl/inge bei beiden Megdr/ihten dasselbe:

E1 E2 E - E

Wie Bild I schematisch zeigt, sind die Sehleifkontakte mit zwei an den zu- geh6rigen Schlitten $1, Si fest angebraehten Fadenzeigern" Zj, Z 2 versehen, welehe sich iiber einem auf der Unterlage U befindlichen Polarkoordinatennetz Q kreuzen. Die Verbindungslinie zwisehen dem Kreuzungspunkt P d e r beiden Zeiger und dem Nullpunkt O des Koordinatennetzes entspricht in bezug auf L~inge und Richtung dem gesuchten Spannungsvektor, und zwar ist naturgemfig das VerhS.ltnis zwischen

(,~ \ ' w

Bild I.

der Strecke O P = L x und der zuge- h6rigen Spannung Ex dasselbe wie bei den beiden Megdr~ihten:

Ex __ E1 __ E2 Lx L 1 L~

Bi ld 2.

Man kann somit nach erfolgter Kompensation am Polarkoordinatennetz aus der Lage des Kreuzungspunktes P der beiden Fadenzeiger Amplitude und Phase der zu priifenden Wechselspannung unmittelbar ablesen, wenn die Radien des Netzes in elektrischen Spannungseinheiten geeicht sind. Um die Megergebnisse bequem ablesen und zeichnerisch festlegen zu k6nnen, ist an der Megeinrichtung ein um den Nullpunkt 0 drehbarer, als Lineal ausgebildeter Hilfszeiger Z~ angebracht, welcher yon Hand so eingestellt wird, daft er die Punkte P und 0 verbindet. Es wird an der Eichteilung V die Amplitude und an der Winkelskala W die Phase yon Ex ab- gelesen.

Ist E 1 oder E~ phasengleich mit dem im Megobjekt fliegenden Strom, so stellen E 1 und E 2 Wirk- und Blindkomponente von Ex dar, whhrend die Winkel (El, Ex) und (E~, Ex) den zu messenden Phasenwinkeln entspreehen. Diese Werte k6nnen dann ebenfalls unmittelbar abgelesen werden.

Schaltung und Anwendung des Kompensators.

Die in den Megdr~ihten fliegenden, um 9 ~ in der Phase gegeneinander ver- schobenen Str6me k6nnen einem Doppelgenerator oder einer Phasenreglervorrichtung entnommen werden; auch k6nnen sie durch Kunstschaltungen (9o~ er- zeugt werden. Die Einstellung des Phasenwinkels yon 9o ~ kann in bekannter Weise

Archiv fi~r Elektroteehnik. XIII. Band. i , Heft, 6

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mit tlilfe eines Elektrodynamometers oder mittels Hilfskompensation vorgenommen werden. Es lliBt sich damit eine gleichzeitige Einstellung auf gleiche Stromst~irke verbinden.

Als Beispiel sei im folgenden eine besonders vorteilhafte Schaltung beschrieben, welche bei niederen und mittleren Frequenzen angewendet werden kann. Sie ent- spricht der yon mir benutzten Anordnung und ist in Bild 2 schematisch dargestellt. M~, dem ein induktions- und kapazit~itsfreier Widerstand r parallelgeschaltet ist, ist fiber die Prim~irspule Spl eines Lufttransformators T, tiber einen Regulierwiderstand R und einen Strommesser H unter Zwischenschaltung des Isolierwandlers Tr mit der Stromquelle G verbunden, w~ihrend M 2 an die Sekund~irspule Sp2 des Lufttrans- formators angeschlossen ist. Bei geeigneter Dimensionierung der Anordnung kann erreicht werden, daf~ der Phasenwinkel zwischen Jt u n d J~ mit gentigender An- niiherung 9 ~ betr~igt und dag Jt und J2 gteiche StromstS.rke besitzen.

Die Schaltung ergibt den Vorteil, dal~ der Phasenwinkel zwischen Jt und J2 in weiten Grenzen yon der Frequenz unabh~ingig ist. Die Einstellung des Phasenwinkels geschieht hier selbstt~it!g; eine besondere Abgleichung mittels Elektrodynamometer oder Hilfskompensation ist nicht erforderlich.

Die in Bild 2 dargestellte Schaitungsweise kann bei der praktischen Durch- fiihrung yon Kompensationsmessungen auch in vielen anderen F~illen mit Vorteil angewendet werden, so z. B. wenn statt der beiden Megdr~ihte zwei mit Abgreif- kontakten versehene Kompensationswiderst~inde in Verbindung mit Stromwendern benutzt werden, welche die Stromrichtung in den beiden Kompensationswiderst~inden beliebig einzustellen erm6glichen.

Bei der Messung werden die Schleifkontakte tiber ein geerdetes Wechselstrom- Nullinstrument N (Vibrationsgalvanometer oder Telephon) mit denjenigen Punkten des Met;objektes verbunden, zwischen denen die zu untersuchende Wechselspannung wirksam ist. Was die Hilfsschaltungen betrifft, die an den Mef~objekten vorgenommen werden, so gilt hier dasselbe wie bei den gebr~iuchlichen Kompensationsmethoden.

Wie oben bereits angedeutet, ist es in vielen FNlen vorteilhaft, die Phasen- verh~iitnisse im Kompensator so zu w~ihlen; dab E 1 oder E~ mit dem Strom im MeG objekt phasengleich wird. Dies l~iBt sich dadurch erreichen~ dab zwischen Stromquelle und Kompensator eine Phasenreglervorrichtung zwischengescbaltet wird. Man kann hierzu eine einfache Brtickenanordnung benutzen, wie sie vom Verfasser 1) in einer fftiheren Arbeit beschrieben wurde. Sie besitzt den Vorteil, dag sie bei niederen und mittleren Frequenzen anwendbar ist.

Bei dem konstruktiven Aufbau des Kompensators ist auf eine zweckm~igige Anordnung der Schlitten und Fadenzeiger besonderer Wert zu legen. Betrligt die Gesamtliinge jedes Mel;drahtes etwa 3o bis 4o cm, so bereitet der Aufbau keinerlei Schwierigkeiten. Die Anordnung kann betr~ichtlich vereinfacht werden, wenn man auf die selbsttS.tig sich verschiebenden Fadenzeiger verzichtet und dieselben durch yon Hand verschiebbare Lineale ersetzt. Ein derartiger Kompensator liit;t sich bei- spielsweise so zusammenstellen, dab die Megdr~ihte auf einem mit Polarkoordinaten- netz versehenen Reigbrett rechtwinklig zueinander angeordnet werden, wobei darauf geachtet wird, dab die Dr~ihte den zugeh6rigen Kanten des Reil;bretts parallel ver- laufen. Mit Hilfe einer Reigschiene wird die Lage des Punktes P zeichnerisch er, mittelt, worauf Amplitude und Phase yon Ex am Koordinatennetz abgelesen werden.

1) W. Geyger , Helios 1923, S. 385.

A b g e s c h l o s s e n a m 25. Mtirz 1924.